粉末冶金摩擦材料特征摩擦组元与铜基体的界面及其对摩擦磨损机理影响研究

摘要

论文针对粉末冶金摩擦材料特征摩擦组元与铜基体的界面及其对摩擦磨损机理影响进行研究，系统并详细地研究了三种特征摩擦组元与基体的界面特征及其界面特征对摩擦材料摩擦因数、摩擦稳定性、磨损量及摩擦磨损机理的影响，并探索了不同摩擦组元成分配比变化对粉末冶金摩擦材料的摩擦磨损机理的改变。结果表明:
　　(1) SiC、高碳铬铁、SiO2分别与Cu基体形成三种性能不同界面。其中SiC与基体和Fe形成机械-反应结合界面;高碳铬铁与基体形成溶解扩散-机械结合界面;SiO2与基体形成紧密机械结合界面。高碳铬铁与基体形成的界面结合强度最高，SiO2与基体形成的界面强度次之，SiC与基体和形成的界面结合强度最差。
　　(2) SiC与基体和Fe形成的界面及高碳铬铁与基体界面存在明显的界面缺陷，在摩擦过程中，裂纹易在界面缺陷处萌生并沿界面缺陷扩展。因此，含SiC及高碳铬铁的粉末冶金摩擦材料易发生剥层磨损。而SiO2与基体界面结合紧密，抑制了含SiO2的粉末冶金摩擦材料中裂纹扩展的趋势，导致材料最终发生犁削磨损、粘着磨损。
　　(3)含SiC、高碳铬铁的粉末冶金摩擦材料在摩擦过程中发生严重剥层磨损，脱落的磨屑促进连续的机械混合层形成，降低材料的摩擦因数，减弱材料磨损。而含SiO2粉末冶金摩擦材料在摩擦过程中发生剧烈的犁削磨损及轻微剥层与粘着磨损，阻碍表面机械混合层形成，提高了材料的摩擦因数与摩擦稳定性，但加剧了摩擦材料磨损。
　　(4)在摩擦组元体积比固定的摩擦材料中，当SiC、高碳铬铁含量较高时，摩擦材料发生严重剥层磨损。在摩擦组元组成为富SiC、富高碳铬铁、贫SiO2时，摩擦材料剥层磨损最严重。而随着SiO2摩擦组元百分比提升时，摩擦材料的摩擦磨损机理由剥层磨损向犁削磨损及粘着磨损转变，摩擦表面剥落大大减少。
　　(5)在摩擦组元体积总量固定的摩擦材料中，当材料发生剥层磨损时，材料表面形成连续机械混合层，降低摩擦因数及材料磨损量。当材料发生犁削磨损时，材料机械混合层被破坏，导致第三体颗粒直接犁削摩擦材料及对偶表面，提高了摩擦因数并加剧摩擦材料磨损。且伴随犁削的发生的粘着现象补偿了摩擦过程中材料基体软化造成的摩擦因数下降，提高了摩擦稳定性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 摩擦材料概况

1．3 粉末冶金摩擦材料

1．3．1 粉末冶金摩擦材料研究概况

1．3．2 粉末冶金摩擦材料的应用现状

1．3．3 粉末冶金摩擦材料组成

1．3．4 粉末冶金摩擦材料的研究方向

1．4 复合材料界面研究概况

1．4．1 材料界面简介

1．4．2 材料界面结合理论

1．4．3 金属基复合材料结合形式及界面类型

1．4．4 粉末冶金材料界面研究现状

1．5 摩擦磨损机理

1．5．1 摩擦机理

1．5．2 磨损机理

1．6 研究目的与研究内容

2 试验与研究方案

2．1 研究方案

2．2 试样制备

2．2．1 原材料

2．2．2 试验配方设计

2．2．3 制备工艺

2．3 性能检测方法与设备

2．3．1 硬度

2．3．2 横向断裂强度

2．3．3 密度孔隙度

2．3．4 金相分析

2．3．5 摩擦表面、亚表面及磨屑的图像采集与能谱分析

2．3．6 重叠系数

2．3．7 摩擦磨损性能

3 摩擦组元性能及其与Cu基体结合特征

3．1 摩擦组元性能

3．1．1 摩擦组元的成分与结构

3．1．2 摩擦组元的显微硬度

3．2 摩擦组元与Cu基体的结合界面特征

3．2．1 SiC与Cu基体及Fe形成的界面特征

3．2．2 SiO2与Cu基体形成的界面特征

3．2．3 高碳铬铁粉末与Cu基体形成的界面特征

3．3 摩擦组元对材料机械性能的影响

3．4 本章小结

4 摩擦组元与Cu基体界面特征对材料摩擦磨损性能的影响

4．1 添加不同摩擦组元材料的显微组织分析

4．2 SiC与Cu基体界面特征对材料摩擦磨损特性的影响

4．2．1 SiC与Cu基体界面特征对材料摩擦表面形貌的影响

4．2．2 SiC与Cu基体界面特征对材料摩擦亚表面形貌的影响

4．2．3 SiC与Cu基体界面特征对材料摩擦磨屑形貌的影响

4．2．4 SiC与Cu基体界面特征对材料摩擦磨损性能的影响

4．3 高碳铬铁与Cu基体界面特征对材料摩擦磨损特性的影响

4．3．1 高碳铬铁与Cu基体界面特征对材料摩擦表面形貌的影响

4．3．2 高碳铬铁与Cu基体界面特征对材料摩擦亚表面形貌的影响

4．3．3 高碳铬铁与Cu基体界面特征对材料摩擦磨屑形貌的影响

4．3．4 高碳铬铁与Cu基体界面特征对材料摩擦磨损性能的影响

4．4 SiO2与Cu基体界面特征对材料摩擦磨损特性的影响

4．4．1 SiO2与Cu基体界面特征对材料摩擦表面形貌的影响

4．4．2 SiO2与Cu基体界面特征对材料摩擦亚表面形貌的影响

4．4．3 SiO2与Cu基体界面特征对材料摩擦磨屑形貌的影响

4．4．4 SiO2与Cu基体界面特征对材料摩擦磨损性能的影响

4．5 重叠系数对材料摩擦磨损性能的影响

4．6 本章小结

5 摩擦组元成分配比对材料的摩擦磨损性能影响

5．1 摩擦组元配比下材料的显微组织

5．2 摩擦组元成分配比对材料宏观硬度的影响

5．3 摩擦组元成分配比对材料的摩擦磨损性能的影响

5．3．1 摩擦组元配比对材料的摩擦表面的影响

5．3．2 摩擦组元配比对材料亚表面结构的影响

5．3．3 摩擦组元配比对材料摩擦磨损性能的影响

5．4 本章小结

6 结论

参考文献

攻读硕士学位期间的主要研究成果

致谢