燒結(jié)壓力對銅基粉末冶金摩擦材料性能的影響

　　摘 要：采用直熱式熱壓燒結(jié)法在不同燒結(jié)壓力下制備銅基粉末冶金摩擦材料。對材料的物理及力學(xué)性能、摩擦磨損性能進(jìn)行測試。結(jié)果表明：隨著燒結(jié)壓力的增加，材料的密度和強(qiáng)度增大，氣孔率下降，材料的摩擦系數(shù)和磨損量減小。當(dāng)燒結(jié)壓力為 25MPa 時(shí)，材料的綜合性能較好，燒結(jié)壓力超過 25MPa 后，材料性能無明顯提高。

　　王曉陽， 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 發(fā)表時(shí)間：2021-08-12

　　關(guān)鍵詞：燒結(jié)壓力;微觀組織;摩擦性能

　　1 概述

　　隨著我國高速鐵路的迅猛發(fā)展，對高速列車閘片材料的性能要求日益提高。在高速列車制動閘片領(lǐng)域粉末冶金制動閘片是應(yīng)用技術(shù)最成熟、最廣泛的材料[1- 2]。因此，有必要對粉末冶金制動閘片材料的燒結(jié)工藝進(jìn)行優(yōu)化。高鐵閘片材料的燒結(jié)行為十分復(fù)雜，其中燒結(jié)壓力是關(guān)鍵的因素之一[3- 5]。本文討論了燒結(jié)壓力對材料的物理和力學(xué)性能以及摩擦性能的影響規(guī)律，為銅基粉末冶金摩擦材料的研制和生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

　　2 實(shí)驗(yàn)方法

　　摩擦材料的成分配比如表 1 所示。按表 1 將各組分加入少量丙三醇為黏結(jié)劑后均勻混合，用直熱式燒結(jié)爐中在 600℃保溫 20min。

　　3 結(jié)果與討論

　　3.1 燒結(jié)壓力對摩擦材料物理和力學(xué)性能的影響

　　不同燒結(jié)壓力下，材料的物理和力學(xué)性能如表 2 所示。由表可知，當(dāng)燒結(jié)壓力為 20MPa 時(shí)，材料的密度和強(qiáng)度較低，氣孔率較高。燒結(jié)壓力增加到 25MPa，材料的密度和強(qiáng)度隨著壓力的增加而增大，氣孔率下降。燒結(jié)壓力繼續(xù)增加時(shí)，材料的性能變化不大。

　　3.2 燒結(jié)壓力對摩擦材料摩擦磨損性能的影響

　　圖 1 為材料摩擦后的表面形貌。由圖可知，在燒結(jié)壓力為20MPa 時(shí)，摩擦表面較粗糙，存在較深的犁溝和凹坑;隨著燒結(jié)壓力的增加，表面犁溝深度變淺，凹坑減少，摩擦表面膜相對光滑平整。

　　材料的制動性能和密度隨燒結(jié)壓力的變化如圖 2 所示。由圖可知，隨著燒結(jié)壓力的增加，材料的摩擦系數(shù)降低，磨損量減小，燒結(jié)壓力從 20MPa 提高到 25MPa，摩擦系數(shù)和磨損量變化幅度較大，分別下降了 5.7%和 9.6%，但超過 25MPa 后變化不明顯，降幅不到 1%。

　　當(dāng)燒結(jié)壓力為 20MPa 時(shí)，材料的氣孔率較高，強(qiáng)度較低，在摩擦過程中，易造成硬質(zhì)顆粒和石墨的破碎和脫落，使摩擦面的相互嚙合作用增強(qiáng)，材料的摩擦系數(shù)較高，對偶面間得不到表面膜的保護(hù)使磨損量較大。當(dāng)燒結(jié)壓力為 25MPa 時(shí)，材料的密度增大，強(qiáng)度提高，摩擦表面形成光滑平整的表面膜，嚙合作用減小，材料的摩擦系數(shù)減小，磨損量降低。燒結(jié)壓力為 30MPa 時(shí)，材料的密度、力學(xué)性能和摩擦表面狀態(tài)與燒結(jié)壓力 25MPa 相比沒有顯著變化，造成其摩擦系數(shù)和磨損量無明顯差異。

　　4 結(jié)論

　　4.1 隨著燒結(jié)壓力的增加，材料的密度和強(qiáng)度增大，氣孔率下降，摩擦系數(shù)和磨損量減小，燒結(jié)壓力從 20MPa 提高到25MPa，摩擦系數(shù)和磨損量變化幅度較大，分別下降了 5.7%和 9.6%，但超過 25MPa 后變化不明顯，降幅不到 1%。

　　4.2 當(dāng)燒結(jié)壓力為 25MPa 時(shí)，材料的綜合性能較好，燒結(jié)壓力超過 25MPa 后，材料性能無明顯提高。