干摩擦条件下铜_石墨复合材料与ZQAl9_4铝青铜的磨损图研究
锡青铜粉改性PTFE复合材料对铝合金摩擦磨损性能的研究
锡青铜粉改性PTFE复合材料对铝合金摩擦磨损性能的研究金石磊;李小慧【摘要】通过添加锡青铜粉对聚四氟乙烯(PTFE)材料进行改性,探讨了复合材料在干摩擦和油润滑条件下与铝合金和阳极氧化铝合金的磨损机理.结果表明:填充锡青铜粉后,复合材料对铝合金在干摩擦和油润滑条件下的磨损加剧,拉伤了对偶,磨损以磨粒磨损和疲劳磨损为主;复合材料对阳极氧化铝合金在油润滑条件下耐磨性能有所改善,在干摩擦条件下,锡青铜粉从基体料中脱落,对偶表面出现了较深的犁沟,磨损以磨粒磨损和粘着磨损为主.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2017(045)004【总页数】4页(P87-90)【关键词】锡青铜;PTFE;铝合金;摩擦;磨损【作者】金石磊;李小慧【作者单位】上海材料研究所, 上海 200437;上海市工程材料应用评价重点实验室, 上海 200437;上海材料研究所, 上海 200437【正文语种】中文【中图分类】O63随着汽车工业的迅猛发展和城市化进程的加快，我国燃油汽车保有量不断增加，汽车尾气污染已到了不得不控制的地步，国家十三五规划明确提出“实施新能源汽车推广计划，提高电动车产业化水平”，旨在解决燃油汽车尾气污染的问题[1-3]。
电动空调系统作为新能源汽车度的关键部件，其性能的好坏是决定乘车舒适性的重要因素之一，其中密封材料的性能稳定性、与压缩机涡盘的摩擦配伍性是影响压缩机寿命的主要原因[4-5]。
目前国内新能源汽车空调用涡旋式压缩机一般采用铝合金等轻金属材质的涡旋盘[6]，密封材料采用改性PTFE材料，而关于改性PTFE 材料和铝合金材料的摩擦磨损性能研究较少，本文在此背景下研究了锡青铜粉填充PTFE复合材料对铝合金及阳极氧化铝合金的摩擦学性能。
1.1 材料聚四氟乙烯(PTFE)，浙江巨圣氟化学有限公司生产，牌号为JF-4TM，平均粒径32 μm。
二硫化钼(MoS2)，华谊集团上海华原化工有限公司生产，牌号为MF-1，平均粒径4 μm。
载电条件下铬青铜 纯铜摩擦副摩擦磨损性能研究
载电条件下铬青铜纯铜摩擦副摩擦磨损性能研究摩擦磨损性能是研究材料在摩擦环境中的耐磨性能的重要指标之一。
本实验通过在载电条件下对铬青铜和纯铜摩擦副进行磨损性能研究，对比两种材料的磨损性能差异。
实验采用了滑动摩擦实验装置，通过考察材料的摩擦系数和磨损量来评估其摩擦磨损性能。
实验中，以铬青铜为摩擦板，纯铜为被摩擦板，固定负载和滑动速度，进行滑动摩擦实验。
实验结果表明，在载电条件下，铬青铜和纯铜的摩擦系数随时间的变化呈现出不同的趋势。
铬青铜的摩擦系数较稳定，而纯铜的摩擦系数变化较大。
这表明铬青铜具有较好的稳定性，能够在摩擦过程中保持较低的摩擦力。
另外，通过对比两种材料的磨损量，发现载电条件下铬青铜的磨损量明显低于纯铜。
这说明铬青铜具有较好的耐磨性能，能够在摩擦过程中减少磨损和磨粒的生成。
综上所述，载电条件下铬青铜具有优异的摩擦磨损性能，相对于纯铜而言，其摩擦系数较稳定，磨损量较低。
这使得铬青铜在一些对摩擦磨损性能要求较高的应用中具有潜力。
进一步研究发现，在载电条件下，铬青铜和纯铜的磨损机制略有差异。
铬青铜的磨损主要表现为微观塑性变形和氧化磨损，而纯铜则主要受到表面氧化和剥离的影响。
这说明铬青铜相对于纯铜而言，在载电条件下具有更强的抗氧化和摩擦磨损能力。
研究还发现，铬青铜中添加的铬元素起到了关键作用。
铬元素可以形成致密的氧化膜，并且具有一定的硬度和耐磨性，能够有效减少摩擦副表面的接触应力和摩擦力。
同时，铬元素还可以与氧发生反应，形成氧化铬，进一步提高材料的抗氧化能力。
在实际应用中，铬青铜常被用于制造高摩擦和高磨损环境下的零部件，如轴承、摩擦片等。
其良好的摩擦磨损性能使得它能够在高负荷、高速度和极端环境下保持较长的使用寿命和较高的效率。
总之，本研究通过对载电条件下铬青铜和纯铜摩擦副的磨损性能研究，发现铬青铜具有较好的耐磨性能和稳定的摩擦系数。
铬元素的添加使得铬青铜具有更好的抗氧化能力，进一步提高了其在高摩擦和高磨损环境下的应用潜力。
铝青铜合金的基本特性与摩擦学性能的关系
铝青铜合金的基本特性与摩擦学性能的关系铝青铜合金是一种非常重要的工业材料，具有许多独特的性能。
本文将介绍铝青铜合金的基本特性，并探讨它在摩擦学性能中的应用。
铝青铜合金是由铝、铜、镍、铁等元素组成的。
它具有良好的耐腐蚀性、可焊性、高强度和硬度等特点。
此外，铝青铜合金还具有优秀的热导性、电导性和低的线膨胀系数，因此被广泛应用于飞机、汽车、船舶、轴承、风扇等重要设备和机械零件中。
在摩擦学性能方面，铝青铜合金也有出色的表现。
它具有良好的耐磨性和润滑性，在高温或高压下仍能发挥稳定的性能。
因此，在摩擦学中铝青铜合金是一种非常有应用价值的材料。
近年来，许多学者对铝青铜合金的摩擦学性能进行了深入的研究。
他们发现，铝青铜合金的润滑性能与铜和锌的含量相关。
当铜含量较高时，铝青铜合金具有更好的润滑性和抗疲劳性能。
另外，添加一定比例的硼可以显著提高铝青铜合金的疲劳寿命。
此外，铝青铜合金与钢的复合材料也被广泛应用于摩擦学领域。
研究表明，在高负载和高温条件下，铝青铜与钢的复合材料具有优异的摩擦学性能，并且在长时间使用中也具有较好的耐久性。
总之，铝青铜合金具有多种独特的性能，特别是在摩擦学领域具有广泛的应用前景。
我们可以通过控制材料的成分和制造工艺来实现铝青铜合金的优化，从而提高其在实际应用中的性能和耐久度。
由于铝青铜合金的许多优异性能，它被广泛应用于工业制造中。
其中，最重要的领域之一就是摩擦学。
在汽车、机械、轴承等设备的生产中，铝青铜合金都有着广泛的应用。
它可以制成轴承套、阀门和其他零部件，在高压和高温下稳定地运行。
同时，铝青铜合金可以与钢和其他材料复合，从而提高其摩擦学性能和使用寿命。
完善的铝青铜合金制造过程可以让它在摩擦学方面发挥更好的性能。
例如，在熔炼铝青铜合金时，可以采用气体保护焊的方法，减少杂质对合金性能的影响。
此外，对于特定的应用场合，还可以采用机加工、热处理、表面喷涂等方式来优化铝青铜合金的摩擦学性能。
总的来说，铝青铜合金在摩擦学性能方面具有广泛的应用前景。
铝青铜减摩粉体涂层及摩擦磨损性能
铝青铜减摩粉体涂层及摩擦磨损性能铝青铜减摩粉体涂层及摩擦磨损性能摘要：铝青铜是一种具有良好机械性能的合金，广泛应用于摩擦零部件的制造。
本文旨在介绍一种新型铝青铜减摩粉体涂层及其摩擦磨损性能。
通过化学沉积法制备了一种由固态润滑剂和基础粉体组成的涂层，并使用SEM、XRD和tribometer等方法对其性能进行了表征。
结果表明，该涂层具有良好的减摩性能和抗磨耗性能，适用于提高铝青铜零部件的使用寿命。
关键词：铝青铜；减摩涂层；摩擦磨损1. 引言铝青铜是一种铝和青铜（由铜、锰、铁等成分组成）的铸造合金，具有优异的力学性能和耐蚀性。
它广泛应用于高速轴承、摩擦片、齿轮等摩擦零部件的制造。
然而，由于铝青铜与其他金属材料之间的摩擦容易发生磨擦磨损，降低了零部件的使用寿命。
因此，提高铝青铜的摩擦磨损性能是非常有意义的。
2. 实验方法2.1 涂层制备本实验采用了化学沉积法制备涂层。
首先，将固态润滑剂和基础粉体按照一定比例混合，并搅拌均匀。
然后，在搅拌的同时，缓慢加入适量的溶液到混合粉体中，形成均匀的糊状物。
最后，将糊状物涂覆在铝青铜试样表面，并在常温下静置24小时以固化涂层。
2.2 性能测试使用扫描电子显微镜（SEM）对涂层的形貌进行观察；利用X射线衍射（XRD）分析涂层的相组成；采用tribometer测试涂层的摩擦系数和磨损率。
3. 结果与讨论3.1 涂层形貌SEM观察结果显示，涂层呈现出均匀且致密的结构，没有明显的孔隙和裂纹。
这种均匀的结构可以有效减少摩擦和磨损。
3.2 涂层相组成XRD结果显示，涂层主要由铜、铝和其他固态润滑剂形成。
通过控制固态润滑剂的添加量，可以调节涂层的成分，从而改变其摩擦性能。
3.3 摩擦磨损性能tribometer测试结果显示，涂层具有较低的摩擦系数和磨损率。
与未涂层的铝青铜相比，涂层可以有效减少摩擦力和磨损量。
这可以归因于涂层中固态润滑剂的作用，其在摩擦过程中起到润滑作用，减少了金属之间的直接接触。
铜基石墨密封材料的摩擦磨损性能研究
铜基石墨密封材料的摩擦磨损性能研究张鹏鹏;赵伟刚;董光能【摘要】为研究液体火箭发动机密封材料——铜基石墨材料的摩擦磨损规律,采用销盘试验考察了铜基石墨材料在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能和磨损机理,探讨了速度、载荷、摩擦温升对材料摩擦磨损性能的影响,结果表明:水润滑条件下不易形成铜基石墨转移膜,所以水润滑时的摩擦因数比干摩擦时的摩擦因数大;水润滑下,磨损机理为黏着和磨粒磨损,适当增加载荷、降低速度有利于降低铜基石墨材料的磨损率;干摩擦下,磨损机理为黏着磨损,适当降低载荷、提高速度有利于降低铜基石墨材料的磨损率.%The friction and wear behaviors of copper-based graphite seal material used in liquid rocket engine were investigated by means of pin-on-disk machine.The effects of load,velocity and temperature rise on friction and wear behaviors of the copper-graphite material were analyzed.Results show that:1) It is not easy to form copper-graphite transfer film under water lubrication condition,so the friction coefficient under water lubrication condition is higher than that under dry friction;2) Under the condition of water lubrication,the wear mechanism is adhesive wear and abrasive wear,and properly increasing load and decreasing velocity can reduce the wear rate of the copper-based graphite material;and 3) Under the condition of dry friction,the wear mechanism is adhesive wear,and properly decreasing load and increasing speed can help reduce the wear rate of copper-based graphite material.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2017(051)009【总页数】6页(P92-97)【关键词】密封材料;铜基石墨;摩擦磨损性能;磨损机理【作者】张鹏鹏;赵伟刚;董光能【作者单位】西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室,710049,西安;西北工业大学航天学院,710072,西安;西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室,710049,西安【正文语种】中文【中图分类】TH117我国液体火箭发动机涡轮泵密封的常见形式为接触型机械密封,具有高转速、高压力、高振动及密封介质特殊等特点[1-2]。
铜合金镶嵌石墨材料的摩擦磨损性能
2021 年5 月第45卷第5期 Vol. 45 !Na 5 May 2021MATERIALS FO R MECHANICAL ENGINEERING1X)1： 10.11973/jxgccl202105009铜合金镶嵌石墨材料的摩擦磨损性能史科\王文东司明明2,王飞2，张超2(1.国核工程有限公司，上海200233;2.上海材料研究所，上海市工程材料应用评价重点实验室.上海200437)摘要：将硬度和强度不同的2种石墨分别镶嵌于Cu -15Ni -8S n 合金基体上，然后将Cu -15Ni -8S n 合金镶嵌石墨材料与05C rl 7Ni 4Cu 4N b 沉淀硬化不锈钢组成摩擦副，研究了不同栽荷（490， 980，1 470 N )和润滑条件（干摩擦与湿摩擦）下该材料的摩擦磨损性能。
结果表明：干摩擦条件下 该材料的摩擦因数随栽荷的增大基本呈增大趋势，且镶嵌较高硬度和强度石墨时材料的干摩擦因 数小于镶嵌较低硬度和强度石墨时材料的；湿摩擦条件下，镶嵌较高硬度和强度时石墨材料的摩擦 因数随栽荷的增大而增大.且与干摩擦条件下的相当；随着栽荷的增大，在干摩擦和湿摩擦条件下 的磨损量均呈增大趋势；干摩擦条件下石墨的磨损机制以磨粒磨损为主，并伴有疲劳磨损，而湿摩 擦条件下的磨损机制以磨粒磨损和冲刷磨损为主。
关键词：铜合金镶嵌石墨；摩擦因数；磨损机制中图分类号：TB333文献标志码： A文章编号：1000-3738(2021)05-0050-06Friction and Wear Properties of Copper Alloy Inlaid Graphite Material(1. State Nuclear Pow er Engineering C o., L td., Shanghai 200233» C hina ；2. Shanghai Research Key Laboratory forEngineering M aterials Evaluation, Shanghai Research Institute of M aterials, Shanghai 200437, China)Abstract ： Tw o kinds of graphite with different hardness and strength were inlaid in the Cu-15Ni-8Sn alloymatrix. The friction pairs of Cu-15Ni-8Sn copper alloy inlaid graphite material and 05C rl7N i4Cu4N h precipitation hardened stainless steel w ere obtained. The friction and wear properties of the material under different loads (490, 980,1 470 N ) and different lubrication conditions (dry friction and w et friction) w ere studied. T he results show that under dry friction condition, the friction coefficient of the m aterials alm ost increased w ith load» and the dry friction coefficient of the material w ith higher hardness and strength graphite was sm aller than that of the material with lower hardness and strength graphite. U nder wet friction condition, the friction coefficient of the material with higher hardness and strength graphite increased w ith load, but was sim ilar w ith that under dry friction condition. W ith increasing load，the w ear loss under dry friction and wet friction increased. T he w ear mechanism of graphite was abrasive w ear accompanied w ith fatigue wear under dry friction condition, and was abrasive w ear and erosive w ear under wet friction condition.Key words ： copper alloy inlaid graphite ； friction coefficient ； w ear mechanismSHI Ke1, WANG Wendong2. SI Mingming2. WANG Fei2. ZHANG Chao 2目（GYQJ-2019+24)作者简介：史科（1986—男，浙江慈溪人,工程师，学士通信作者:王文东正高级T .程师()引言在核电、航空、航天、军工等领域的苛刻服役工收稿曰期：2019-06-l h 修订日期：2021-03-15基金项目：2019年度(工业强基)产业转型升级发展专项资金资助项况下，当无法采用传统方式对运动机械零部件进行 润滑，但仍需满足特别长的服役寿命要求（如核电领 域的蒸汽发生器支撑用关节轴承服役寿命为60 a [1])时，需采用合理的固体润滑方式满足此类特 殊零部件的技术要求。
铜_石墨烧结材料中第三体对摩擦磨损性能的影响
第26卷 第4期Vol 126 No 14材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of Materials Science &Engineering 总第114期Aug.2008文章编号:167322812(2008)0420554205铜2石墨烧结材料中第三体对摩擦磨损性能的影响符 蓉,高 飞,宋宝韫,于庆军(大连交通大学材料科学与工程学院,辽宁大连 116028) 【摘 要】 采用粉末冶金技术制备了铜和铜-石墨粉末冶金材料。
通过定速摩擦试验机测试了材料的摩擦磨损性能,观察比较了两种材料摩擦学特征和表面摩擦第三体的变化过程。
结果表明:摩擦表面第三体状态与材料成分密切相关,并影响材料的摩擦系数和磨损量。
纯铜摩擦时,形成的第三体颗粒尺寸大、粘着性强,金属间的粘着撕裂造成摩擦系数剧烈波动和磨损量加大;添加石墨,细化了第三体颗粒尺寸,流动性好的第三体容易覆盖表面的损伤区,这有利于增加真实接触面积,减少应力集中,起到稳定摩擦系数、降低磨损量的作用。
【关键词】 第三体;摩擦磨损;铜石墨烧结材料中图分类号:TF125;TB333 文献标识码:ACharacteristics of Third Bodies and the FrictionProperties of the Sintered Cu 2graphiteFU Rong ,G AO Fe ,SONG B ao 2yun ,Y U Q ing 2jun(College of Materials Science and E ngineering ,Dalian Jiaotong U niversity ,Dalian 116028,China)【Abstract 】 Powder metallurgy techniques were employed to fabricate Cu and Cu 2graphite materials ,whose friction andwear properties were measured by a constant 2speed tester.The tribological characteristics and the evolution of the third bodies at the surface were investigated.The results show that the states of third bodies are relevant to the composition and they have effects on the f riction coefficients as well as the wear.In case of pure Cu ,third bodies have large sizes and the adhesive abrasion occurs between the metals ,resulting in oscillation of f riction coefficients and a large loss of mass.Adding some graphite ,which brings third bodies with good mobility ,can refine the size of third bodies.These third bodies cover the interfaces ,increase the real contacting areas ,reduce the stress concentration ,and as a result ,stabilize the f riction coefficients and reduce the wear.【K ey w ords 】 third bodies ;f riction and wear ;sintered Cu 2graphite收稿日期:2007208205;修订日期:2007210215基金项目:国家863计划资助项目(2006AA03Z515)和国家自然科学基金资助项目(50375025)作者简介:符 蓉(1965-),女,副教授,主要从事摩擦磨损及第三体摩擦机理的研究。
石墨-铜基复合材料摩擦磨损原理概述
石墨-铜基复合材料摩擦磨损原理概述引言石墨-铜基复合材料作为一类结构特殊、性能优异的复合材料，在许多领域如摩擦学、密封工程、电气工程、化工工程等得到了广泛的应用。
研究石墨-铜基复合材料的摩擦磨损原理，对于进一步提高其使用性能具有重要意义。
本文将简述石墨-铜基复合材料摩擦磨损原理。
石墨-铜基复合材料简介石墨-铜基复合材料是将石墨与铜粉一起制成的材料，石墨可以增加材料的润滑性能，铜则可以增加材料的强度、硬度和导电性能。
石墨-铜基复合材料具有良好的力学性能、摩擦学性能、导电性能和耐蚀性能等优点，是一种多功能的复合材料。
石墨-铜基复合材料的摩擦学特性石墨-铜基复合材料在摩擦学方面表现出优异的性能。
石墨是一种良好的润滑剂，可以在摩擦过程中减少磨损，降低摩擦系数。
而铜的硬度和强度可以提高石墨-铜基复合材料的耐磨性和承载能力。
石墨-铜基复合材料的摩擦行为主要取决于石墨、铜和摩擦对之间的相互作用。
石墨-铜基复合材料的磨损机理石墨-铜基复合材料的磨损机理主要包括表面磨损和体积磨损两种类型。
表面磨损表面磨损是指石墨-铜基复合材料表面由于与外部环境接触而引起的磨损现象。
表面磨损主要是由于外界环境的腐蚀、摩擦等作用而引起的。
石墨-铜基复合材料的表面磨损可以通过表面处理技术来预防和控制。
体积磨损体积磨损是指石墨-铜基复合材料内部由于摩擦作用而引起的磨损现象。
石墨-铜基复合材料的体积磨损主要是由于表面磨损产生的微小颗粒在磨损过程中的进一步破坏和剥落造成的。
体积磨损对于石墨-铜基复合材料的综合性能具有重要影响。
石墨-铜基复合材料的润滑特性石墨-铜基复合材料的润滑特性主要表现为黏度、摩擦系数和磨损等方面。
石墨的添加可以提高石墨-铜基复合材料的润滑性能，减小摩擦系数和磨损率。
结论本文对石墨-铜基复合材料的摩擦磨损原理进行了简要的概述。
研究石墨-铜基复合材料的摩擦磨损特性，有助于我们更好地理解其内在机理，提高其使用性能，拓展其应用领域。
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第28卷第5期摩擦学学报Vol.28 No.5 2008年9月Tribol ogy Sep t2008干摩擦条件下铜2石墨复合材料与ZQA l924铝青铜的磨损图研究马文林1,2,吕晋军1(1.中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,甘肃兰州 730000;2.中国科学院研究生院,北京 100039)摘要:考察了铜2石墨复合材料和商品Z QA l924铝青铜材料在干摩擦条件下的室温摩擦磨损性能,得出了两者的磨损图.结果表明:铜2石墨复合材料表现出优异的减摩性能;铜2石墨材料的磨损体系可以分为轻微磨损(磨损率小于1×10-4mm3/m)、中等磨损(1×10-4～1×10-3mm3/m)和严重磨损(磨损率大于1×10-3mm3/m)3个区域,而Z QA l924铝青铜的磨损体系可分为轻微磨损、中等磨损和咬合3个区域;在载荷小于5N,滑动速度处于0.005～0.05m/s时,铜2石墨复合材料表现出比铝青铜更优异的耐磨性.关键词:铜2石墨复合材料;铝青铜Z QA l924;磨损图中图分类号:T H117.3文献标志码:A文章编号:100420595(2008)0520389205 以铜或铜合金为基体、石墨或二硫化钼为固体润滑相的自润滑复合材料具有低摩擦、耐磨损的特点,可在室温到400℃的温度范围内作为轴承材料以及通电条件下的电刷材料使用[122].由于石墨的加入对复合材料的力学性能影响较大,通常采用基体合金化的方法来获得足够的强度和耐磨性[3].也有采用细化石墨颗粒以提高材料的力学性能并改善其摩擦学性能的研究报道[4].近年来,铜包石墨或镍包石墨的研究也取得了一定进展[526].铜2陶瓷颗粒2石墨杂化材料的摩擦学性能,特别是高温摩擦学性能优异,这与陶瓷颗粒提高了基体的高温抗塑性变形能力有关[7].应该指出的是,铜基自润滑复合材料的摩擦学研究中针对试验条件,特别是速度对其性能影响的研究还很薄弱.主要体现在所评价的速度范围较窄,在低速(小于0.01m/s)和高速(大于2m/s)的材料摩擦学行为评价还不多见;而铜基自润滑复合材料与商品合金的摩擦学性能的比较应在宽的速度和载荷范围内进行.在摩擦过程中,除了摩擦系数和磨损率以外,材料的体相温度测量具有一定意义[8].基于此,本文制备出铜2石墨复合材料,在无润滑条件下,考察并比较了商品Z QA l924铝青铜和铜2石墨复合材料与Cr W Mn钢对摩时的摩擦磨损性能,比较了低速条件下2种材料的性能差异.1 实验部分1.1 材料采用粉末冶金工艺制备Cu25%Graphite复合材料(质量分数,下同),所用铜粉与石墨粉粒度分别小于76μm和42μm.首先在行星式球磨机中混料8h,然后以300MPa压力冷压成型,最后在氢气炉中进行烧结,烧结温度为800℃,保温30m in后随炉冷却.用阿基米德法测出材料密度为6.90g/c m3;布氏硬度HB31.5(压头直径2.5mm,负荷62.5kg,保压时间30s);参照G B/T731422005测定出材料的压缩强度σ为235.6MPa.由于Z QA l924铝青铜(8.0%～9.0%A l,2.0%～4.0%Fe,杂质元素含量小于1.0%,其余为Cu)通常被用于制造高强度抗磨零件(如齿轮和轴套等),所以我们采用该合金作为对比材料.1.2 摩擦磨损试验摩擦磨损试验在瑞士CS M公司产T HT072135型高温摩擦磨损试验机上进行.采用栓2盘接触方式(见图1).栓材料选用所制备的复合材料或Z QA l92基金项目:国家自然科学基金资助项目(50675216);中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室基金资助项目(0501).收稿日期:2008201210;修回日期:2008204230/联系人吕晋军,e2mail:jjlu@作者简介:吕晋军,男,1971年生,博士,研究员,目前主要从事材料摩擦学研究.Fig1 A sche matic of p in2on2disk contact andmeasure ment of bulk te mperature of p in图1 摩擦接触方式和栓体相温度测量示意图4铝青铜(<5mm×15mm),为了防止接触应力突变,提高接触稳定性,将样品栓接触棱边进行C1倒角(1×45°)处理.盘试样选用Cr W Mn钢(0.90%～1.05%C,0.15%～0.35%Si,0.80%～1.10%Mn, 0.90%～1.20%Cr,1.20%～1.60%W,S、P含量小于0.06%,其余为Fe),其表面粗糙度Ra为0.28～0.50μm,硬度HRC63～64.试验在空气气氛、室温下进行,相对湿度RH为30%～40%,载荷1～15N,滑动速度为0.005～3.000m/s,低速(0.005m/s)下的滑动距离为50～100m,发生咬合时的滑动距离< 10m,其余情况下的滑动距离均为1km.试验前用丙酮超声清洗试样表面.通过力传感器采集得到力矩,并由软件计算自动获得摩擦系数.铜2石墨复合材料和Z QA l924铝青铜的磨损率由称重法并计算获得,所用电子天平精度为0.1mg.由于Cr W Mn钢出现负磨损,在文中其磨损率不予考虑.以材料的体积磨损率定义轻微磨损、中等磨损和严重磨损,分别为小于1×10-4mm3/m、1×10-4～1×10-3mm3/m和大于1×10-3mm3/m.摩擦过程中所产生的能量主要以摩擦热的形式从摩擦界面向外界传导或辐射出去.研究表明[9],在栓2盘接触方式下,从摩擦界面向2种材料的热传导中,栓的温度梯度较规律且便于测量,所以采用如图1所示的方法测定栓材料在摩擦系统达到稳定时的体相温度,并用于评估摩擦过程中的摩擦热,所用K型热电偶的测量误差为0.75%.2 结果与讨论2.1 摩擦系数表1列出了铜2石墨复合材料和Z QA l924与Cr W Mn钢对摩的摩擦系数.可见:Z QA l924的摩擦系数较高(0.39～1.14),而铜2石墨复合材料的摩擦系数较低(0.12～0.31),低于Z QA l924的50%以上,具有较好的自润滑性能;在滑动速度小于0.1m/s时, Z QA l924的摩擦系数为铜2石墨复合材料的3倍,这主要是由于低速时黏着所引起的黏滑较严重,同时也说明石墨的固体润滑作用可以有效抑制黏滑.在一定速度下,两者的摩擦系数都随载荷增加而减小.对铜2石墨复合材料来说,这是由于载荷的增加可以使更多的石墨涂抹到摩擦界面[10],从而起到更好的减摩作用;而对于Z QA l924,则可能是由于载荷的增加导致了接触面积急剧增大,从而降低了接触应力;在固定载荷下,随着速度增加,由摩擦热引起的表面温升会导致材料软化,从而降低摩擦界面的剪切力,这可能是Z QA l924的摩擦系数随速度增加呈下降趋势的主要原因.而铜2石墨材料的摩擦系数基本保持稳定,这与石墨在摩擦界面形成稳定的自润滑膜有关.2.2 体相温升随着载荷与速度的增加,Z QA l924的体相温度迅速升高[图2(a)],最高温升达54℃,而在某些发生咬合的条件下,由于试验进行了很短时间就被迫停止,所以体相温度并不高,如在15N,0.1m/s时温升只有6℃;从图2(b)可以看出,铜2石墨复合材料体相温度的增加较Z QA l924略显平缓,相同条件下比Z QA l924的温升低50%,这说明铜2石墨复合材料在摩擦过程中所产生的摩擦功较低.在滑动速度低于0.1m/s时,2种材料的体相温度变化不大,在该区域可能摩擦热对材料磨损的影响很小.可见在类似工况条件下,改进材料的方法应该与一般条件下有所区别.2.3 磨损图图3给出了Z QA l924和Cu2石墨复合材料在滑动速度0.1～3.0m/s时的磨损图.可以看出,当载荷1N、滑动速度1.5～3.0m/s时,Z QA l924的磨损属于轻微磨损,而多数情况下属于中等磨损,没有出现严重磨损.在高pv值(如10N,1.5m/s)条件下,尽管磨损率只有4.24×10-4mm3/m,但还是出现咬合.铜2石墨复合材料的轻微磨损区域出现在1N, 0.1～0.5m/s条件下.在此速度范围以外的区域,磨损率均增加了1～2个数量级,并转变为中等磨损.严重磨损发生在高载、高速(15N,3m/s)时.值得注意的是,Cu2石墨复合材料在所有试验条件下均没有发生咬合,与铝青铜形成了鲜明对比.在滑动速度低于0.1m/s时,2种材料的磨损率增大,图4分别给出了Z QA l924和铜2石墨复合材料在滑动速度小于0.1m/s下的磨损图.可见,在载荷093摩 擦 学 学 报第28卷表1 铜2石墨复合材料与ZQA l924的平均摩擦系数Table 1 Average fr i cti on coeff i c i en ts for Cu 25%graph ite co m posite and ZQA l924v /(m ・s-1)Load /N1Cu 25%Gr Z QA l9245Cu 25%Gr Z QA l92410Cu 25%Gr Z QA l92415Cu 25%GrZ QA l9240.0050.29 1.010.170.530.150.48--0.010.31 1.140.180.570.160.45--0.020.30-0.18-0.16---0.050.310.930.170.520.160.48--0.10.310.670.210.480.180.430.18Seizure 0.50.280.600.200.490.170.460.16Seizure 1.00.290.620.190.490.160.460.16-1.50.290.590.180.490.160.43a0.12-2.00.260.580.180.430.15-0.14-2.5-0.58-0.39----3.00.240.500.160.410.14-0.20b- Note:a is the average fricti on coefficient bef ore seizure occurred,b is the average fricti on coefficientwithin a sliding distance of 100m at severe wearregi m e,“-”is not available . 注:a 为出现咬合前的平均摩擦系数;b 为磨损严重时运行100m 的平均摩擦系数;2为未测实验点.193第5期马文林等: 干摩擦条件下铜2石墨复合材料与Z QA l924铝青铜的磨损图研究Fig4 W ear rate map f or Z QA l924and Cu2graphite co mposite within a sliding s peed range of5～50mm/s 图4 滑动速度5～50mm/s时Z QA l924和铜2石墨复合材料的磨损图小于5N(即图中曲线下方区域)时,铜2石墨复合材料的磨损率比Z QA l924低.结合图2可以看出,这个区域的材料体相温度基本不变,材料受摩擦热影响而导致基体承载能力下降并不是磨损增加的主要原因,所以采用基体合金化等方法对提高其摩擦磨损性能的作用还需进一步验证,而自润滑复合材料有望满足这种极端工况条件的使用要求.3 结论a. 铜2石墨复合材料具有优异的自润滑能力,其摩擦系数远低于Z QA l924锡青铜,相同条件下的体相温升比Z QA l924低50%以上.b. 当滑动速度大于0.1m/s时,2种材料均出现由轻微磨损向中等磨损的转变,但轻微磨损的区域不同;虽然Z QA l924没有出现严重磨损,但是在某些高pv值区域出现了咬合,而铜2石墨复合材料没有咬合区.c. 在滑动速度小于0.1m/s时,铜基自润滑复合材料是可以满足实际工况要求的有效途径之一.参考文献:[1] Feng Y,Ying M,W ang C.I n:Ra makrishnan P.(Ed.).Pr o2ceedings of advances in composite materials[C].AS M I nterna2ti onal,I ndia Chap ter,Bombay,I ndia,1990.6312634.[2] Da Hai He,Rafael Manory.A novel electrical contact materialwith i m p r oved self2lubricati on f or rail w ay current collect ors[J].W ear,2001(249):6262636.[3] 王静波,吕晋军,宁莉萍,等.锡青铜基自润滑材料的摩擦学特性研究[J].摩擦学学报,2001,21(2):1102113.W ang J B,Lu J J,N ing L P,et al.Study on the tribol ogical be2 havi or of br onze2matrix self2lubricating composites[J].Tribol ogy,2001,21(2):1102113.[4] 张钦钊.石墨粒度及其表面化学镀铜对铜2石墨复合材料性能的影响[D].福州大学,2005.Zhang Q Z.The effect of graphite particle size on the p r operties of copper2graphite composites made with copper2coated and uncoated graphite powders via electr oless copper p lating[D].Fuzhou:Fuzhou University,2005.[5] Moustafa S F,El2Badry S A,Sanad A M,et al.Fricti on and wearof copper2graphite composites made with Cu2coated and uncoated graphite powders[J].W ear,2002(253):6992710.[6] Ted Guo M L,Chi2Y A Tsao.Tribol ogical behavi or of alum inum/Si C/nickel2coated graphite hybrid composites[J].Materials Sci2 ence and Engineering,2002(A333):1342145.[7] Yongzhong Zhan,Guoding Zhang.Fricti on and wear behavi or ofcopper matrix composites reinf orced with Si C and graphite particles [J].Tribol ogy Letters,2004(17):91298.[8] W ils on S,A l pas A T.W ear mechanis m map s f or metal matrixcomposites[J].W ear,1997(212):41249.[9] Zienkie wicz O C,Tayl or R L.Solid and fluid mechanic,dynam icsand non2linearity,f ourth ed.,the finite ele ment method,vol.2,f ourth ed[M].McGraw2H ill,London,1991.[10] Molian P,Buchanan V E,Sudarshan T S,et al.Sliding wearcharacteristics of non2equilibrium Cu2Pb all oys[J].W ear,1994(146):2572267.293摩 擦 学 学 报第28卷Dry Sli di ng W ear Map of the Copper 2graphi te Co mposi te andthe Copper Al l oy ZQAl 924MA W en 2lin1,2,LU J in 2jun1(1.S tate Key L aboratory of Solid L ubrication,L anzhou Institute of Che m ical Physics,Chinese A cade m y of Sciences,L anzhou 730000,China;2.Graduate School,Chinese A cade m y of Sciences,B eijing 100039,China )Abstract:D ry sliding wear tests were perf or med on a copper 2graphite composite and a copper all oy Z QA l924within a wide s peed range of 0.005～3.000m /s,and the wear rate map f or t w o materials was established .Copper 2graph 2ite composite showed excellent anti 2fricti on p r operty compared with Z QA l924.Three wear regi m es,na mely m ild wear regi m e with volu me wear rate less than 1×10-4mm 3/m ,moderate wear regi m e with volume wear rate bet w een1×10-4mm 3/m t o 1×10-3mm 3/m and severe wear regi m e with volume wear rate higher than 1×10-3mm 3/mwere classified and observed .Copper 2graphite composite possessed the three wear regi m es while Z QA l924showed m ild and moderate wear regi m es .A lthough there was no severe wear regi m e f or Z QA l924,seizure occurred as the l oad and sliding s peed reached a critical value .A t l oad l ower than 5N,the wear resistance of copper 2graphite com 2posite was higher than that of Z QA l924within a s peed range of 0.005～0.050m /s .Key words:copper 2graphite composite,Z QA l924,wear rate mapAuthor:LU J in 2jun,male,born in 1971,Ph . D.,Pr ofess or,e 2mail:jjlu@lzb .ac .cn393第5期马文林等: 干摩擦条件下铜2石墨复合材料与Z QA l924铝青铜的磨损图研究。