1、Al、Zn 对 Fe18Cu 基粉末冶金摩擦材料组织和性能的影响研究摘 要铁基摩擦材料不仅耐高温，而且具有较强的承载力，且价格低廉，所以在诸多领域得到广泛的应用，但是铁基摩擦材料也存在一定的缺陷，与铁质发生摩擦时，其性能容易受到影响。 Cu 基粉末冶金摩擦材料相对于 Fe 基摩擦材料而言，其性能比较稳定，但是 Cu 的成本较高，因此本文以 Fe-18Cu 为研究基体，通过添加 Al 和 Zn 等粉末来进行试验，判断 Al、Zn 对 Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料组织和性能的影响。 关键词Al；Zn；Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料；组织和性能；影响 中图分类号：TB333 文献标识码：A
2、 文章编号：1009-914X（2016）07-0337-01 20 世界 40 年代，我国对铁基粉末冶金摩擦材料就开始了研究，在50 年代，将其应用在了航天领域。铁基材料不仅耐高温，而且承载能力强，价格低廉。但是，铁基粉末冶金摩擦材料与钢铁等金属材料混合使用时，容易发生粘结【1】 。为降低铁的塑性，使其强度得到进一步增强，因此添加了其他元素来达到这一目的。在上世纪 60 年代，我国开始研制铁基粉末冶金制动材料，并且取得了一定成就。随着社会经济和交通运输业的发展，摩擦材料的应用更加广泛，对制动性能的要求更加严格。鉴于此，本文结合新工艺、新技术对 Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料展开进一步的研
3、究和探讨。 一.粉末冶金摩擦材料新技术 实践表明，当前广泛使用的钟罩炉加压烧结法存在能耗大、原材料利用率低、成本较大等缺点。因此，新工艺、新技术的研究是为了在保证产品性能的前提下，保证生产成本最低，获得较好的经济效益和社会效益。 （一）无压烧结工艺 研究资料表明，传统的烧结工艺最突出的问题就是资源浪费【2】 。因此，相对于传统的烧结工艺，无压烧结工艺不需要施加压力就能够实现材料的烧结，因此，这一项新型的工艺得到了广泛应用。现实中，无压烧结工艺主要有轧制法、电镀法以及离子喷涂法等。该项工艺制备的材料具有摩擦系数小、孔隙率较高等特点。 （二）粉末轧制工艺 此种工艺指的是压实被引入旋转轧辊之间的粉末
4、，使之形成粘聚状态的半成品，然后对其进行活化烧结的一种工艺。通过实践表明，粉末轧制工艺所制备的材料，具有较高的使用性能。 （三）表面处理技术 表面处理技术主要包含两个方面，一是通过对材料表面进行渗氮、渗硼及硼铬共渗来达到摩擦材料烧结的目的；另一方面，通过处理材料表面，使其形成氧化膜。而提高产品的质量和改善多层烧结，是通过骨架与粉末层的粘结来实现的【3】 。 二.Al、Zn 对 Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料组织和性能的影响 （一）.试验方案 为了进一步了解 Al、Zn 对 Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料组织和性能的影响，本文进行了试验分析。本实验用纯度大于 99%的 Al 和 Zn 及
5、纯度大于 99.5%的 Fe-18Cu 各 200 目。并结合试验需要，准备了最先进的试验机、混料机、显微镜等设备。本实验中，试样制备的工艺为：原料配料、混合压制加压烧结。为了保障试验的可靠性，对各项工艺参数进行了严格的设置，对各项材料性能也进行了专业的测试。 （二）. Al 对 Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料组织和性能的影响 众所周知，Cu 不仅导热性能好，而且抗氧化能力强，因此和铁质对偶件的相溶性比较小，因此铜基摩擦材料耐磨且结合平稳。但是，在高负荷条件下，铜基粉末冶金摩擦材料摩擦系数不稳定。因此，结合铁基与铜基材料的优点，研制新型的摩擦材料有非常重要的意义。 通过试验表明： （1）A
6、l 元素添加量对 Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料组织和性能有一定的影响。当添加量低于 3%时，材料组织有 AlCu4 新相生成，其基体组织也被细化，而且晶粒分布非常均匀。当添加量不断增加时，材料的力学性能也不断提高。试验表明，当 Al 元素添加量为 2%时，基体力学性能最好，硬度达到 95.5HB，抗压强度达到 368Mpa。 （2）试验表明，当 Al 含量增加时，材料摩擦系数先呈上升趋势，而后又缓慢下降；当 Al 含量等于 2%时，材料表面形成致密的薄氧化膜；当 Al 含量等于 3%时，材料表面生成较厚氧化膜，而且容易剥落；此外，试验表明材料的磨损主要为犁削磨损。 （3）Zn 对 Fe-
7、18Cu 基粉末冶金摩擦材料组织和性能的影响 Zn 具有强化基体的功能，通过试验表明，Zn 对 Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料组织和性能的影响如下： （1）当添加 0%-2%的 Zn 元素时，材料在显微镜下显示有 FeZn3 新相生成，添加 Zn 的材料组织孔隙率下降，晶粒细化；当 Zn 含量增加时，材料的抗压强度先呈上升趋势，后逐渐下降；当 Zn 含量为 1%时，该材料硬度和抗压强度最佳，分别达到 103HB 和 383MPa。 （2）当加大 Zn 元素的添加量时，材料的摩擦系数先下降后上升。在转速 500r/min、Zn 含量为 1%时，摩擦系数为 0.268；当转速1500r/min
8、、Zn 含量为 1.5%时，摩擦系数为 0.260；在转速为中速时，加入 Zn 元素的材料的磨损形式为氧化磨损；当转速为高速时，材料磨损形式主要是疲劳磨损以及磨粒磨损。 三. 结束语 铁基粉末冶金摩擦材料和铁质对偶件有较大的相溶性，所以容易在摩擦时拉伤对偶表面，甚至产生较深的沟槽，导致制动性能降低或不稳定。而铜基摩擦材料，不仅抗氧化性能较好，而且耐磨性好，但是铜基摩擦材料的制备成本较高。因此，要满足使用性能以及考虑经济成本，研发价格经济、性能又好的摩擦材料是当前市场备受关注的问题。本文主要结合新工艺和新技术，对铁铜基粉末冶金摩擦材料进行试验和研究，并且从物理性能以及力学性能等多方面来阐述研究结
9、果，从而揭示 Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料的组织结构和性能，为 Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料的进一步应用与开发提供科学的资料【4】 。 参考文献： 1 杨明.Al、Zn 对 Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料组织和性能的影响D.南京航空航天大学，2011.09（14）：117-118. 2 黄建龙，王建吉，党兴武，陈生圣，谢军太.铝含量对铜基粉末冶金材料性能的影响J.润滑与密封，2013，01（31）：156-160. 3 石岩.Cu 基粉末冶金摩擦材料激光表面改性研究D.长春理工大学，2010.08（25）：144-145. 4 于潇，郭志猛，杨剑，裴广林，赵翔，彭坤.Fe 含量及摩擦组元对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响J.粉末冶金技术，2014，01（25）：243-247.
