论文摘要
为了满足零件在避免油污染的和要求永久润滑等地方正常运行的需要,高性能新型自润滑材料的研究不仅具有重要的科学研究意义,而且具有重要的应用前景。由于铜基自润滑材料的应用范围很广,抗磨损性好,在研究中采用铜作为基体材料,添加镍、锡为基体增强相,添加碳化硅、纳米氧化铝、钨为颗粒增强相,添加石墨、二硫化钼作为固体润滑剂,利用粉末冶金方法制备新型铜基自润滑复合材料。通过金相显微镜、共聚焦显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、维氏硬度仪、压力机和摩擦磨损试验机等研究方法,对所制备样品的成分组成、成型工艺、组织结构、力学性能和干摩擦自润滑性能和机理进行了系统研究。研究结果表明：1)实验设计并制备出了以Cu-Ni-Sn-Pb的雾化合金粉末为基体,以0wt%,1wt%,2wt%的石墨作为固体润滑相的复合材料体系的新型铜基自润滑材料。优化的烧结工艺为：温度910℃,时间4h；随着石墨含量的增加样品的硬度从80.1HV下降到35.7HV；压溃强度从590.3MPa下降到262.7Mpa；密度从6.89g／cm3下降到6.69g/cm3；摩擦系数从0.36下降到0.16；1%石墨含量的试样耐磨性能最好,磨损量为不含石墨的试样的1／20。2)在石墨含量2wt%不变的条件下,添加1wt%,2wt%的14μm的SiC和1wt%的75μm的SiC为增强相,制备出SiC增强新型铜基自润滑材料。1wt%的细SiC的增强的密度为6.73g／cm3,硬度为61.2HV,压溃强度为480MPa,表现良好的综合力学性能。通过改变压制压力,制备出孔隙率为18%～27%的多孔自润滑材料,密度从5.90g／cm3增加6.60g／cm3,硬度从24.2HV提高到43.0HV,压溃强度从170MPa上升到251MPa,磨损量降低了7／8。3)以Cu-Ni-W-Y2O3-MoS2-SiC混合粉末为基体,通过加入3wt%,3.5wt%,4wt%,4.5wt%,5wt%的石墨,制备出高石墨含量的铜基自润滑材料。随石墨含量的增加,密度从6.19g／cm3下降到5.99g／cm3,硬度从26.7HV下降到19.8HV,压溃强度从189MPa下降到103MPa。其摩擦系数为0.18左右,磨损量随着石墨含量的增加略微增加。4)以Cu-Ni-Y2O3-MoS2-Graphite混合粉为基体,加入0%,1wt%,2wt%,3wt%,4wt%的纳米Al2O3增强相,制备出纳米Al2O3增强铜基自润滑材料。随着Al2O3含量的增加,密度下降,但硬度和强度先上升后下降,在Al2O3含量为2wt%时硬度从23.7增加到35.1HV,压溃强度为从189MPa提高到276MPa。由石墨和MoS2组成的混合固体自润滑擦料的摩擦系数小且稳定,在0.12左右。含量为2wt%的样品磨损量最小,是未加氧化铝的磨损量的1／7-1／8。5)铜基体经过镍、锡强化、纳米Al2O3等弥散颗粒强化和固体润滑相石墨和二硫化钼的加入,制备的材料已具有一定的自润滑功能。强化相提高材料的抗刮削能力,润滑相减小了摩擦过程中的剧烈粘着,两者的合适配比决定了自润滑效果。