新型铜基多相复合自润滑材料制备与机理分析

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我国是高速缝制机械设备制造大国,其摩擦零件在产业结构中占有较大的比重,对社会经济发展具有较大的影响。随着人们环境友好意识的提高,发展新型无油润滑材料是解决高速缝制机械摩擦零件行业油污染的主要途径之一。因此,研究一种能够适用于摩擦零件工作过程中,即具有高耐磨性能和无黑色磨屑,同时又具有良好高温自润滑性能的新型材料,不仅具有重要的科学研究意义而且具有重要的实际应用价值。本文以青铜合金粉末为基体,加入BN、共晶CaF2/BaF2混合物、PTFE作为润滑相,后采用纳米颗粒增强,利用粉末冶金方法研究制备高速缝制机械轴套用无油润滑材料。主要采用XRD、SEM、EDS、OM、摩擦磨损试验等分析手段,对制备复合材料的组织结构、形貌、力学性能和摩擦性能及其机理进行了系统研究。实验结果表明:随着BN含量升高,游离的分布在基体中的BN体积越大,使粉末颗粒间烧结颈的形成和长大越困难,复合材料密度减小,孔隙率增加,从而引起材料的硬度、压溃强度逐渐降低,但BN的加入有利于固体润滑膜的形成,其在摩擦过程中对材料起到减摩作用。随着BN含量的增加,材料的摩擦系数逐渐下降,而磨损率先下降后升高。当BN含量为2%时,材料具有较高的硬度和强度,此时复合材料的摩擦系数较小、磨损率最低,具有较好摩擦磨损性能。未加入CaF2/BaF2的样品的摩擦系数在0.64-0.68之间,磨损率为0.56ng/m,而CaF2/BaF2混合物的加入,明显改善了多相复合材料的高温摩擦磨损性能,当CaF2/BaF2含量达到4%时,500℃时复合材料的摩擦系数为0.24-0.27,单位距离的磨损率仅为0.08ng/m。采用真空热浸的方法向材料的孔隙内填充PTFE,改善了材料的摩擦磨损性能,样品的摩擦系数为0.13-0.15,单位距离磨损率为0.072mg/ m,其磨损机制以轻微疲劳磨损和氧化磨损为主。
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