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粉末注射成形铜基摩擦材料的研究

肖磊  
【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。


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