cu-sio2烧结材料的摩擦磨损性能研究

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1、Cu-SiO2烧结材料的摩擦磨损性能研究第27卷第4期2007年7月摩擦学TRIBOLOGYVol27,No4July,2007Cu.SiO2烧结材料的摩擦磨损性能研究符蓉,宋宝韫,高飞,徐振越(大连交通大学材料科学与工程学院,辽宁大连116028)摘要:采用粉末冶金技术制备Cu—SiO:烧结材料,通过定速摩擦磨损试验机研究SiO:含量对Cu—SiO:烧结材料摩擦磨损性能的影响规律,在摩擦速度7.8～47m/s范围内探讨摩擦速度和SiO:含量与摩擦第三体之间的关系.结果表明:随着SiO,含量增加,材料的摩擦系数升高,磨损量降低,同时材料的硬度增加,密度降

2、低,孔隙度增加;摩擦表面所形成的第三体特征与摩擦速度密切相关,当摩擦速度较低时,所形成的第三体疏松而不连续,与基体的结合强度较低,容易从摩擦表面脱离而增加磨损量;当摩擦速度提高时,所形成的第三体致密连续,与基体的结合强度好,有利于提高摩擦系数和降低磨损量;在摩擦温度过高的情况下,基体金属强度降低,削弱了对SiO:硬质点的夹持能力,SiO:破碎严重而使磨损量增加,同时高温状态的第三体变形大且流动性好,可以起到润滑膜的作用而降低材料的摩擦系数.关键词:Cu—SiO:烧结材料;第三体;摩擦磨损性能中图分类号:TF125;TH117.3文献标识码:A文章编号:1

3、004-0595(2007)04-0377-05在制动摩擦工况下,摩擦副处于应力大,温度高的干摩擦状态,摩擦表面可以形成厚度几微米到几十微米的第三体,其形态,分布和成分与摩擦条件密切相关,并成为影响材料摩擦磨损性能的重要因素～.高速列车摩擦制动副处于高温,高速的干摩擦状态,时速300公里高速列车紧急制动时的摩擦速度接近50m/s,要求制动材料在耐磨性良好的同时还必须具有高而稳定的摩擦系数.铜基陶瓷强化复合材料具有导热性和耐热性好,摩擦系数高以及耐磨性好等特点,从而成为高速列车摩擦制动闸片的首选材料.铜基陶瓷强化复合材料为多种组分的混合体,在摩擦表面所形成

4、的第三体也是多种成分的混合体,第三体中各组分及其特性不同,对摩擦磨损性能的作用也不同.SiO:是铜基陶瓷强化复合材料中的重要组分,作为硬质点可以通过对偶件的犁削起到控制摩擦系数的作用m].关于SiO,在铜基摩擦材料中的作用研究大多集中于有其它组分存在的条件下引,并更多考虑当材料成分变化时其摩擦磨损性能的变化程度.限于试验条件,摩擦速度大都局限在1.1—8.1m/s.本文作者将铜基陶瓷强化复合材料设计成仅由Cu和SiO:组分构成,从研究Cu—SiO:材料的摩擦磨损性能人手,分析高速摩擦条件下SiO:与第三体的关系,以期为改进铜基陶瓷强化复合材料的性能,满足

5、在时速300公里高速列车制动条件下的需求提供实验依据.1实验部分试验材料由颗粒尺寸为10—50m的电解铜粉和颗粒尺寸为315—400m的SiO:组成,SiO:含量为6—18%(质量分数),其余为铜粉.经混合,在压力400—600MPa下压制成型,在烧结炉中加压烧结,烧结压力为2—3MPa,烧结温度830—890oC,保温时间为1h,采用氢气保护,试样尺寸17mm×15mm.摩擦磨损试验在GF150D型定速摩擦磨损试验机上进行,由试验机上拉力传感器直接测试摩擦力(见图1),摩擦压力为0.55MPa,摩擦盘采用4Cr5MoV1Si钢,摩擦半径为150mm,转

6、动速度为500—3000r/min(滑动线速度7.8—47m/s),时间30—40s.在精度为万分之一的电子天平上称量磨损前后的质量损失.采用OLYMPUS型数码成像显微镜和JSM一6360LV型附带能谱分析的扫描电子显微镜(SEM)观察试样的磨损表面形貌.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50375025);教育部博士点基金资助项目(20050150001)收稿日期:2006?10-07;修回日期:2006—12_30/联系人符蓉,e—mail:furong@djtu.edu.cn作者简介:符蓉,女,1965年生,副教授,目前主要从事制动材料摩擦磨损

7、性能的研究.378摩擦学第27卷Forcesensor-I.Il!lI!IIlIJ_绉l.D,:,Fig1Schematicofthepin--on—.disktester图1摩擦试验机结构示意图2结果与讨论图2所示为Cu—SiO烧结材料的密度和孔隙率8O6O,40言善20O69121518SiO2content,%Fig2EffectofSiO2contentondensityandporosity图2SiO:含量与材料密度和孔隙度的关系曲线随SiOz含量变化的关系曲线.可见,随着SiO含量增加,烧结材料的密度降低,孔隙率增大.这是由于SiOz的密度

8、为2.65g/cm',铜的密度为8.96g/cm3.增加SiOz含量必然降低其密