Fe在铜基粉末冶金摩擦材料中的作用
收稿日期:2006-02-20
基金项目:湖南省科技重大项目产业化研究资助(01-96-10)作者简介:陈 洁(1978-),女(汉),湖南长沙人,在读博士,主要从事复合材料的研究。
Fe 在铜基粉末冶金摩擦材料中的作用
陈 洁,熊 翔,姚萍屏,李世鹏
(中南大学粉末冶金研究院国家重点实验室,湖南 长沙 410083)
摘 要:研究了Fe 在铜基粉末冶金航空摩擦材料中的摩擦磨损作用及机理。研究表明:Fe 在
铜基摩擦材料中起到了摩擦组分的作用,对材料的机械性能和摩擦磨损性能起到了重要的作用。Fe 能提高铜基摩擦材料的强度、硬度;当Fe 含量超过4%后,随Fe 含量的增加,材料的摩擦系数及稳定性增加;高速摩擦条件下,Fe 能促进摩擦面氧化膜的形成,减小材料的摩擦系数和磨损量。
关键词:粉末冶金摩擦材料;摩擦磨损;摩擦组分;摩擦机理中图分类号:TF12512 文献标识码:A 文章编号:1006-6543(2006)04-0016-05
THE WOR KIN G OF Fe IN COPPER -BASED P/M FRICTION MA TERIAL
CHEN Jie ,XIONG Xiang ,YAO Ping -ping ,L I Shi -peng
(Stare K ey Laboratoty of Powder Metallurgy ,Central S outh University ,Changsha 410083,China )
Abstract :The working mechanism of Fe in a new type of copper -based P/M friction material was studied 1The results show that Fe works as frictional component in copper -based friction ma 2terials ,influening the mechanical and frictional property of materials 1Fe can increase the strength and hardness of friction material ;when Fe is more than 4%,with the increase of Fe ,the friction coefficient and stability of the material are enhanced 1At the same time ,at high speed friction ,Fe takes part in formation of oxide film on friction surface ,so the wear loss of friction material is de 2creased 1
K ey w ords :P/M friction material ;friction and wear ;friction component ;friction mechanism
铜基粉末冶金摩擦材料由于其良好的导热性、耐磨性而被广泛应用于各种离合器和刹车装置中[1]。粉末冶金摩擦材料是以金属及其合金为基体,添加硬质颗粒摩擦组元和固体润滑组元,用粉末冶金的方法制造而成的金属基颗粒复合材料[2]。因此,可以通过调节和控制复合材料中各组元的含量及存在形式来改善材料的物理机械性能,进而提高材料的摩擦磨损性能,最终得到综合性能优异的粉末冶金摩擦材料。
粉末冶金摩擦材料中大都加有Fe 作为摩擦组元,以提高材料的摩擦系数[3,4],其含量一般在5%～25%的范围内。有资料显示[5],Fe 含量在5%以下时,摩擦系数才有所提高,随后Fe 含量增加,材料的摩擦系数变化不大,且Fe 含量增加,材料磨损量增加,对偶磨损量则减少[6]。本文即针对Fe 在新型铜基粉末冶金摩擦材料中的作用机理进行了系统的分析,明确了Fe 对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响。
第16卷 第4期
2006年8月
粉末冶金工业POWDER METALL URG Y IN DUSTR Y
Vol.16No.4Aug.2006
1 实验材料与方法
111 材料制备
按比例称取各种粉末,经手工混合后置于V 型混料器中混合6～8h ,混合料在400～600MPa 压力下冷压成形。在加压烧结炉中于氢气保护下进行烧结,烧结温度为920～950℃,烧结压力为210～315MPa ,保温3～4h ,然后水冷待温度低于100℃后出炉。出炉后将烧结材料加工成<75mm ×53mm 的环块。材料主要化学组成见表1。
表1 材料主要化学成分
材料编号
成分配比/%(质量分数)
Cu Sn C Fe
191452874543834584
79
4
5
12112 检测项目和方法
在HBRF -18715型洛氏硬度计上测试材料的
表观硬度(HRF ),每个试样测定五个点,取其平均值;在MeF3A 型金相显微镜上观测材料微观组织;根据G B/T10421-1989测出材料密度;在MM -1000型摩擦实验机上进行定速摩擦实验,试环及对
偶尺寸<均为75mm ×53mm ,对偶材料为30CrMoSiVA 合金结构钢,硬度40HRC 。摩擦压力为015MPa ,转动惯量为215kg ?cm ?s 2,速度分别为1000、3000、5000、7000r/min ,摩擦时间为20s ;在KYKY -2800型扫描电镜下观察材料摩擦面形貌。
2 实验结果与讨论
211 Fe
对材料结构及物理性能的影响
图1 材料显微组织图
(a )1号材料;(b )2号材料;(c )2号材料
图1为未加Fe 的1号材料和加Fe 的2号材料
的显微组织图。图1(a )中,黑色长条状组织为石墨,基体中的灰白区域为铜锡合金形成的α-固溶体,其上分布有少量孔隙。图1(b )中,均匀分布于
?
71?第4期 陈 洁,等:Fe 在铜基粉末冶金摩擦材料中的作用
基体中的浅灰色小斑点为加入的Fe 。由于Fe 在铜中的溶解度极小,一般不超过014%～015%,因此Fe 颗粒多以游离状态分布于铜锡基体中,在与基体结合处少量Fe 原子能固溶于基体中。Fe 与基体铜间这种良好的润湿性,以及该材料较高的烧结温度(920～950℃),使得烧结过程中Fe 原子活性增大,在基体中的扩散加快,因此能在基体中均匀分布,且与基体结合良好。图1(c )为图1(b )的局部放大图,其中黑色长条状物为片状石墨,灰黑色大斑块即为Fe 颗粒。
表2列出了四种材料的密度和硬度。由表2可
表2 各材料密度及洛氏硬度(HRF )
性能材料编号
1234密度/g 1cm
-3
7151715071497145硬度(HRF )
42
51
54
56
知,随铜基材料中Fe 含量的增加,材料密度变化并不大,而材料硬度明显提高。铜基摩擦材料中加入Fe 后硬度提高的主要原因是,Fe 微溶于基体,与基体相不发生反应,但在与基体结合处,少量Fe 原子能固溶于基体中,起到了一定的固溶强化作用;另外,Fe 颗粒硬度明显高于基体Cu ,因此均匀分布的Fe 颗粒又起到了一定的颗粒强化的作用,从而提高
了材料的硬度[7]。212 Fe 对材料摩擦磨损性能的影响21211 Fe 对材料摩擦系数的影响
图2为四种材料在不同摩擦速度下摩擦系数
。
图2 四种材料在不同摩擦速度下的摩擦系数
由图2可知,随摩擦速度的提高,材料的摩擦系数呈现逐渐降低的趋势。究其原因,摩擦是两摩擦表面间相互粘着和啮合程度及其性质的函数[8]。根据分子-机械啮合理论,当两摩擦面间微凸体相互接触时,接触点材料由于分子间作用力而粘和在一起。摩擦过程中,这些接触点间产生相对运动,从而发生剪切现象。这种剪切力必然成为摩擦阻力。在低转
速下摩擦时,摩擦表面温升不大,摩擦表面未发生相变等复杂变化,摩擦阻力主要来源于材料表面微凸体与对偶表面微凸体间的相互作用。而铜基摩擦材料较对偶材料软得多,因此,此时摩擦副间的相互作用主要是对偶表面硬质微凸体对较软的铜基材料表面的犁沟作用。故低转速摩擦时摩擦系数较大。随着摩擦转速的提高,由于大量摩擦热的存在导致材料摩擦表面温度迅速提高,而基体铜较软,因此,材料摩擦面在摩擦过程中发生软化和产生大量变形。材料表面存在的这种严重畸变导致材料表面能急剧升高,表面原子活性增大。因此高温下表面层中均匀分布的Fe 极易与大气中的氧发生反应,形成一层致密的氧化膜。高摩擦速度下,一方面材料表面的软化,增强了材料的塑性,降低了微凸体间的机械啮合作用,因此,降低了材料的摩擦系数。另一方面,表面氧化膜的形成也阻隔了对偶与材料金属间的直接接触,从而进一步降低了高速摩擦下的摩擦系数。
Fe 在铜基粉末冶金摩擦材料中一般是作为摩擦组分加入的。由图2可明显看出,材料的摩擦系数基本随材料中Fe 含量的增加而增加,但Fe 含量为4%的2号材料则稍有不同,与未加Fe 的1号材料相比,其各转速下的摩擦系数并未明显提高;而Fe 含量为12%的4号材料,在各转速条件下都能保持较高的摩擦系数,尤其在高速摩擦条件下,摩擦系数较其他材料有明显提高。这说明,作为摩擦组元加入铜基材料的Fe ,只有当其含量大于4%后,材料的摩擦系数才随Fe 含量的增加而提高。Fe 含量越高,材料摩擦系数的提高程度也越大,并且在不同的转速条件下都能保持较高的摩擦系数,特别是在高转速摩擦条件下也能表现出较高的摩擦系数。Fe 对材料的增磨作用一方面在于,如前所述,Fe 颗粒均匀弥散地分布在材料基体中,起到了颗粒强化作用,明显提高了材料的强度、硬度;另一方面,存在于摩擦面的Fe 颗粒本身强度、硬度就比基体铜大,在摩擦过程中当较软的基体磨损后,Fe 颗粒便突出于
摩擦表面,直接与对偶表面相接触,承受摩擦阻力。并且材料中Fe 颗粒与基体铜结合紧密,基体铜对镶嵌其中的Fe 颗粒的把持作用较强,摩擦过程中受摩擦冲击力作用时,Fe 不易被拔出基体,从而提高了材料表面微凸体与对偶表面微凸体间的相互作用力,即提高了摩擦过程中摩擦副间的运动阻力,因此对材料起到了增磨作用,提高了材料的摩擦系数。Fe 含量越高,在摩擦过程中增摩颗粒就越多,材料
?
81? 粉末冶金工业 第16卷
的摩擦系数也越高。在连续的高速摩擦过程中,材料表面及相嵌其中的Fe 颗粒不断被磨损、脱落,而基体内部的Fe 颗粒随着材料表面层的降低相继露出摩擦表面,重复其对材料的增摩作用。因此,高Fe 含量的铜基材料能在各转速条件下都保持较高的摩擦系数。
21212 Fe 对材料磨损量的影响
图3为四种材料在各转速条件下,相同摩擦时间内(20s )的磨损量。图3表明,低转速摩擦时
Fe
图3 四种材料在不同摩擦速度下的磨损量
的加入降低了材料的耐磨性能,提高了铜基材料的磨损量,而高转速摩擦条件下则相反,基体中的Fe 能提高材料的耐磨性,降低材料的磨损量。其原因
在于,低速摩擦条件下摩擦主要来源于材料表面微凸体与对偶表面微凸体间的相互作用,以及表面微凸体的犁沟作用,所以摩擦系数和磨损量都较大,而镶嵌于基体中的Fe 颗粒较基体铜合金硬,摩擦过程中脱落的Fe 颗粒滞留在摩擦副间就成为硬质磨粒
对材料产生强烈的犁削作用[9],如图4(a )、(b )所示,材料表面存在清晰的磨痕,数量多,且沟巢较深。
因此低速摩擦时,Fe 颗粒的存在降低了材料的耐磨性能,提高了材料的磨损量。而随着摩擦速度的增加,摩擦面温度不断上升,导致摩擦表面层发生了如前所述的塑性变形、氧化等一系列物理化学变化,形
成了一层稳定的摩擦膜。图4(c )、
(d )为2号材料7000r/min 的摩擦面形貌,从该图可明显观察到高速摩擦条件下摩擦面形成了一层致密的工作膜,通过对表面膜区域进行Fe 元素面扫描分析,发现工作膜中Fe 、O 含量较高,应为氧化膜。摩擦表面氧化膜的存在,一方面有效地阻隔了摩擦材料与对偶间的直接接触,减少了粘着磨损,降低了摩擦系数;另一方面,表面氧化膜硬度较高,它的存在降低了滞留在摩擦副间的硬质磨屑对材料的犁沟作用,从而有效提高了材料的耐磨性能,减少了材料的磨损量
。
图4 2号材料1000r/min 和7000r/min 转速下的摩擦面形貌
(a )、(b )1000r/min ;(c )、(d )7000r/min
?
91?第4期 陈 洁,等:Fe 在铜基粉末冶金摩擦材料中的作用
高速摩擦条件下,随着摩擦过程的进行,材料表面氧化加剧,氧化膜不断加厚[10]。当材料表面工作层达到一定的厚度,硬而脆的表面工作膜在摩擦压力和冲击作用下容易产生微裂纹,微裂纹在摩擦过程中不断延伸、扩散,裂纹的相互联结、发展便造成了表面工作膜的脱落,如图4(c )所示。脱落后的磨屑又在摩擦过程中被压入材料表面参与表面工作膜的形成,随着摩擦的进行不断增厚,随后在摩擦压力和冲击力的作用下产生裂纹、发生脱落,不断循环重复上述过程[11]。
3 结 论
(1)Fe 在铜基航空摩擦材料中起摩擦组元的作
用,当Fe 含量超过4%后能提高材料的摩擦系数,并且随Fe 含量的增加,材料摩擦系数不断增加。特
别在高速摩擦条件下,含Fe12%能提高材料摩擦系数约32%,降低磨损量约49%,明显提高材料的摩擦磨损性能。
(2)低转速摩擦条件下,Fe 组元起磨粒作用,使磨损量增大,降低了摩擦材料的耐磨性能。但在高速摩擦条件下,随摩擦面温度的升高,Fe 参与摩擦面氧化膜工作层的形成,从而降低了磨损量,提高了材料的耐磨性能。参考文献
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?国外信息?
美国金属粉末工业联合会将在汽车工程师协会年度会议期间开展宣传活动
中图分类号:TF12 文献标识码:D
2006年4月3日美国金属粉末工业联合会将在底特律召开的汽车工程师协会年度会议期间举办第21次汽车供应商年度午餐会,在午餐会上美国金属粉末工业联合会将组织颁布2006年汽车类粉末冶金设计竞赛优胜奖,并在午后召开的汽车工程师协会的技术会议上进行宣传。2006年4月3日星期一的会议是由汽车工程师协会粉末冶金委员会与美国金属粉末工业联合会共同举办的。会议的议题为:未来粉末冶金的发展;星期二会议的议题是:粉末冶金技术在汽车制造中的优势。为了使粉末冶金制品的用户能更方便的寻找信息,更好的理解和评估粉末冶金技术,美国金属粉末工业联合会将在2006年汽车工程师协会年度会议召开前发布一个新网站,这个新网站的网址是Http ://www 1pickpm 1com 。在2006年汽车工程师协会年度会议期间美国金属粉末工业联合会将开展选择粉末冶金宣传活动。选择粉末冶金宣传活动是由美国金属粉末工业联合会行业发展委员会倡议开展的活动,目的是让人们更好的了解粉末冶金技术,使粉末冶金技术成为设计工程师首先想到的制造技术。孙世杰摘译自《Metal Powder Report 》,2006,61(3):18
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02? 粉末冶金工业 第16卷
Fe在铜基粉末冶金摩擦材料中的作用
收稿日期:2006-02-20 基金项目:湖南省科技重大项目产业化研究资助(01-96-10)作者简介:陈 洁(1978-),女(汉),湖南长沙人,在读博士,主要从事复合材料的研究。 Fe 在铜基粉末冶金摩擦材料中的作用 陈 洁,熊 翔,姚萍屏,李世鹏 (中南大学粉末冶金研究院国家重点实验室,湖南 长沙 410083) 摘 要:研究了Fe 在铜基粉末冶金航空摩擦材料中的摩擦磨损作用及机理。研究表明:Fe 在 铜基摩擦材料中起到了摩擦组分的作用,对材料的机械性能和摩擦磨损性能起到了重要的作用。Fe 能提高铜基摩擦材料的强度、硬度;当Fe 含量超过4%后,随Fe 含量的增加,材料的摩擦系数及稳定性增加;高速摩擦条件下,Fe 能促进摩擦面氧化膜的形成,减小材料的摩擦系数和磨损量。 关键词:粉末冶金摩擦材料;摩擦磨损;摩擦组分;摩擦机理中图分类号:TF12512 文献标识码:A 文章编号:1006-6543(2006)04-0016-05 THE WOR KIN G OF Fe IN COPPER -BASED P/M FRICTION MA TERIAL CHEN Jie ,XIONG Xiang ,YAO Ping -ping ,L I Shi -peng (Stare K ey Laboratoty of Powder Metallurgy ,Central S outh University ,Changsha 410083,China ) Abstract :The working mechanism of Fe in a new type of copper -based P/M friction material was studied 1The results show that Fe works as frictional component in copper -based friction ma 2terials ,influening the mechanical and frictional property of materials 1Fe can increase the strength and hardness of friction material ;when Fe is more than 4%,with the increase of Fe ,the friction coefficient and stability of the material are enhanced 1At the same time ,at high speed friction ,Fe takes part in formation of oxide film on friction surface ,so the wear loss of friction material is de 2creased 1 K ey w ords :P/M friction material ;friction and wear ;friction component ;friction mechanism 铜基粉末冶金摩擦材料由于其良好的导热性、耐磨性而被广泛应用于各种离合器和刹车装置中[1]。粉末冶金摩擦材料是以金属及其合金为基体,添加硬质颗粒摩擦组元和固体润滑组元,用粉末冶金的方法制造而成的金属基颗粒复合材料[2]。因此,可以通过调节和控制复合材料中各组元的含量及存在形式来改善材料的物理机械性能,进而提高材料的摩擦磨损性能,最终得到综合性能优异的粉末冶金摩擦材料。 粉末冶金摩擦材料中大都加有Fe 作为摩擦组元,以提高材料的摩擦系数[3,4],其含量一般在5%～25%的范围内。有资料显示[5],Fe 含量在5%以下时,摩擦系数才有所提高,随后Fe 含量增加,材料的摩擦系数变化不大,且Fe 含量增加,材料磨损量增加,对偶磨损量则减少[6]。本文即针对Fe 在新型铜基粉末冶金摩擦材料中的作用机理进行了系统的分析,明确了Fe 对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响。 第16卷 第4期 2006年8月 粉末冶金工业POWDER METALL URG Y IN DUSTR Y Vol.16No.4Aug.2006
粉末冶金摩擦材料-培训教材
粉末冶金摩擦材料 （培训教材） 中国粉末冶金实验基地
目录 1．概述 2．粉末冶金摩擦材料的特点 3．我国生产的粉末冶金摩擦材料4．粉末冶金摩擦材料的装配 5．粉末冶金摩擦材料的组成 6．粉末冶金摩擦材料的生产 7．对摩材料
1．概述 摩擦材料是制动器（刹车制动）、离合器（传递扭矩）使用的一种功能性材料，它对制动器、离合器的工作起着重要的作用。例如，飞机的刹车片、汽车的刹车带、火车的制动闸瓦（闸片）等，是用做制动器中的摩擦材料。离合器片则是用在离合器中的摩擦材料。与摩擦材料一起摩擦进行工作的材料在飞机上称为对偶，或者叫作对摩材料；而在火车和汽车上则称为制动盘材料。摩擦材料和对摩材料构成一组摩擦副。尽管摩擦副的工作是由摩擦材料和对摩材料的共同性质所决定的，但是在其中起主要作用的、决定性作用的仍然是摩擦材料。 制动就是强制运转的机器或机械减速和停止的过程。在制动器中，摩擦副吸收机器或机械的动能，并把它转化为热能。一部分热量发散到周围的环境中去，而另一部分为摩擦副所吸收，使摩擦副本身的温度升高。传递扭矩摩擦副的工作和制动摩擦副的工作没有什么本质的区别，同样都是摩擦副中摩擦材料和对摩材料的相对速度发生变化。工作开始时相对速度最大，而后逐渐减小到零的过程。区别是工作时间的长短（制动时间一般是从几秒到十几秒，传递扭矩的时间一般是十分之几秒到几秒）不同，吸收能量的大小不同，摩擦因数不同，因而摩擦副的工作温度也不同。 摩擦副在工作过程中总是要吸收能量，使本身的温度升高。因此，摩擦材料不是在室温，而是在较高的温度下工作的。 摩擦材料工作时的温度和升温速度，在结构一定的情况下，主要和摩擦副工作时必须吸收的能量大小、吸收这些能量的时间间隔有关。吸收的能量越大、时间间隔越短，那么摩擦材料的温度越高，升温速度也越大。在某些情况下，发生热冲击，也就是在很短的时间间隔之内，摩擦表面产生极高的温度。例如，飞机在着陆制动时，在3～5秒种之内，摩擦材料工作表面温度可达到1000℃以上，体积温度高达400℃～600℃。 在油中工作的离合器摩擦副（称为湿式工作条件下），尽管工作时吸收的能量也很大，但由于有油的存在，一般工作表面的温度和整个摩擦材料的体积温度不超过200℃。 摩擦材料是靠表面工作的。在工作中，摩擦材料的工作表面温度很快升高，而后靠传导作用，使整个摩擦材料的温度升高。因此，摩擦材料的工作表面温度和整
铜合金的分类及用途
铜合金的分类及用途 铜合金主要包括铍铜合金、银铜合金、镍铜合金、钨铜合金、磷铜合金。 、铍铜合金 铍铜合金是一种可锻和可铸合金，属时效析出强化的铜基合金，经淬火时效处理后具有高的强度、硬度、弹性极限，并且稳定性好，具有耐蚀、耐磨、耐疲劳、耐低温、无磁性、导电导热性好、冲击时不会产生火花等一系列优点。铍铜材基本上分为高强高弹性铍铜合金（含铍量为．％－．％）和高导电铜铍合金（含铍量为．％－．％）。 铍铜合金用途 铍铜合金常被用作高级精密的弹性元件，如插接件、换向开关、弹簧构件、电接触片、弹性波纹，还有耐磨零器材、模具及矿山和石油业用于冲击不产生火花的工具。现在铍铜材料已被广泛应用于航空航天、电器、大型电站、家电、通信、计算机、汽车、仪表、石油、矿山等行业，享有有色金属弹性王的美誉。 、银铜合金 银铜合金是通过将纯铜和纯银加入电熔炉进行熔炼，经铸造得到坯料，再加工成各种规格的成品。银铜合金的主要应用为电接触材料、焊接材料、银铜合金排及铜银合金接触线。 银铜合金种类 银铜合金：银和铜的二元合金，铜具有强化作用。 类型：有，，，和等合金。 用途：有良好的导电性、流动性和浸润性、较好的机械性能、硬度高，耐磨性和抗熔焊性。有偏析倾向。用真空中频炉熔炼，铸锭经均匀化退火后可冷加工成板材、片材和丝材。作空气断路器、电压控制器、电话继电器、接触器、起动器等器件的接点，导电环和定触片。真空钎料，整流子器，还可制造硬币、装饰品和餐具等。 、镍铜合金 镍铜合金通常被称为白铜。纯铜加镍能显著提高强度、耐蚀性、电阻和热电性，主要应用在海水淡化及海水热交换系统、汽车制造、船舶工业、硬币、电阻线、热电偶。工业用白铜根据性能特点和用途不同分为结构用白铜和电工用白铜两种，分别满足各种耐蚀和特殊的电、热性能。
第五章非铁金属材料与粉末冶金汇报材料
第五章非铁金属材料与粉末冶金材料 非铁金属材料是指除钢铁材料以外的其它金属及合金的总称（俗称有色金属）。 非铁金属材料种类繁多，应用较广的是Al、Cu、Ti及其合金以及滑动轴承合金。 §5-1 铝及铝合金 一、工业纯铝（阅读，回答问题） 1．铝合金为什么不能进行热处理强化？可通过什么手段提高其强度？ 2．为什么纯铝在大气中有良好的耐蚀性？ 3．纯铝有哪些优点和缺点？主要应用？ 二、铝合金 铝合金是向铝中加人适量的Si、Cu、Mg、Mn等合金元素，进行固溶强化和第二相强化而得到的。合金化可提高纯铝的强度并保持纯铝的特性。一些铝合金还可经冷变形强化或热处理，进一步提高强度。 1．铝合金的分类 二元铝合金一般形成固态下局部互溶的共晶相图，如图5-１所示。 根据铝合金的成分和工艺特点可把铝合 金分为变形铝合金和铸造铝合金。 （1）变形铝合金由图5-１可知，凡成 分在D'点以左的合金（加热时能形成单相固 溶体组织，具有良好的塑性，适于压力加工）， 均称变形铝合金。 变形铝合金又可分为两类： ·不能热处理强化的铝合金成分在Ｆ点 以左的合金； ·能热处理强化的铝合金成分在Ｆ点与 D'点之间的铝合金。 （2）铸造铝合金成分在D'点以右 图5-1 二元铝合金相图 的铝合金，具有共晶组织，塑性较差，但熔点 低，流动性好，适于铸造，故称铸造铝合金。上述分类并不是绝对的。 2、铝合金的时效强化 （1）概念
1）固溶处理将铝合金加热到α单相区某一温度，经保温，使第二相溶入α中，形成均匀的单相α固溶体，随后迅速水冷，使第二相来不及从α固溶体中析出，在室温下得到过饱和的α固溶体，这种处理方法称为固溶热处理或固溶（俗称淬火）。 2）固溶处理的性能特点①硬度、强度无明显升高，而塑性、韧性得到改善；②组织不稳定，有向稳定组织状态过渡的倾向。 3）时效强化固溶处理后的铝合金，随时间延长或温度升高而发生硬化的现象，称为时效（即时效强化）。 4）合金时效强化的前提条件合金在高温能形成均匀的固溶体，同时在冷却中，固溶体溶解度随之下降，并能析出强化相粒子。 5）合金时效各阶段的性能特点①孕育期即在自然时效初始阶段，铝合金的强度不高，塑性好，此时可进行各种冷变形加工（如铆接、弯曲等）。②超过孕育期后，强度、硬度迅速增高。如图5-2所示。 （2）时效规律铝合金时效强化效果与加热温度有关，如图5-3所示： ①时效温度越高，强度峰值越低，强化效果越小。 ②时效温度越高，时效速度越快，强度峰值出现所需时间越短；温度过高或时间过长，合金反而变软，这种现象称为“过时效”。 ③低温使固溶处理获得的过饱和固溶体保持相对的稳定性，抑制时效的进行。（生产中有实用意义） （3）回归处理 将已时效强化的铝合金重新加热，经短时保温后在水中急冷，使合金恢复到固溶后的状态的处理方法。（之后还可时效） 一切能时效强化的合金都有回归现象。 （4）退火的目的 铸造铝合金—是消除应力及成分偏析，稳定组织。 变形铝合金—是消除变形加工中出现的加工硬化现象，改善其加工工艺性。 3．变形铝合金 （1）变形铝合金的分类、代号与牌号 变形铝合金根据其性能特点和用途可分为防锈铝合金（LF）、硬铝合金（LY）、超硬铝合金（LC）及锻铝合金（LD），其代号后的数字为顺序号。如LF5、LY12、LC4、LD5等。 牌号（见P143）
FeSO4对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响
FeS04对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响／龙波等445 FeS04对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响 龙波，白同庆，李东生 (北京百慕航材高科技股份有限公司，北京100095) 摘要研究了FeS04对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响。结果表明，摩擦材料中添加FeS04产生了较好的润滑效果。在烧结过程中FeSO。发生分解生成S02和如03，s02与基体材料中的金属反应生成FeS、M nS等金属硫化物。随着F eS04含量增加，材料的密度与硬度逐渐降低；在M M-1000摩擦试验机上进行摩擦性能测试，结果表明随着Fes04含量的增加，摩擦副摩擦系数降低；当材料中FeS04含量为4％时，金属陶瓷摩擦材料具有最佳的摩擦磨损性能。 关键词FeSO‘金属陶瓷摩擦系数磨损 E f f ect of FeS04A ddi t i on on Pr oper t i es of C oppe r-ba sed Pow der M e t al l ur gy Fr i ct i on M at er i al L O N G B o，B A I Tongqi ng，L I D ongs heng (B A I M T E C M at er i al C o．，Lt d，B ei j i ng100095) A bs t ract T he ef fect of FeS04o n t he copper-ba se d pow der m e t al l ur gy f ri ct i o n m at er i aI i s i nves t i gat ed i n t h i s pa per．T he r es u l t s ho w s t hat t he addi t i on of FeS04m ak es pr ef e r abl e l ubr i cat i ve act i on t O t he f r ict ion m at eri al．D uri ng t he s i nt er i n g per i od，FeS04i s decom pos ed i n t O S02and如03．The SQ r eact s w i t h t he m e t a l i n t he m a t r i x and FeS，M nS e t c m e t a l s ul t ides ar e ge nera t ed．W i t h t he i ncr ease of FeS04addi t i on i n t he f ri ct i o n m at er i al t he den si t y a nd har d—nes s of t he m at er i al de bas e gr a dual l y．The f ri ct i o n w ear t e st i s eval ua t ed o n t he M M-1000f ri ct i o n w e ar t est er．W i t h t he r i sing of FeS04addi t i o n。t he f ri ct i o n coe“i ci ent re duc es w h i l e t he s t abi l it y coef f ici ent i ncr e ases．As t he FeS04addi t i on i n t he f ri ct i o n m a t er i al i s a bout4％，t he coppe r-base d f ri et i o n m at er i al posses ses t he best f r ict ion and w ea r per f or m ance．K ey w or ds FeS04，cer m e t，f r i ct i on coef f i ci ent，w ear 粉末冶金摩擦材料又称烧结金属摩擦材料，是以金属及合金为基体，添加摩擦组元和润滑组元，用粉末冶金技术制成的复合材料，是摩擦式离合器与制动器的关键组件[1’2]。 随着科学技术日新月异的发展，飞机、坦克、火车、汽车、船舶及工程机械等的运转速度及负荷迅速增长，对制动材料提出了越来越高的要求，粉末冶金摩擦材料因其具有足够的强度、合适而稳定的摩擦因数、工作平稳可靠、耐磨及污染少等优点而得到广泛应用。粉末冶金摩擦材料主要有铁基和铜基摩擦材料，为充分利用二者性能优势又发展了铁铜基摩擦材料[3~5]。 摩擦材料中加入润滑组元的作用是改善其抗卡滞性能、提高其耐磨性。金属陶瓷摩擦材料中常用的固体润滑剂有石墨、二硫化钼、氮化硼以及一些低熔点金属等[6~8]。FeS04作为固体润滑剂已在铁基粉末冶金摩擦材料中得到应用[9]，而未见关于FeS04用于铜基摩擦材料的报导，本文选择铜基粉末冶金摩擦材料作为研究对象，考察了FeS04含量对航空制动用金属陶瓷摩擦材料性能的影响。 1试验 1．1实验材料及制备方法 为了排除其他组元对实验结果的影响，本实验仅改变C u 和FeS04的配比，其他组元固定不变，具体配方如表1所示。． 表1材料配方(％(质量分数)) Tabl e1M a t er i a l com pos i t i on(w t％) 按比例称取各种粉末，在V型混料筒内混合4～6h；混合料在400M Pa压力下压制成压坯；装入钟罩炉中，于900930℃和H z的保护气氛下加压烧结，烧结压力为2．o～3．0M P a，保温3h，降温随炉冷，小于100℃出炉。 1．2测试方法 采用H B3000型布氏硬度计测量试样的硬度。在盼1450扫描电镜下观察组织形貌并进行微区元素分析。将摩擦材料加工成量75m m×①53m m的试环，对偶材料为30Cr Si M oV A钢，在M M-1000摩擦试验机上进行摩擦磨损实验，按照H B5434．7-1989《航空机轮刹车材料摩擦试验法》进 龙波：男，1980年生，硕士，工程师，主要从事摩擦材料的研制、开发与生产E-m a i l：l b904221@ya hoo．com．c a
粉末冶金摩擦材料原料作用分析
高铁粉末冶金刹车片用原材料作用分析粉末冶金摩擦材料的问世距今已有近百年的历史，尤其在近几年发展尤为迅猛。粉末冶金工艺可以将金属和非金属组分的不同性能很好地配合于一种材料中，已有逐渐代替有机物粘结高分子材料的趋势。 粉末冶金摩擦材料一般由三部分组成：构成基体金属骨架的组元、润滑组元和摩擦组元。是一种含有金属和非金属多种组分的假合金。 1构成基体金属骨架的组元 简称基体组元。常用铜、铁、二硫化钼、镍、钛、铬、钼、钨、磷、锡、铝、锌等。 基体组元由基本组元和辅助组元两部分组成，基本组元在成分中占的比重最大。在铁基中，基本组元是铁。在铜基中，基本组元是铜。辅助组元与基本组元形成合金，从而改善基本组元的性能，或者是赋予基本组元以某种所需要的性能。辅助组元在铁基材料中有二硫化钼、镍、铬、钼、铜及磷等。在铜基中主要是锡、铝、锌及磷等。 粉末冶金摩擦材料的性能、工艺特点在很大程度上取决于基体组元的化学成分、结构和物理机械性能。基体组元保证了材料的承载能力、热稳定性、耐磨性，以及在高温工作时保持住摩擦剂和润滑剂颗粒的能力。一般在粉末冶金摩擦材料中，基体组元占铁基材料的50%~70%，占铜基材料的60%~90%。 1.1铁 近年来铁基粉末冶金摩擦材料的发展很快，主要是由于它节省有色金属，在高温高负荷下显示出更加优良的摩擦性能，机械强度高，能够承受比较大的压力，因而它应用在很多领域。但是，由于铁与对偶具有很强的亲和性，有利于粘结过程的发展，因此需加入大量的其他元素使铁合金化以降低铁的塑性，提高其强度、屈服极限和硬度，以克服次缺点，但同时也提高了成本和加工工艺复杂度。 铁基材料的基体组元中，加入镍、铬、钼，主要目的在于提高材料机械-物理性能和耐热耐腐性能。加入磷，能提高材料的强度，提高耐磨性。加入二硫
烧结气氛论文：烧结工艺对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响
烧结气氛论文：烧结工艺对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响 【中文摘要】随着我国铁路运输业的飞速发展,列车运行速度一提再提,这就对制动摩擦材料提出了更为苛刻的要求。铜基粉末冶金摩擦材料因其具有高的机械强度、高导热性和优良的摩擦磨损性能而成为高速列车制动闸片的首选材料,如何通过制备工艺和原料体系的改进提高材料的耐温性能和摩擦稳定性一直是人们研究的重点。本文通过采用不同的烧结工艺制备了铜基粉末冶金摩擦材料,研究不同烧结温度和烧结气氛对材料显微组织、物理机械性能和摩擦磨损性能的影响,并探讨了材料在不同制动条件下的摩擦磨损行为及机理,结果 表明：(1)铜基粉末冶金摩擦材料中各组元分布均匀,组元间接触紧密,鳞片状石墨垂直于压制方向呈层状分布,SiO2以黑色大颗粒状镶嵌于铜基体内。随的烧结温度提高,材料中各组元间的孔隙减少,当达到一定程度后,孔隙不再减少；烧结气氛对材料的形貌无明显影响。(2) 烧结工艺对材料的物理-机械性能影响较大。随烧结温度的提高,采用N2和N2+H2混合气制备材料的密度先升后降,抗压强度较大,且随之呈上升趋势；H2气氛制备材料的密度呈下降趋势,抗压强度与其他两种气氛下制备的相比显著降低,且呈下降趋势。(3)相同制动压力下,材料的摩擦系数随的转速的提高先升高后降低,磨损量随着转速的提高逐渐增加；在较低转速时,磨损以粘着磨损为主,随着转速提高,磨损逐渐表现为氧化磨损和疲劳磨损。N2+H2混合气氛烧结材料在较低
转速下具有较好的摩擦性能,磨损量很低,且随烧结温度提高呈下降 趋势；N2气氛烧结材料在较高转速下摩擦性能较好,摩擦稳定性好,而且磨损量也较低。(4)在一定转速下,随着制动压力的提高,材料的摩擦系数呈下降趋势,摩擦稳定性系数先升高后下降,磨损量显著增加；较低压力时,磨损主要由粘着机理控制,较高压力时,磨损主要表现为疲劳磨损和剥层脱落。N2+H2混合气氛烧结材料在高制动压力下具有较好的摩擦性能,摩擦稳定性最高,磨损量最小,且随烧结温度升高先减少后增加,在1000℃时最低。 【英文摘要】With the development of train transport, the requirements are stiffer and stiffer in the properties of the braking materials by the speed improvement. Because of the high mechanical strength, high conductibility and excellent friction and wear properties, Cu-based P/M friction materials have been the leading material for friction brake of high-speed train.Cu-based P/M friction material has been made by different sintering process. The effect of sintering temperature and atmosphere on the micro-structure, physical and mechanical properties and friction and wear properties of material have been investigated, and the friction and wear behavior and mechanism in the different braking conditions have been discussed. The results show:(1) Scaly graphite and SiO2 are well-distributed in Cu-based P/M materials. With the
粉末冶金材料标准表
公司制造的铁基粉末冶金零件执行标准与成分性能<一>G B/T14667.1-9 3
-35 240 390 260 1.0 25070 7.0 F-0008-50HT -65HT -75HT -85HT 380 450<0.5S 480 22HRC 60HRC 6.3 450520 <0.5 55028 60 6.6 520 590 <0.5 620 32 60 6.9 590 660 <0.5 690 35 60 7.1 烧结铁和烧结碳钢的化学成分(%). 材料牌号Fe C F-0000 97.7-100 0.0-0.3 F-0005 97.4-99.7 0.3-0.6 F-0008 97.1-99.4 0.6-0.9 注:用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目的而添加的其它元素)总量的最大值为2.0%。▲ 注:用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目的而添加的其它元素)总量的最大烧结铁-铜合金和烧结铜钢的化学成分(%). 材料牌号Fe Cu C FC-0200 83.8-98.5 1.5-3.9 0.0-0.3 FC-0205 93.5-98.2 1.5-3.9 0.3-0.6 FC-020893.2-97.9 1.5-3.9 0.6-0.9 FC-0505 91.4-95.7 4.0-6.0 0.3-0.6 FC-0508 91.1-95.4 4.0-6.0 0.6-0.9 FC-0808 88.1-92.4 7.0-9.0 0.6-0.9 FC-1000 87.2-90.5 9.5-10.5 0.0-0.3 烧结铁-镍合金和烧结镍钢的化学成分(%). 材料牌 号 Fe Ni Cu C FN-0200 92.2-99.0 1.0-3.0 0.0-2.5 0.0-0.3 FN-0205 91.9-98.7 1.0-3.0 0.0-2.5 0.3-0.6 FN-0208 91.6-98.4 1.0-3.0 0.0-2.5 0.6-0.9 FN-0405 89.9-96.7 3.0-5.5 0.2-2.0 0.3-0.6 FN-0408 89.6-96.4 3.0-5.5 0.0-2.0 0.6-0.9 注:用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目 的而添加的其它元素)总量的最大值为2.0% ⊙铁-铜合金和铜钢粉末冶金材料性能(MPIF-35) 材料编号最小强度(A)(E) 拉伸性能 横向 断裂 压缩 屈服 强度 (0.1%) 硬度 密度屈服极限极限强度 屈服强度 (0.2%) 伸长率 (25.4mm ) 宏观 (表 现) 微观 (换算 的) MPa MPa MPa % MPa MPa 络氏g/cm3 FC-0200-15 -18 -21 -24 100 170 140 1.0 310 120 11HR B N/A 6.0 120 190 160 1.5 350140 18 6.3 140 210 180 1.5 390 160 26 6.6 170 230 200 2.0 430 180 36 6.9 FC-0205-30 -35 -40 -45 210 240 240 <1.0 410 340 37HR B N/A 6.0 240 280 280 <1.0 520 370 48 6.3 280 340 310 <1.0 660 390 60 6.7
锰在粉末冶金材料中的应用
锰在粉末冶金材料中地应用 罗述东1 ,李祖德2 ,赵慕岳1 ,易健宏1 <1.中南大学粉末冶金国家重点实验室, 2.北京市粉末冶金研究所,） 摘要：锰是重要地工业原料,在粉末冶金材料中有广泛应用.该文概述锰在烧结钢、阻尼合金、铝合金、钛铝合金、钨基重合金、硬质合金等材料中地应用情况.可以预期,在提高粉末冶金材料性能与开发粉末冶金新材料地领域中,锰将具有广阔地应用前景. 1. 引言 元素锰地原子序数为25,在周期表中位于第四周期,ⅦB族,属于过渡族金属.金属锰密度7.43 g/cm3,性硬而脆,莫氏硬度5～6,致密块状金属锰表面为银白色,粉末呈灰色[1,2].锰元素在地壳中地含量约
0.085%,在已知元素中占第十五位,在重金属中仅次于铁而居第二位[3].锰资源丰富,价格便宜. 元素锰早在1774年就被发现,但是,在钢铁工业中地重要作用直到1856年发明底吹酸性转炉,以及1864年发明平炉炼钢法之后,才为人们所认识.现在,锰作为有效而廉价地合金化元素,已成为钢铁工业中不可缺少地重要原料.约90%锰消耗于钢铁工业,用量仅次于铁,其余10%消耗于有色金属冶金、化工、电子、电池、农业等部门[4,5]. 锰及其化合物是生产粉末冶金材料地常用原料.Benesovsky 和Kieffer于1950年首先认识到锰在粉末冶金材料中地重要性.此后,锰在粉末冶金工业中地应用逐渐扩大.通过开发母合金技术和预合金技术,开发了含锰系列地高强度烧结钢.并且,在其它粉末冶金材料中作为主要组元或添加组元,发挥了重要作用.本文就锰在粉末冶金材料中地应用情况进行综述. 2. 锰在高强度烧结钢中用作合金元素 锰溶于铁素体中所产生地固溶强化作用,优于许多合金元素<强化作用递增次序：Cr＜W＜V＜Mo＜Ni＜Mn＜Si＜P）.利用这一特性,传统冶金工业生产了许多含锰地高强度低合金钢牌号.粉末冶金工作者借鉴这一经验,以锰作为添加剂开发出多种高强度烧结钢系列.例如,按ISO5755：2000 公司制造的铁基粉末冶金零件执行标准与成分性能 <一> GB/T14667.1-93 <二> MPIF-35 编辑版word 烧结铁和烧结碳钢的化学成分(%). 材料牌号Fe C F-0000 97.7-100 0.0-0.3 F-0005 97.4-99.7 0.3-0.6 F-0008 97.1-99.4 0.6-0.9 注: 用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目的而添加的其它元素)总量的最大值为2.0%。▲烧结铁-铜合金和烧结铜钢的化学成分(%). 材料牌号Fe Cu C FC-0200 83.8-98.5 1.5-3.9 0.0-0.3 FC-0205 93.5-98.2 1.5-3.9 0.3-0.6 FC-020893.2-97.9 1.5-3.9 0.6-0.9 FC-0505 91.4-95.7 4.0-6.0 0.3-0.6 FC-0508 91.1-95.4 4.0-6.0 0.6-0.9 FC-0808 88.1-92.4 7.0-9.0 0.6-0.9 FC-1000 87.2-90.5 9.5-10.5 0.0-0.3 烧结铁-镍合金和烧结镍钢的化学成分(%). 材料牌 号 Fe Ni Cu C FN-0200 92.2-99.0 1.0-3.0 0.0-2.5 0.0-0.3 FN-0205 91.9-98.7 1.0-3.0 0.0-2.5 0.3-0.6 FN-0208 91.6-98.4 1.0-3.0 0.0-2.5 0.6-0.9 FN-0405 89.9-96.7 3.0-5.5 0.2-2.0 0.3-0.6 FN-0408 89.6-96.4 3.0-5.5 0.0-2.0 0.6-0.9 注: 用差减法求出的其它元素(包括为了特殊 编辑版word 高铁粉末冶金刹车片用原材料作用分析 粉末冶金摩擦材料的问世距今已有近百年的历史,尤其在近几年发展尤为迅猛。粉末冶金工艺可以将金属和非金属组分的不同性能很好地配合于一种材料中,已有逐渐代替有机物粘结高分子材料的趋势。 粉末冶金摩擦材料一般由三部分组成:构成基体金属骨架的组元、润滑组元和摩擦组元。是一种含有金属和非金属多种组分的假合金。 １构成基体金属骨架的组元 简称基体组元。常用铜、铁、二硫化钼、镍、钛、铬、钼、钨、磷、锡、铝、锌等. 基体组元由基本组元和辅助组元两部分组成，基本组元在成分中占的比重最大。在铁基中，基本组元是铁。在铜基中,基本组元是铜。辅助组元与基本组元形成合金，从而改善基本组元的性能,或者是赋予基本组元以某种所需要的性能。辅助组元在铁基材料中有二硫化钼、镍、铬、钼、铜及磷等。在铜基中主要是锡、铝、锌及磷等。 粉末冶金摩擦材料的性能、工艺特点在很大程度上取决于基体组元的化学成分、结构和物理机械性能。基体组元保证了材料的承载能力、热稳定性、耐磨性，以及在高温工作时保持住摩擦剂和润滑剂颗粒的能力。一般在粉末冶金摩擦材料中，基体组元占铁基材料的5０%~７０%，占铜基材料的6０%～９0％。 1．１铁 近年来铁基粉末冶金摩擦材料的发展很快，主要是由于它节省有色金属，在高温高负荷下显示出更加优良的摩擦性能，机械强度高，能够承受比较大的压力，因而它应用在很多领域。但是,由于铁与对偶具有很强的亲和性，有利于粘结过程的发展,因此需加入大量的其他元素使铁合金化以降低铁的塑性,提高其强度、屈服极限和硬度,以克服次缺点，但同时也提高了成本和加工工艺复杂度。 铁基材料的基体组元中，加入镍、铬、钼,主要目的在于提高材料机械-物理性能和耐热耐腐性能。加入磷,能提高材料的强度,提高耐磨性.加入二硫化钼, 本技术提供了一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料，其特征在于，包括铜基粉末和改性玄武岩纤维，所述改性玄武岩纤维经过氧化铝包覆改性的玄武岩纤维，所述粉末冶金材料还包括金属氧化物或金属活性元素。通过玄武岩纤维表面的改性实现了改变玄武岩纤维和金属基体界面反应体系改善界面结合情况，改善了复合材料的脆性，提高铜基材料的力学性能。 权利要求书 1.一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料，其特征在于，包括铜基粉末和改性玄武岩纤维，所述改性玄武岩纤维经过氧化铝包覆改性的玄武岩纤维。 2.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料，其特征在于：所述粉末冶金材料还包括金属氧化物或金属活性元素。 3.根据权利要求2所述的一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料，其特征在于：所述金属氧化物为氧化铜。 4.根据权利要求3所述的一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料，其特征在于：所述金属活性元素为Ti。 5.如权利要求1-4所述的一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 玄武岩纤维除杂：将玄武岩纤维进行热处理，然后置于去离子水中搅拌分散至玄武岩纤维呈单丝分散，烘干备用； 玄武岩纤维的包覆改性：将步骤（1）处理后玄武岩纤维溶与DMF中，加入异丙醇铝，搅拌静置老化，过滤干燥后进行热处理，得到氧化铝包覆改性的玄武岩纤维； 铜基粉末冶金材料：将步骤（2）制备的氧化铝包覆改性的玄武岩纤维表面再附着上氧化铜或钛，再经过采用冷压烧结工艺制备玄武岩纤维增强铜基复合材料。 6.根据权利要求5所述的一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于：所述氧化铝包覆改性的玄武岩纤维表面再附着上氧化铜的制备工艺为将氧化铝包覆改性的玄武岩纤维加入至含有氧化铜的分散液中，超声振荡，过滤后烘干烧结。 7.根据权利要求5所述的一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于：所述氧化铝包覆改性的玄武岩纤维表面再附着上Ti的制备工艺为将碘、钛粉和氧化铝包覆改性的玄武岩纤维，置于反应容器中，抽真空并通入 Ar气，以5℃/min的升温速率升温至1150℃，然后保温60min，之后随炉冷至室温。 8.根据权利要求5所述的一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中冷压烧结的压制压力为400-500MPa，保压时间为3-4min，真空烧结温度为800-1000℃，保温时间为3-4h。 技术说明书 一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料及其制备方法 技术领域 本技术涉及粉末冶金材料，具体涉及一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料及其制备方法。 背景技术 . 高性能钢铁粉末冶金材料关键技术与应用项目推荐公示内容 一、项目名称： 高性能钢铁粉末冶金材料关键技术与应用 二、推荐单位意见： 粉末冶金技术不仅可提高材料性能，而且可实现零部件的近终形制造，是国际上公认的“绿色制造技术”，是近些年来工业发达国家优先发展的高技术领域。该项目选择应用面最广、产量最大的钢铁粉末冶金材料为研究重点，开展了高压缩性铁粉工业化生产及应用技术研发，任务来源于国家科技支撑计划和国家973计划。 该项目的创新性主要体现在：攻克了高纯冶炼、高效水雾化和精还原等产业3以上的高压缩性铁粉工业化高效生产新7.20g/cm化关键技术，创立了压缩性在工艺；基于粉体塑性特性和改性原理，开发出了粘结化混合粉末，其压坯密度可3；在探明Ni、Mo7.60g/cm达、Cu等合金元素的强化作用机理和规律的基础上，发明了具有“烧结硬化”特性的预合金粉和燃油发动机气门阀座专用粉及其工业化生产工艺；发明了雾化铁粉的表面绝缘双层包覆新方法和关键装备，创立了铁基软磁复合材料（零件）的致密成形和热处理工艺。项目关键技术和产品性能达到了国际先进水平。本项目共取得发明专利11项，实用新型专利15项，发表学术论文20篇，出版著作1 部，主持和参与修订国家标准3 项。4项科技成果先后通过了山东省科技厅的鉴定，均“达到国际先进水平”，“产品密度居国际同类产品的领先水平”。 该项目形成了具有完全自主知识产权的钢铁粉末冶金材料生产成套技术，先后建设了8条工业化生产线，打破了国外公司的技术和市场垄断。近三年新增销售额19.30亿元，新增利润 2.48亿元。 项目成果丰富了粉末冶金过程理论和材料理论，提升了我国粉末冶金技术和产业的水平，对扩大粉末冶金的应用领域、推动我国粉末冶金行业品种结构的优化具有重要意义，并为我国汽车工业和高端装备制造业提供了有力的技术支撑。 经审查，提交的材料真实有效。 推荐该项目为国家科学技术进步奖_贰__等奖 三、项目简介： 2000年以来，随着我国汽车和高端装备制造业的快速发展，对高性能钢铁粉末冶金产品的需求量迅速增长。2009年，中国汽车产量首次超过1000万辆（1364万辆），成为世界第一大汽车制造国，汽车用铁基粉末冶金零件的年需求量达到11万吨，而我国仅生产了4.71万吨，且高密度铁基结构零件和低损耗铁基软磁产品等高性能铁基粉末冶金产品为空白。中国各个品牌汽车原装配套. . 体系中，关键粉末冶金零部件几乎都是由国外企业垄断，且对我国实施严密的技术封锁，已成为我国从汽车制造大国走向汽车制造强国的所面临的主要挑战。 机器设备在运转过程中，部分零件之间相互接触产生摩擦形成摩擦副。摩擦副零件是机器设备的重要组成部分，其性能对机器设备使用寿命有着重要影响。组成摩擦副的零件一般在相对速度高、接触比压大的摩擦工况下服役，因此此类零件磨损也较为严重。现代工业发展促使了高能效和微型化机械设备的应用，这使得摩擦副零件工况条件更为苛刻，所以开发高性能摩擦副材料具有重要意义。粉末冶金工艺生产机械零件具有突出的经济优势、良好的尺寸精度，并可生产形状复杂的零件。因此，国内外对粉末冶金摩擦副材料及制品开发高度关注，并开展了大量工作。 粉末冶金摩擦副材料主要包括两类，一类是粉末冶金减摩耐磨材料，另一类是粉末冶金摩擦材料。其中粉末冶金减摩耐磨材料主要是在基体中浸入润滑油或加入固体润滑剂，使材料具有减摩耐磨性能，这类材料主要用来制造轴承、轴瓦以及滑块等零件。粉末冶金摩擦材料主要由基体组元、润滑组元和摩擦组元组成，要求材料具有较高的摩擦系数和耐磨性，主要用于离合器和制动器等关键零部件。 粉末成形作为粉末冶金重要的一项生产工序，直接影响生坯的密度和强度，进而对制品性能产生影响。目前，应用于摩擦副零件制备的成形工艺主要有传统模压成形、粉末注射成形、温压以及粉末锻造技术等，这些成形工艺各有其独特的优点。本文简述了粉末冶金摩擦副产品的性能特点，介绍了其成形工艺技术发展现状，并对摩擦副零件市场进行了展望。 1 粉末冶金摩擦副材料发展现状 1.1 粉末冶金摩擦材料 机械设备运行速度以及负载增加，使得传动装置对摩擦材料性能要求变得越来越高。粉末冶金技术可以在大范围内改变材料组分，所以粉末冶金摩擦材料工作可靠性、摩擦系数稳定性和耐摩性较好。 常见粉末冶金摩擦材料主要有铁基和铜基两类。铜基摩擦材料主要应用于高铁、风电及航空航天等领域，其摩擦学性能与材料组分有关，如在基体中添加适量合金元素Sn可提高材料强度和硬度；还可通过润滑组元和摩擦组元的合理搭配，来提高材料耐磨性。与铜基摩擦材料相比，铁基摩擦材料更耐高温，成本也相对较低，但此类材料容易与对偶件发生咬合，且抗氧化性和导热性相对较差；为了改善这种状况，可以在基体中添加合金元素Cu等。 近年来，C/C复合材料也被广泛用于飞机和高速列车等摩擦副部件制造中。这种材料虽然密度较低，但其高温强度较为优异，但此类材料摩擦系数相对较低，高温抗氧化性较差；为了改善材料性能，可在基体中加入S i C等来提高材料的抗氧化性和耐磨性。 1.2 粉末冶金减摩耐磨材料 粉末冶金减摩耐磨材料在基体选择上与粉末冶金摩擦材料基本相同，但主要考虑减摩性能。传统粉末冶金减摩耐磨材料是通过浸油处理使基体含有一定润滑油，它是以牺牲材料本身力学性能来获得减摩效果。由于润滑油在某些工况条件（如超低温、高真空和高速高负载）下容易失效，使材料减摩耐磨性能下降甚至完全丧失，导致零件严重磨损。因此，粉末冶金减摩耐磨固体自润滑材料应运而生。目前，粉末冶金减磨耐磨固体自润滑材料研究主要集中在开发固体润滑剂方面，包括多元固体润滑剂和纳米固体润滑剂。 固体润滑剂开发和应用对于解决关键零部件摩擦问题具有重要意义。在某些特殊工况条件下，仅依靠单一润滑 学性能要求。例如，在烧结过程中， 分发生固相反应，生成Mo 和Mo （1.合肥工业大学材料学院，合肥 230009；2.安徽省粉末冶金工程技术研究中心，合肥 230009； 3.合肥波林新材料股份有限公司，合肥 231121） 摘 要：机器设备失效主要原因之一是摩擦副零件的磨损。作为高性能摩擦副材料的重要组成部分，粉末冶金摩擦副材料研究与开发受到了国内外的广泛关注。传统粉末冶金摩擦副制品由于受孔隙和强度等因素限制，在高速、重载等工况条件下容易发生失效，所以发展高性能的粉末冶金摩擦副材料及其制备技术具有重要意义。主要简述了国内外粉末冶金减摩耐磨材料和摩擦材料最新研究进展，重点介绍了一些典型粉末冶金摩擦副零件成形工艺与特点，同时对粉末冶金摩擦副零件市场应用和发展趋势进行讨论。 关键词：粉末冶金 摩擦副 磨损 成形技术 通讯作者：程继贵。 合金元素在Cu-PM材料中的应用研究进展 （重庆理工大学重庆巴南） 摘要：在铜基粉末冶金材料中添加合金元素可以显著改善材料的性能特别是摩擦性能，烧结含合金元素的Cu-PM材料是一种有发展前景的粉末冶金材料，如添加Al、Cr、Ni等元素。本文综述了合金元素对铜基粉末冶金材料的性能和组织结构等的影响，总结了到目前为止相关领域的结论和进展，并讨论了Cu-PM 材料生产现状和发展趋势。 关键词：合金元素；Cu-PM；应用；进展 1 引言 铜基粉末冶金摩擦材料是以铜粉为主要成分,此外含有润滑组元石墨和摩擦组元陶瓷颗粒以及强化铜基体的合金元素等多种组分。其最早出现于1929年,材料是含少量的铅、锡和石墨的铜基合金。铜基粉末冶金摩擦材料在飞机、汽车、船舶、工程机械等刹车装置上的应用发展较快,使用较成熟是在70年代之后。前苏联于1941年后成功地研制了一批铜基摩擦材料,广泛应用于汽车和拖拉机上。美国对铜基摩擦材料的研究也较多,主要是致力于基体强化,从而提高材料的高温强度和耐磨性。二十世纪初,铜基摩擦材料大多用在干摩擦条件下工作,五十年代以后,大约75%的铜基摩擦材料,均在润 滑条件下工作。这些摩擦材料都是以青铜为基,以锌、铝、镍、铁等元素强化基体。由于合金元素在铜基粉末冶金材料中的良好作用，国内很多单位及个人展开了相关方面的工作并发表了论文及成果。本文就国内含合金元素的铜基粉末冶金材料的相关研究进行了论述。 2 Cu-PM材料生产现状及国内外对比 纯铜粉末主要用电解法和雾化法生产。 电解法是借助电流的作用, 使电解液中的铜离子在阴极析出成粉的制粉过程。用电解法生产的铜粉呈表面积发达的树枝状、纯度高、压制性能优良, 是纯铜粉末的主要生产方法。相关文献表中数字表明, 我国的铜及铜基合金粉末的产量和用量与欧美等国家差距很大, 这从一个侧面说明我国铜粉生产与应用还具有十分广阔的开发空间。电解铜粉与国外产品相比, 主要差距在于:(1)产品的规格少。(2)粉末的抗氧化性不足, 国外电解铜粉可以保存一年甚至数年都不氧化变色, 而国内铜粉保存期一般不超过半年。 雾化法是借助于高压气流或水流介质的冲击作用将液态铜或其合金粉碎成粉末的工艺过程。所产生的纯铜粉末为近球形, 松装密度大, 流动性好, 但压制性能较差, 用量不及电解铜粉。由于雾化法生产成本低、效率高、对环境污染小, 是一个很有发展潜力的生产方法。 我国的铜基合金粉末的应用以粉末冶金零件为主,与国外相比主要存在两个方面的不足：(1)在新产品的开发能力方面。如美国青铜粉末公司开发了无铅可切削黄铜粉末,已形成Cu-10Zn、Cu-20Zn 、Cu-30Zn 三个牌号;而且国外大公司除完全合金化的粉末外, 还普遍开发部分合金化粉末和预混合粉末, 为不同的产品和用户提供特定的粉末, 以提高产品性能, 降低生产成本, 而我国在这方面还是空白。(2)特种铜基粉末的研制和生产能力不足。特种铜基粉末一般指非结构材料中应用的铜合金粉末。这类粉末对合金的成分、纯度、粒度、粒形均有着较高的要求, 如热喷涂、钎焊、化工等领域应用的铜基粉末。目前这些高性能粉末主要是由高等学校和研究院进行研制和小批量生产试制, 还未形成成熟的牌号和批量生产能力。而且部分特殊性能的粉末还需依靠进口。 3 合金元素添加对Cu-PM材料影响进展 3.1 Al元素在Cu-PM材料中的应用 综合相关文献可知，材料的显微组织有新相生成，基体组织得到细化且晶粒分布均匀，材料整体性能得到提高。其中，黄建龙等[1]关于Al元素含量对Cu-PM材料性能的影响研究中发现在Cu-PM材料中添加铝元素后，材料的密度、孔隙度和抗压强度、摩擦因数降低，硬度和线膨胀率增加，而磨损率明显降低，同时随着Al含量的增加，材料的密度、孔隙度、抗压强度逐渐降低，线膨胀率呈上升趋势，磨损率明显降低，而摩擦因数变化不明显。杨明关于Al、Zr元素含量对Fe-18Cu-PM材料组织粉末冶金材料标准表完整版本
粉末冶金摩擦材料原料作用分析
玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料及其设备制作方法与设计方案
高性能钢铁粉末冶金材料关键技术与应用
粉末冶金摩擦副材料及其成形技术
粉末冶金综述论文