新型石墨顆粒-鋁合金復合自潤滑軸瓦材料的研究.pdf

1、現(xiàn)代交通節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適的發(fā)展特點對汽車、高速內(nèi)燃機車的軸瓦材料的承載能力和可靠性等提出了更高的要求。層狀復合軸瓦材料被認為是最具應用潛力與推廣價值的一類軸瓦材料，其研究熱點集中在軸瓦耐磨層的材料制備及軸瓦的軋制復合技術(shù)與理論。目前，我國應用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的軸瓦主要為銅鉛合金和高錫鋁合金鋼背軸瓦，存在著邊界潤滑能力差、強度低、污染環(huán)境等問題。因此，制備出一種具有自潤滑能力、高強度的軸瓦材料，開發(fā)高性能復合軸瓦材料的生產(chǎn)新技術(shù)，具有

2、重要的理論和實際應用價值。本文結(jié)合國家“863”高技術(shù)研究發(fā)展計劃項目“高速交通用關(guān)鍵金屬材料及其應用”(項目編號2004AA33G060)，開展了石墨顆粒/鋁合金復合自潤滑軸瓦材料制備技術(shù)及其理論的系統(tǒng)研究。主要研究內(nèi)容及成果包括：
　　 ⑴針對石墨顆粒與鋁熔體潤濕性差的難題，開展了石墨顆粒表面化學鍍銅的研究。重點考察了氯化亞錫等鍍液成分及反應溫度等鍍覆工藝參數(shù)對鍍層質(zhì)量的影響，確定了石墨粉化學鍍銅的最佳工藝參數(shù)。在此工藝條件

3、下，Cu的平均質(zhì)量百分含量為34％。掃描電鏡觀察顯示，石墨粉表面銅鍍層呈玫瑰紅色、鍍層均勻、致密且與石墨粉結(jié)合緊密。
　　 ⑵測試結(jié)果顯示鍍銅石墨塊與鋁熔體的接觸角為27°。對石墨顆粒浸入鋁熔體所需能量進行了理論計算，結(jié)果顯示鍍銅后石墨顆粒完全浸入鋁熔體所需克服表面張力的功較表面處理前降低了兩個數(shù)量級，即便考慮重力和浮力的影響，也僅為未處理石墨顆粒的二十分之一?？梢?，石墨顆粒表面鍍銅處理顯著改善了顆粒表面與鋁熔體的界面潤濕性，為

4、制備石墨顆粒增強鋁基復合材料創(chuàng)造了良好條件。
　　 ⑶系統(tǒng)研究了石墨顆粒/鋁合金復合材料的制備工藝，確定了最佳的制備工藝參數(shù)，制備了石墨含量較高且分布均勻的復合材料。隨著石墨含量的增加，復合材料的摩擦性能獲得顯著改善。在載荷為0.55MPa，速度為0.75m.s-l的干滑動摩擦條件下，含有8mass％石墨粉的復合材料摩擦系數(shù)為0.32，比基體合金降低了30％；磨損率降低了76％。
　　 ⑷通過對復合材料摩擦表面的電子顯微

5、分析，確定摩擦表面形成了由Fe的氧化物、石墨以及少量A1的氧化物形成的固體潤滑膜。隨著石墨粉含量的增加，這層潤滑膜更加平整，摩擦表面的刮傷和擦痕更少。另外，石墨顆粒與鋁合金基體界面結(jié)合良好，在界面處Cu、Mg含量相對較高，表明Cu、Mg能夠很好的改善石墨顆粒與鋁熔體的界面潤濕性。
　　 ⑸為了使石墨顆粒分布更均勻，性能進一步改善，開展了石墨顆粒/鋁合金自潤滑復合材料熱軋工藝的研究。確定了最佳熱軋工藝參數(shù)與工藝控制準則。研究結(jié)果顯

6、示，這種材料具有良好的塑性。熱軋后，與鑄態(tài)復合材料相比，軋帶的維氏硬度增加了46％，抗拉強度提高了46％，延伸率提高了100％。在干滑動摩擦條件下，軋帶的摩擦系數(shù)比鑄態(tài)復合材料更低，并且摩擦穩(wěn)定性比后者更好。與A1Sn20Cu軸瓦材料相比，軋帶的維氏硬度提高了145％，抗拉強度提高了145％，干摩擦系數(shù)降低了21％，油潤滑摩擦系數(shù)降低了16％。
　　 ⑹采用熱軋復合工藝首次成功制備了自潤滑雙金屬鋁/鋼復合軸瓦材料。確定最佳工藝條

7、件為軋制溫度450℃，道次壓下率70％，軋帶在350℃退火lh，軋制后實現(xiàn)了鋁/鋼冶金結(jié)合。測試了自潤滑雙金屬鋁/鋼復合軸瓦材料的成型性能，平均杯突值為8.75mm，表明這種材料具有很好的加工變形能力。參照上海大眾桑塔納轎車主軸瓦首次成功試制了新型自潤滑軸瓦零件。與性能較好的美國Federal-Mogul公司的A500型軸瓦相比較，維氏硬度提高了96％，抗拉強度增加了125％，干摩擦系數(shù)降低了21％，油潤滑摩擦系數(shù)降低了13％。結(jié)果表明