FeS/铜基轴承材料摩擦学性能研究

作     者：李吉宁 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：尹延国

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 

主      题：铜基轴承材料 无铅化 FeS 固体润滑膜 摩擦磨损 减摩机理 

摘      要：铅广泛应用于铜基滑动轴承材料中,但铅是有害物质,对人体和环境都有着严重的危害,随着环保和健康意识的不断加强,产品无铅化是发展的必然趋势。本文以期利用固体润滑剂FeS的减摩抗粘着作用,替代铜基滑动轴承材料中的铅,实现铜基滑动轴承材料无铅化。通过粉末冶金工艺制备FeS/铜基轴承材料,采用X射线衍射仪和金相显微镜观察分析其组成及金相组织,对其孔隙率、硬度、密度进行检测,利用MM-200测试FeS/铜基轴承材料的摩擦磨损性能,并采用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线光电子能谱对其摩擦磨损机理进行分析。研究表明,FeS在压制过程中具有润滑作用,当其含量在5%以下时,随着FeS含量的增多,材料的表面孔隙率呈减小趋势;当其含量超过5%时,由于FeS与基体结合不紧密,随其含量的增多,材料的表面孔隙率呈增加趋势;而且FeS颗粒具有疏松多孔特征,所以随着FeS含量的增加,材料的储油能力增加。FeS颗粒含量较少时对铜合金基体具有弥散强化作用：当含量过多时,其质软易滑移的特性会起主导地位,材料的硬度下降。在干摩擦条件下,材料中的FeS颗粒可以不断向摩擦表面聚集,在材料表面形成一层固体润滑膜,进而保证FeS/铜基轴承材料具有良好的减摩耐磨性能。在预浸油干摩擦条件下,由于材料中的FeS颗粒具有储油功能,所以在摩擦过程中,FeS含量较高的材料会析出更多润滑油,在固体润滑膜和润滑油膜的协同作用下,FeS/铜基轴承材料体现出优良的减摩耐磨性能。在预浸油油润滑条件下,润滑油起主导减摩作用,FeS含量较高的材料含有较多孔隙,在外载荷作用下,润滑油易于从孔隙处渗漏,反而不利于润滑油膜的稳定;同时,FeS含量较高时,材料的强度硬度下降而易于变形,也不利于润滑油膜稳定;不同载荷条件下,FeS有一最佳含量,使FeS/铜基轴承材料具有较好的减摩耐磨性能。FeS/铜基轴承材料与45#对磨时,因为45#钢较硬,硬质微凸体以及脱落的硬质颗粒很容易划伤铜基材料表面,进而发生磨粒磨损;与不锈钢对磨时,由于不锈钢质软、易粘着,磨粒磨损减轻,粘着磨损严重。