随着现代工业的发展,航空航天和交通等领域越来越需要各种高耐磨、高强度、耐高温和耐腐蚀的铁、铜基摩擦材料
在服役条件苛刻(如使用温度高、耐磨环境复杂等)的情况下,对摩擦材料的综合性能的要求也越来越高[1,2]
为了满足对摩擦材料的需求,对铁、铜基摩擦材料进行深入研究以提高其综合性能
杨明[3]将Cu作为基体组元加入铁基摩擦材料中,显著提高了材料的致密度和降低了磨损量,使材料的耐磨性能提高
姚萍屏等[4]在Fe基摩擦材料中加入Cu使其合金化,提高了铁基组织的硬度,增强了其抗粘着能力,降低了磨损量,使其耐磨性能显著提高
任剑等[5]在铜-石墨复合材料中添加Fe元素,使其中富含石墨的机械混合层更稳定,磨损率变化小,提高了材料的耐磨性能
赵翔等[6]认为,Cr-Fe能改善铜基摩擦材料中铜基体与硬质相的界面结合,提高材料的耐磨性与摩擦稳定性,降低材料的磨损
吕自强等[7]研究结果表明,Fe-Cu多元合金具有良好的力学性能,Fe与Cu基体的结合强度高,致密度好,使其抗磨损性能显著提高
铁基摩擦材料的成本低,经济效益和抗高温性能好
但是,这种材料的制动噪声大,与对偶件易粘连损害二元性的表面
在其表面形成的或深或浅的凹槽使其摩擦系数在很大的范围变化,导致制动不稳甚至失效
同时,铁基摩擦材料的导热性比较差
铜基摩擦材料与其他摩擦材料相比有许多优点,例如良好的自润滑性[8]、抗粘结性、耐热性[9,10,11,12,13,14]和耐摩擦磨损性能以及良好的抗氧化性,且与铁合金的相容性较小
但是在制动过程中产生的巨大热量使铜基摩擦材料的强度大幅度降低,影响其摩擦稳定性和使用寿命[15]
此外,在高负荷条件下铜基材料的摩擦系数稳定性很差
根据复合材料理论,Fe-Cu基复合材料可能同时具有Fe和Cu单一材料的优点,且避免两者的缺点
在γ-Fe中加入适量的Cu(一般小于8%~10%)起固溶强化作用,可适当提高材料的耐磨性能[16]
但是材料的摩擦磨损性能主要是由韧性和强度共同决定的,传统的以固溶强化方式提高耐磨性能手段不一定有效,因为固溶强化只能简单提高材料强度及硬度,无法提高材料的韧性,探究其他Cu含量范围相应的摩擦磨损机制尤为重要
同时,烧结温度也显著影响材料的组织和性能[17]
鉴于此,本文研究铜含量和烧结温度对Fe-Cu基粉末冶金复合材料耐磨性能的影响
1 实验方法
Fe-Cu基复
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