FeS/Cu-Bi铜基滑动轴承材料的制备及性能研究

作     者：张开源 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：尹延国;赵明

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：铜基轴承材料 机械合金化 FeS Bi 性能 

摘      要：本文选用无毒低熔点金属元素Bi和FeS作为复合润滑组元,发挥FeS与Bi在减摩、抗粘着方面的协同作用,以期替代铜铅轴承材料中的有害元素铅,实现铜基轴承材料无铅化。首先通过机械合金化高能球磨方法制备FeS/Cu-Bi铜基合金粉末,然后采用粉末冶金方法制备无铅FeS/Cu-Bi铜基轴承材料,开展了材料力学性能与不同工况条件下的摩擦学性能研究,并分析了FeS/Cu-Bi铜基轴承材料摩擦磨损机理。研究表明,铋含量和球磨时间都对铜基材料力学和摩擦学性能有较大的影响。随着Bi含量的增多,材料的硬度越来越小,相对密度和压溃强度呈先增大后减小的趋势;随着球磨时间的增多,材料的相对密度和硬度呈现先升高后降低的趋势,而压溃强度和冲击韧性则越来越小;添加Bi的FeS/Cu-Bi铜基材料的摩擦学性能优于FeS/铜基材料,其中Bi含量在6%时减摩耐磨性能最好;适宜的球磨时间,可以提高材料的减摩耐磨性能,但球磨时间过长,由于粉末加工硬化趋势增强,反而会使材料减摩耐磨性能降低;本文条件下,Bi含量在4～8%,粉末球磨10 h,材料的摩擦磨损性能较好。Bi和FeS具有较好的协同作用,摩擦磨损过程中,FeS和Bi在材料及对偶件的摩擦副表面聚集、粘附形成润滑转移膜,起到了较好的减摩抗粘着作用。但未球磨的材料中的Bi和FeS相互分割、相互团聚较为严重,与基体结合质量差,形成润滑转移膜不完整,且易剥落,限制了其减摩抗粘着能力。适宜球磨时间有效改善了FeS和Bi的均匀分布程度,提高了FeS、Bi与基体界面结合质量,更好发挥Bi和FeS在减摩抗粘着方面的协同作用效果,但球磨时间过长,材料力学性能下降,对润滑转移膜的支撑和稳定作用减弱,减摩效果降低。适当提高载荷有利于提高摩擦副的接触状态,促进润滑转移膜的形成和稳定,改善自润滑性能;当载荷较高时,对润滑转移膜的破坏作用增大,摩擦学性能变差。