烧结温度对Cu-C-SnO2多孔材料组织与性能的影响

采用SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃助焊剂辅助常压烧结法制备了铜-石墨-氧化锡（Cu-C-SnO₂）复合多孔材料,对其显微组织和物理性能进行了测试,研究了烧结温度对Cu-C-SnO₂多孔材料组织和性能的影响。结果表明,复合多孔材料主要由金属Cu、石墨和氧化物陶瓷相构成;随着烧结温度升高,SnO₂逐渐减少,莫来石等矿化陶瓷相逐渐增多;当烧结温度从750℃升高到800℃时,Cu₂O增多,当烧结温度高于800℃时,Cu₂O随烧结温度的升高而减少;当烧结温度为950℃时,Cu相发生显著再结晶而晶粒粗大;材料的电阻率、渗油率和空气粘性渗透系数随烧结温度的变化呈现出相似的变化规律,都随烧结温度的增加而先减小后增大,在烧结温度850~900℃范围内达到最小值;烧结线收缩率和材料密度随烧结温度的变化呈现出相似的变化规律,都是随烧结温度的升高而增大,在烧结温度800℃附近存在一个临界值,在该临界值两侧,烧结线收缩率和材料密度随烧结温度变化的速率明显不同;在烧结温度800~850℃之间,材料里氏硬度存在一个突变点,在该突变点两侧,材料里氏硬度都随烧结温度的升高而升高。     

SiO2-B2O3-Al2O3助焊剂对粉末烧结Cu-C-SnO2多孔材料组织与性能的影响

采用常压烧结法制备了铜-石墨-氧化锡（Cu-C-SnO₂）复合多孔材料,对其物相组成和物理性能进行了分析测试,研究了SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃系助焊剂对Cu-C-SnO₂多孔材料组织和性能的影响。结果表明,加入适量助焊剂有助于铜-石墨-氧化锡混合粉体烧结;助焊剂加入量（质量分数）在5%以下时,铜-石墨-氧化锡粉末烧结体的透气性和硬度随着助焊剂质量分数的增加而降低,粉末烧结体的导电性和烧结收缩率随着助焊剂质量分数的增加而升高;在730~770℃烧结,烧结温度对铜-石墨-氧化锡混合粉体的烧结工艺特性和烧结体性能影响不大。     

SiO2/ZrO2复合陶瓷组元对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

在粉末冶金铜基摩擦材料中添加6%(质量分数)的SiO2/ZrO2复合陶瓷组元,研究SiO₂和ZrO₂的质量分数对摩擦材料摩擦磨损性能的影响,并分析其机理。结果表明:随w(SiO₂)/w(ZrO₂)比值减小,铜基摩擦材料的密度和硬度增大。高速制动时,摩擦材料的摩擦因数和摩擦稳定因数较小。SiO₂可有效提高摩擦因数,ZrO₂可降低摩擦副的磨损率。当w(SiO₂)/w(ZrO₂)为2/4时,摩擦材料具有较好的摩擦磨损性能,高速制动下平均摩擦因数为0.326,摩擦稳定因素处于较高水平,为0.71,对偶数材料损伤在可接受范围内。SiO₂较易脱落而形成磨粒,ZrO₂与基体界面结合状态较好,所以随SiO₂含量减少,主要磨损机制从磨粒磨损转变为黏着磨损和磨粒磨损,最后转变为剥层磨损。     

混料时间对含石墨的铜基摩擦材料性能的影响

本文采用粉末冶金方法制备了含石墨的铜基粉末冶金摩擦材料,通过调整加入石墨后的混料时间,采用布氏硬度计、摩擦磨损试验机和扫描电镜等设备研究了混料时间对含石墨的铜基摩擦材料性能的影响。研究结果表明:随着加入石墨后混料时间的增加,烧结后摩擦材料中的石墨颗粒分布更加均匀,铜基体的连续性变差,材料密度和硬度均下降,材料的摩擦因数先增大后减小,磨损量先减小后增大。加入石墨后,混料8 h的烧结体的摩擦磨损性能最佳(较其他试样摩擦因数增加了10%左右,磨损量降低了30%左右)。     

SiC/C-Cu复合材料的载流磨损性能

采用粉末冶金法制备SiC/C-Cu复合材料,研究SiC颗粒含量对该材料组织结构与物理性能的影响,并在HST-100载流摩擦磨损试验机上进行载流磨损试验,研究摩擦速度、电流密度与SiC颗粒含量对SiC/C-Cu复合材料磨损率的影响以及磨损机理的变化。结果表明:SiC颗粒均匀分布于铜基体中。随SiC含量增加,复合材料的硬度和孔隙率都逐渐增大,密度和导电率降低。添加SiC颗粒可增强C-Cu复合材料的抗磨损性能,材料的磨损率随摩擦速度和电流密度增加而增加,随SiC含量增加呈先降低后上升的趋势,含2%SiC(质量分数)的SiC/C-Cu复合材料具有优异的抗载流磨损性能。添加SiC颗粒可减少摩擦磨损过程中铜基体的粘着磨损,磨损机理主要为磨粒磨损和电弧侵蚀磨损。     

MoS2?Ag?V2O5对镍基材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金烧结工艺制备了含不同润滑剂（MoS₂、Ag和V₂O₅）的镍基自润滑复合材料,研究了镍基复合材料在室温至600 ℃之间的摩擦磨损性能,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和Raman光谱等分析相组成和磨损形貌。结果表明:镍基自润滑复合材料的摩擦系数随温度的增加呈先增加后降低的趋势。在室温条件下,随着Ag含量的增加,复合材料的摩擦系数减小;在600 ℃,随着V₂O₅含量的增加,复合材料的摩擦系数和磨损率均降低。在中低温,镍基自润滑复合材料主要由MoS₂和Ag起润滑作用,降低材料摩擦磨损;在高温,复合材料发生了摩擦化学反应,生成新的钼酸银润滑相,润滑机理是由钼酸银和V₂O₅的协同润滑效应。     

超音速等离子喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层的组织结构与微动磨损性能

采用超音速等离子喷涂法在1045钢表面制备NiCr-Cr_3C_2涂层,分析涂层的微观结构及化学成分以及涂层的晶粒结构,利用MICROMET-6030显微硬度仪和Nano-test 600纳米压痕仪测定涂层的显微硬度与弹性模量,通过油润滑微动摩擦磨损试验测试涂层的微动磨损性能。结果表明,NiCr-Cr_3C_2涂层为明显的层状结构,具有单晶、纳米多晶与过渡区共存的复杂晶体学结构,显微硬度HV0.3高达998,约为基体材料硬度的3倍,弹性模量为224.6GPa;涂层的微动摩擦因数随载荷增大而减小,随温度升高而增大。喷涂层的抗微动摩擦磨损性能较基体优异,摩擦因数及体积磨损量分别比基体降低36.7%和55.6%。涂层的磨损机理以磨粒磨损和疲劳剥落为主。     

陶瓷颗粒增强扩散合金化钢复合材料的微观结构和力学性能

采用传统粉末冶金工艺制备了陶瓷颗粒增强Fe?0.5Mo?1.75Ni?1.5Cu?0.7C扩散合金化钢复合材料,选用的陶瓷颗粒为SiC、TiC和TiB₂。采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了烧结材料微观结构,并对烧结材料的硬度、强度和摩擦磨损性能进行了测试。结果表明,由于SiC和TiB₂与基体的化学相容性好,陶瓷颗粒与基体界面结合良好;由于TiC颗粒具有极高的化学稳定性,TiC颗粒与基体界面结合情况不理想。随着陶瓷相含量（质量分数）的增加,添加SiC和TiC的烧结试样相对密度降低;添加TiB₂的烧结试样相对密度先增加后降低,当添加TiB₂质量分数为0.9%时达到最大值。随着陶瓷含量增加,添加SiC和TiB₂烧结试样的硬度增大,当陶瓷相质量分数超过1.2%时,硬度增加缓慢;添加TiC烧结试样的硬度先增加后降低,当添加TiC质量分数为0.9%时达到最大值。随着陶瓷相含量增加,添加SiC和TiC烧结试样的强度降低,少量添加SiC对强度没有明显损害;添加TiB₂烧结试样的强度先增加后降低,当添加TiB₂质量分数为0.6%时达到最大值（971.7MPa）,比基体提高了14.1%以上。添加陶瓷相对烧结钢性能的积极影响依次是TiB₂、SiC和TiC。     

烧结温度对粉末冶金304不锈钢组织和性能的影响

采用真空烧结制备了304奥氏体粉末冶金不锈钢,研究了不同烧结温度对粉末冶金304不锈钢材料显微组织、密度、抗拉强度和耐腐蚀性能的影响。结果表明：随着烧结温度由1 210℃升高到1 300℃,304不锈钢烧结体组织孔隙数量减少、孔隙尺寸明显减小,当烧结温度提高到1 360℃时,烧结体组织中晶粒逐渐长大并粗化,孔隙尺寸增大。随着烧结温度升高,烧结体的密度、硬度、抗拉强度和耐腐蚀性能先增大后减小。最佳烧结温度为1 300℃,此时烧结试样具有最大的密度、硬度和抗拉强度,分别为7.23 g/cm³、HRB68.88、344.19 MPa,试样的自腐蚀电流最小,具有最佳的耐腐性能。     

石墨对Cu-12Al-6Ni粉末合金组织和性能影响

研究了石墨的添加对Cu-12Al-6Ni粉末合金组织和性能影响。结果表明：随着石墨含量增加,合金中的孔隙、Al4Cu9和NiAl相逐渐增多;合金的烧结密度、硬度和抗拉强度随着石墨的增加逐渐减小,而合金的摩擦因数和磨损量都先增大后减小,当石墨含量为0.5%时磨损达到最大,当石墨含量为1%时摩擦因数达到最大,当石墨添加2%时,磨损量比不添加石墨合金降低了约32%。     

烧结温度对Fe-Cu-Mo-C合金组织和性能的影响

采用机械球磨混粉和真空烧结相结合的方法制备了Fe-Cu-Mo-C合金,研究了不同烧结温度对粉末冶金Fe-Cu-Mo-C合金材料的显微组织、密度、抗拉强度和摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着烧结温度由1 000℃升高到1 100℃,Fe-Cu-Mo-C合金烧结体组织孔隙数量减少、孔隙尺寸明显降低;当烧结温度提高到1 150℃时,烧结体组织中孔隙尺寸增大。随着烧结温度升高,烧结体的密度、硬度、抗拉强度和伸长率先增大后减小,磨损量先降低后升高。最佳烧结温度为1 100℃,此时烧结体的密度为6.90 g/cm3,抗拉强度为319 MPa,洛氏硬度为34.7 HRC,磨损量为0.087 g。     

粉末冶金制备碳纤维增强铁-铜基摩擦材料的组织与性能

以铁-铜为主组元,以石墨和MoS2为润滑组元,以Al2O3、SiC、锆英砂为摩擦组元,并添加不同质量分数的碳纤维,将原料混合均匀后经600 MPa冷压成形,然后在氢气气氛下热压烧结2 h(980℃,2~3 MPa),制备得到碳纤维增强铁-铜基摩擦材料,并对其硬度、相对密度、显微组织、摩擦磨损性能进行研究。结果表明:铁-铜基体上均匀分布着耐磨的陶瓷相及润滑组元,铁-铜基体有部分固溶,碳纤维掩埋在基体和摩擦组元间。当碳纤维质量分数为2%~4%时,所制备的摩擦材料硬度为HV 102.2~118.6,相对密度为90.4%~92.6%,摩擦系数为0.56~0.60,磨损失重量最小。该摩擦材料的磨损主要为磨粒磨损,伴随少量粘着磨损。碳纤维可以强化基体,钉扎摩擦组元,在摩擦磨损过程中隔断犁沟,降低材料磨损。     

WEAR AND FRICTION STUDIES OF NICKEL–TUNGSTEN CARBIDE–GRAPHITE COMPOSITES

Abstract

Wear and friction studies have been carried out on pressed and sintered composites of 75–95% theoretical density. Carbonyl nickel and tungsten carbide, both with a particle size of 5 μm, and natural crystalline flake graphite with an approximate size of 1·1 μm were used. The wear specimens were run against a rotating (100 rev/min) steel cylinder. The wear-resistance correlates well with the ratio of the volume fraction of tungsten carbide to that of graphite (WC/graphite); there is a minimum in weight loss at a ratio near unity. This effect is explained in terms of powder coating with graphite during blending, which affects grain-boundary formation and grain growth during sintering; supporting metallographic evidence is given. The wear-debris particle size produced is related to wear; the wear rate increases with increasing particle size. Residual porosity in the materials reduces wear-resistance. The wear rate does not correlate with hardness or coefficient of friction; the results of wear tests in oil or water are very similar to those for tests run in air.     

Si对Ti3SiC2/Al复合材料的摩擦性能影响

MAX相因其独特的晶体结构和优良的自润滑性能受到广泛的关注,作为新型固体润滑剂添加到金属基复合材料可获得良好的摩擦磨损性能.采用铝粉、硅粉、Ti₃SiC₂粉为原材料,通过冷压成型无压烧结法制备了Ti₃SiC₂增强铝硅基复合材料.研究发现,复合材料的组成物相除Al、Si及外加Ti₃SiC₂相之外,在烧结的过程中生成了Al₂O₃和Al₄C₃随着硅元素含量质量分数的增加,大的圆球形Ti₃SiC₂逐渐减小,摩擦系数和磨损失重均呈现先减小后增大的规律.当硅的含量为12.5 %时,摩擦系数最低,其值为0.18,磨损失重也达最低;随着硅含量的增加,材料的硬度先增大后趋于平缓,致密度呈线性下降趋势.通过磨损表面SEM分析初步揭示了金属基自润滑的机理,复合材料的磨损机制为磨粒磨损、剥层磨损和氧化磨损并存.      

MoS2和石墨对青铜基含油轴承摩擦性能的影响

通过改变MoS₂（质量分数1.0%~2.0%）和石墨（质量分数0~1.0%）的成分比例,在一定滑动线速度下,测量青铜基含油轴承承受压强的极限值,研究MoS₂和石墨含量对青铜基含油轴承的力学性能和摩擦性能的影响。结果表明:在不加入石墨的情况下,随着MoS₂含量的增加,含油轴承的负荷×线速度（pv）极限值降低,其中青铜-1MoS₂（MoS₂质量分数1.0%）含油轴承极限pv值最高,达到2.940 MPa·m·s-1;在同时加入石墨和MoS₂的情况下,随着石墨含量的增加,含油轴承的摩擦因数降低,其中青铜-1MoS₂/-1石墨（MoS₂质量分数1.0%,石墨质量分数1.0%）含油轴承摩擦因数最低,为0.038;石墨能够改善含油轴承的摩擦性能,但是会大幅度降低其力学性能。     

机器人覆盖件用金属陶瓷模具材料的研究

以微米Al₂O₃为主要原料,微米金属Cr和W为主要添加物,采用热压烧结工艺改性制备了机器人覆盖件用氧化铝挤压金属陶瓷模具材料,研究了该金属陶瓷模具材料的强度、断裂韧性、硬度及耐磨性等力学性能,并分析了该材料磨损试样表面的微观结构。结果表明:当微米Al₂O₃添加量（质量分数）为65%,金属Cr和W添加量均为12.5%,烧结温度为1640 ℃时,所制备的试样综合性能最佳,其中相对密度为99.8%,抗弯强度为805.6 MPa,断裂韧性为14.5 MPa·m1/2,硬度为11.2 GPa;金属W和Cr形成的金属第二相在摩擦磨损过程中能产生机械冷焊作用,大大提高了模具材料的耐磨性能。     

石墨含量对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金压烧技术制备了含不同质量分数石墨的铜基摩擦材料,研究了石墨含量对摩擦材料微观组织、磨损性能和磨损机理的影响。结果表明:铜基体的连续性随石墨含量增加而降低,动摩擦系数随石墨含量的增加先增加后降低,磨损量随着石墨含量的增加而减小;材料的磨损机理为犁沟式磨料磨损;石墨质量分数为16%时,试样动摩擦系数和静摩擦系数最高并且稳定,具有最好的摩擦磨损性能。