粉末注射成形铜基摩擦材料的研究

论文摘要

金属粉末注射成型（MIM）因其制品具有高质量、高精度等优点成为近年来粉末冶金工业研究的热点。铜及铜基合金因具有导热率高、塑性好、延展率大、常温下与氧亲和力小、耐腐蚀性强等一系列优点,在现代导电导热材料、摩擦材料等方面占据了重要的地位。本文主要利用粉末注射成型技术制备铜基摩擦材料,优化了材料制备过程中的各工艺参数。在基本工艺研究的基础上,借助扫描电镜、X射线衍射仪及摩擦磨损试验机等仪器设备,对铜基粉末冶金摩擦材料的表面组织形貌、密度及互动摩擦磨损特性进行了较为系统的研究与分析。最后给出了其摩擦磨损性能。经工艺试验研究,注射成形最佳喂料工艺为:粉末装载量54%;粘结剂60%PW+25%LDPE+10%SA;混炼温度150℃;混炼时间2h。采用正交试验法系统研究了注射压力、注射温度、注射速度及其交互作用对注射预成形坯质量的影响,评价了各参数对成形坯质量的影响,获得了注射成形的优化注射工艺参数。最佳注射参数为:注射温度155℃,注射压力110 MPa,注射速度40m?s-1,锁模力90 MPa,保温时间10s。最佳脱脂工艺参数为:40℃脱脂6h。在560℃以下烧结时,升温速度应当控制在2℃·min-1以下;升温结束后,可采用快速降温的方式冷却。随着烧结温度的升高,试样的致密度逐渐提高;延长高温阶段的保温时间至10min有利于孔隙的消除,从而增加试样的致密度。摩擦磨损试验表明:采用粉末注射成形工艺制取的铜基摩擦材料,随着石墨含量的增加,材料的孔隙率增加,造成基体材料的密度及硬度均呈下降趋势。当石墨含量小于10%时,随着石墨含量的增加,减摩材料及对偶件的磨损率逐渐降低;当石墨含量处于10%～15%时,磨损率较小,摩擦系数能够稳定维持在较低水平,从而减少减摩材料的消耗,能够形成保护膜降低对偶件的磨损,保护对偶件;当石墨含量大于15%时,减摩材料的磨损率上升,摩擦系数增大。当石墨含量在10%～15%之间时,减摩材料既能获得较好的密度、硬度,又能充分发挥减摩效果,保护对偶件。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• CONTENT
• 第一章 概述
• 1.1 金属粉末注射成形工艺的特点
• 1.2 本课题的国内外研究现状
• 1.2.1 金属粉末注射成形工艺的发展历程
• 1.2.2 国际概况
• 1.2.3 国内概况
• 1.3 金属粉末注射成形工艺
• 1.3.1 粉末的选取
• 1.3.2 混料
• 1.3.3 注射成形
• 1.3.4 脱脂
• 1.3.5 烧结
• 1.4 本课题的研究意义及内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 研究方法
• 1.4.4 本课题研究特色
• 1.5 本章小结
• 第二章 试验材料、设备及方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 原料粉末
• 2.1.2 有机粘结剂
• 2.2 试验设备
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 试验研究方法
• 2.3.2 试验工艺流程
• 2.4 性能检测及方法
• 2.4.1 粉末松装密度、振实密度的测试
• 2.4.2 尺寸测量
• 2.4.3 密度测量
• 2.4.4 表面形貌观察
• 2.4.5 摩擦磨损性能测定
• 2.4.6 磨屑成分分析
• 第三章 注射成形工艺
• 3.1 喂料的制备
• 3.1.1 粘结剂的选取原则
• 3.1.2 喂料与粘结剂的混炼
• 3.1.3 喂料流变学
• 3.1.4 混料均匀性评价
• 3.2 注射成形
• 3.2.1 试验方法
• 3.3 注射成形缺陷的影响因素及质量控制
• 3.3.1 充型不足
• 3.3.2 飞边
• 3.3.3 断裂
• 3.3.4 表面凹陷及表面裂纹
• 3.3.5 表面流动纹
• 3.3.6 湍流及其他缺陷
• 3.4 本章小结
• 第四章 脱脂及烧结工艺
• 4.1 脱脂原理
• 4.1.1 溶剂脱脂原理
• 4.1.2 热脱脂原理
• 4.2 脱脂过程的控制
• 4.2.1 脱脂过程的缺陷避免
• 4.2.2 工艺参数对脱脂速率的影响
• 4.3 烧结基本原理
• 4.4 注射成形试样的烧结
• 4.4.1 烧结温度及时间的影响
• 4.4.2 升温速率的影响
• 4.4.3 影响烧结缺陷的因素及分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 摩擦磨损性能研究
• 5.1 摩擦学原理
• 5.2 摩擦特性分析
• 5.2.1 石墨含量对磨损率的影响
• 5.2.2 石墨含量对摩擦系数的影响
• 5.2.3 石墨含量对磨损特性的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 大摘要