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FeS/铜基轴承材料摩擦学性能研究

FeS/铜基轴承材料摩擦学性能研究

作者：李吉宁合肥工业大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：铜基轴承材料无铅化 FeS 固体润滑膜摩擦磨损减摩机理

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含银无铅铜铋滑动轴承材料摩擦学特性研究

轴承 2013年第7期 51-55页

作者：王玲尹延国焦明华俞建卫合肥工业大学摩擦学研究所合肥230009

用常规粉末冶金工艺制备出含银无铅铜铋轴承材料,运用MM-200摩擦磨损试验机研究银含量对铜铋轴承材料摩擦磨损性能的影响。结果表明,添加质量分数0.8%的银,对铜铋轴承材料的摩擦磨损性能有一定的改善作用;尤其是随着滴油量的减少,润滑... 详细信息

用常规粉末冶金工艺制备出含银无铅铜铋轴承材料,运用MM-200摩擦磨损试验机研究银含量对铜铋轴承材料摩擦磨损性能的影响。结果表明,添加质量分数0.8%的银,对铜铋轴承材料的摩擦磨损性能有一定的改善作用;尤其是随着滴油量的减少,润滑效果减弱时,银对铜铋轴承材料减摩、耐磨性能的改善作用较为明显。

关键词：铜基轴承材料摩擦学特性试验分析

无铅铜铋滑动轴承材料力学性能及摩擦磨损特性研究

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无铅铜铋滑动轴承材料力学性能及摩擦磨损特性研究

作者：焦祥楠合肥工业大学

学位级别：硕士

铅是一种有毒有害元素，随着环保化的发展趋势，产品无铅化势在必行。本文主要以无毒低熔点金元素铋作为软质相、石墨作为辅助固体润滑剂，利用石墨的减摩特性与铋的抗粘着特性的协同作用取代铜铅轴承材料中的铅，实现铜基轴承材料无铅... 详细信息

铅是一种有毒有害元素，随着环保化的发展趋势，产品无铅化势在必行。本文主要以无毒低熔点金元素铋作为软质相、石墨作为辅助固体润滑剂，利用石墨的减摩特性与铋的抗粘着特性的协同作用取代铜铅轴承材料中的铅，实现铜基轴承材料无铅化。采用常规的粉末冶金方法制备了无铅铜铋、铜铋石墨滑动轴承材料，并开展了相关力学性能及不同工况条件下的摩擦学特性研究，利用扫描电子显微镜、光学显微镜、表面形貌轮廓仪等微观分析手段对材料的显微组织结构、断口与磨痕表面形貌、表面轮廓以及磨痕表面的化学组分进行了系统的分析，探讨了无铅铜铋轴承材料的摩擦磨损机理。研究表明，铋含量对无铅铜铋轴承材料力学性能有较大的影响。由于铋为脆性相，且呈薄片网带状分布于铜合金基体晶界处，割裂了铜合金基体的连续性，使得含Bi铜基轴承材料硬度、压溃强度和冲击韧性随Bi含量的增加而明显减小，含Bi铜基轴承材料断口以脆性沿晶断裂为主。当Bi含量大于4wt%后，铜合金基体晶界处富Bi相的薄片网带状分布已较完整，Bi含量的进一步增大，其对铜合金基体的割裂作用不再明显增加，所以材料力学性能的降低趋势减缓。由于摩擦热的作用，摩擦磨损过程中铜铋轴承材料中的低熔点组元铋会在摩擦副表面直接接触区域熔融、析出，降低接触区域的剪切强度，稳定摩擦副的运行，含铋铜基轴承材料体现出较好的减摩、抗粘着特性。但是铋的含量对铜基轴承材料的摩擦学性能影响较大，适宜铋含量的铜铋轴承材料有利于提高其减摩、耐磨、抗粘着性能;添加适宜含量石墨可以进一步改善无铅铜铋轴承材料的减摩、抗粘着性能，提高耐磨性，由于镀铜石墨和镀镍石墨与铜合金基体结合较好，添加镀铜石墨或者镀镍石墨的铜铋轴承材料的减摩、抗粘着特性更优，铋与石墨在减摩、抗粘着方面有较好的协同作用。

关键词： Bi相石墨铜基轴承材料力学性能摩擦学性能

FeS/Cu基双金属轴承材料摩擦学性能研究

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FeS/Cu基双金属轴承材料摩擦学性能研究

作者：薛露合肥工业大学

学位级别：硕士

滑动轴承是内燃机中重要的摩擦易损件,与曲轴、活塞销等组成重要的摩擦副,具有较好摩擦学性能的铜铅滑动轴承在内燃机中具有广泛的应用。然而铅是一种有毒物质,对人和环境都有着较大的危害,无铅化轴承材料的研制已成为轴承领域的研究热... 详细信息

滑动轴承是内燃机中重要的摩擦易损件,与曲轴、活塞销等组成重要的摩擦副,具有较好摩擦学性能的铜铅滑动轴承在内燃机中具有广泛的应用。然而铅是一种有毒物质,对人和环境都有着较大的危害,无铅化轴承材料的研制已成为轴承领域的研究热点。本文选用FeS作为自润滑相代替铜铅材料中的铅,通过粉末冶金方法制备出了含FeS铜基双金属材料,摩擦磨损试验及微观检测分析表明,含FeS铜基双金属材料具有较好的摩擦磨损特性,显示出FeS取代铅的可行性。研究表明,试验工况条件对铜基轴承材料摩擦磨损性能有较大影响。在定载油润滑条件下,含FeS铜基双金属材料较不含FeS的铜基材料在减摩耐磨性方面有着较大的改善;该工况条件下润滑油起到主要的润滑作用,一旦润滑油膜破损,FeS自身易滑移的特性使得其能很好的填充到油膜破损处,协同润滑油起到较好的减摩耐磨效果。在逐级加载油润滑工况下,FeS会随着载荷的增加越来越多的向摩擦副表面转移形成固体润滑膜,进而起到较好的减摩效果,使得含FeS铜基双金属材料的减摩耐磨性能及其承载能力有了明显提高。在无油干摩擦工况下,起润滑效果的仅是材料自身所含的FeS;FeS含量越多,磨痕表面形成的FeS固体膜越完整,材料的减摩效果越明显,摩擦副运行较为稳定;而当FeS含量过多时,摩擦过程中较多FeS的转移与脱落使其磨损量有增加趋势。相比于传统含铅材料CuPb10Sn10,含FeS铜基轴承材料在减摩耐磨性能方面体现更好地的效果,而在承载能力方面还存在不足,有待进一步深入研究。

关键词：铜基轴承材料无铅化 FeS 固体润滑膜减摩耐磨机理

FeS/Cu-Bi铜基滑动轴承材料的制备及性能研究

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FeS/Cu-Bi铜基滑动轴承材料的制备及性能研究

作者：张开源合肥工业大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：铜基轴承材料机械合金化 FeS Bi 性能

FeS/Cu铜基滑动轴承材料的制备及性能研究

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FeS/Cu铜基滑动轴承材料的制备及性能研究

作者：曾庆勤合肥工业大学

学位级别：硕士

铅是传统铜基轴承材料中常用来添加的减摩软质相,但是由于铅的毒害性使得铜基轴承材料的无铅化研究势在必行。本文以FeS作为自润滑相替代铅添加到铜基材料中,为解决FeS和铜基材料界面结合质量差以及易团聚问题,首先采用机械合金化高能... 详细信息

铅是传统铜基轴承材料中常用来添加的减摩软质相,但是由于铅的毒害性使得铜基轴承材料的无铅化研究势在必行。本文以FeS作为自润滑相替代铅添加到铜基材料中,为解决FeS和铜基材料界面结合质量差以及易团聚问题,首先采用机械合金化高能球磨方法制备了FeS/Cu铜基合金粉末,然后采用粉末冶金的方法制备无铅FeS/Cu铜基轴承材料,并开展了不同粉末制备工艺下材料力学性能和摩擦学性能研究。研究表明,机械合金化能够有效提高烧结材料中FeS与铜基体的界面结合质量,同时提高了FeS分布的均匀程度。由于粉末形貌的变化和加工硬化,使得材料压制质量降低;FeS在材料中的弥散分布也割裂了基体的连续性,这两者使得材料的力学性能有所下降。将球磨后的粉末与适量未球磨的粉末混合能解决材料性能有所下降问题。随粉末球磨时间和材料中FeS含量的增加,材料的力学性能呈现下降的趋势。摩擦磨损过程中,FeS在材料摩擦副表面聚集形成润滑膜,并且一部分转移到对偶件形成转移膜,起到了较好的减摩作用。机械合金化制备的材料形成的润滑膜和转移膜更加完整,减摩抗粘着作用更好。适当延长球磨时间,FeS在基体材料中的分布更均匀弥散,减摩抗粘着效果也更好,摩擦副摩擦系数更小;但球磨时间过长,材料力学性能下降,耐磨性降低;FeS含量、试验条件都对FeS/Cu铜基轴承材料摩擦磨损性能有明显影响,本文条件下,FeS含量在4%,粉末球磨5 h,载荷150 N时,材料的摩擦磨损性能较好。

关键词：铜基轴承材料机械合金化 FeS 界面结合性能

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石墨—无铅铜合金复合涂层的研究

石墨—无铅铜合金复合涂层的研究

作者：王影上海工程技术大学

学位级别：硕士

铜合金CuSn10Pb10具有较高的承载力和优良的耐磨性能,被普遍应用于重载发动机滑动轴承领域。但是,随着人类对环境的日渐重视,减少铅污染,寻求铅金属的替代产品势在必行。本文以锡青铜CuSn10为主要原料,加入石墨取代铅作为润滑组元,并采... 详细信息

铜合金CuSn10Pb10具有较高的承载力和优良的耐磨性能,被普遍应用于重载发动机滑动轴承领域。但是,随着人类对环境的日渐重视,减少铅污染,寻求铅金属的替代产品势在必行。本文以锡青铜CuSn10为主要原料,加入石墨取代铅作为润滑组元,并采用粉末冶金生产技术制备石墨-无铅铜合金复合材料,以期实现滑动轴承的无铅化。通过两种方式对石墨进行表面改性,添加硝酸镍和镍包覆石墨颗粒,来改善传统石墨-铜基复合材料中石墨/铜界面结合差等问题,探讨了两种工艺流程的优劣,寻求最佳制备方法。并将制备的石墨-铜合金复合材料与常用滑动轴承材料CuSn10Pb10的显微组织及宏观性能进行了对比分析,探讨石墨-无铅铜合金复合材料代替CuSn10Pb10作为滑动轴承材料的可行性。利用扫描电子显微镜、EDS能谱、硬度测试和摩擦磨损实验等系统分析改性石墨颗粒表面镍的形态、石墨-CuSn10复合涂层和CuSn10Pb10涂层的微观组织及其性能,结果表明:添加镍工艺能使金属镍颗粒粘附在石墨颗粒的表面,并促使石墨颗粒、CuSn10颗粒的相互连接;镍包覆工艺能在石墨颗粒表面形成完整的镍包覆层;镍的添加能改善石墨与CuSn10基体之间的界面结合,提高复合涂层的硬度和耐磨性,降低其摩擦系数;添加镍和镍包覆这两种石墨改性工艺制备的石墨-CuSn10复合涂层的最佳石墨含量均为10vol,其摩擦磨损性能均优于常用的重载发动机滑动轴承材料:CuSn10Pb10,是一种理想的无铅铜基滑动轴承材料。

关键词：石墨-铜合金复合涂层铜基轴承材料无铅粉末冶金