【摘 要】
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铁基粉末冶金减摩材料具有组成设计调整灵活、生产成本低、力学及摩擦磨损等综合性能优良的特点,在工程机械、交通运输等领域应用广泛。现代化工业的发展对机械零件的服役条件更加苛刻,从而对减摩零部件的性能提出了更高的要求。在多孔铁基烧结体中充填具有良好减摩性能的高分子聚合物可以在保持材料高强度的同时,进一步改善材料的减摩性能。然而,由于聚合物组成性能和烧结体孔隙限制,在实现聚合物均匀充填及有效发挥充填聚合物
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铁基粉末冶金减摩材料具有组成设计调整灵活、生产成本低、力学及摩擦磨损等综合性能优良的特点,在工程机械、交通运输等领域应用广泛。现代化工业的发展对机械零件的服役条件更加苛刻,从而对减摩零部件的性能提出了更高的要求。在多孔铁基烧结体中充填具有良好减摩性能的高分子聚合物可以在保持材料高强度的同时,进一步改善材料的减摩性能。然而,由于聚合物组成性能和烧结体孔隙限制,在实现聚合物均匀充填及有效发挥充填聚合物作用等方面仍需进一步加以研究。本文尝试通过在成形料中加入造孔剂、控制压制压力以获得具有高孔隙率的多孔烧结体,并通过控制熔渗工艺获得了具有较高强度和减摩性能的聚苯硫醚（PPS）/铁基复合减摩材料。在此基础上,本文还通过熔渗多元聚合物的方法进一步改善了材料的摩擦磨损性能。论文首先以水雾化铁粉、电解铜粉和石墨粉为原料,加入不同量的硬脂酸锌制得粉末混合料,经不同压力压制成形、于1100℃下烧结60min,得到Fe-10Cu-0.6C多孔烧结体,考察了润滑剂添加量、压制压力等对烧结体孔隙率、密度和力学性能等影响,并测试了不同孔隙率的多孔烧结材料的摩擦磨损性能。实验结果表明,硬脂酸锌添加量和压制压力对成形生坯及烧结体的孔隙率有明显影响,添加0.6-2wt.%硬脂酸锌的粉末混合料,经500-650MPa压力压制后,烧结体的孔隙率在16%-22%范围内,并具有良好的力学性能。其中,含1.6wt.%硬脂酸锌的混合粉末经650MPa压制、烧结后可制得密度和开孔隙率分别为6.47g/cm~3和16%的烧结体。不同孔隙率的烧结体在摩擦磨损性能上存在明显差异,具有孔隙率为20%的烧结体表现出较好的摩擦学性能,平均摩擦系数和线磨损率分别为0.022和1.28×10-8。以上述Fe-10Cu-0.6C多孔烧结体为骨架,以聚苯硫醚（PPS）为熔渗剂,在不同温度和时间下进行熔渗处理,制得PPS/铁基复合减摩材料,考察了熔渗温度、熔渗时间等对熔渗层厚度的影响,并表征了材料的显微组织和力学性能,同时研究了PPS/铁基复合减摩材料在不同负荷、滑动速度下的摩擦磨损性能。结果表明,熔渗温度和时间对PPS熔渗层厚度有明显影响,在350℃下保温40min所制得的PPS/铁基复合减摩材料具有最大的熔渗深度,达900μm,并具有良好的综合力学性能,其硬度和抗拉强度分别为68.2HRB和355MPa。此外,PPS/铁基复合减摩材料的摩擦磨损性能受试验负荷和滑动速度的影响,滑动速度和负荷的提高,一定程度上降低了材料摩擦系数,但会导致材料磨损加剧,磨损机理也由磨粒磨损转为塑性变形甚至粘着磨损。为了进一步改善复合减摩材料的性能,以聚苯硫醚（PPS）-聚醚醚酮（PEEK）为复合熔渗剂,于350℃下熔渗40min制得PPS-PEEK/Fe-10Cu-0.6C复合减摩材料,考察了复合熔渗剂中PEEK含量对熔渗层厚度及材料力学性能、摩擦磨损性能等的影响。结果表明,添加5-20wt.%PEEK的复合熔渗剂,熔渗层厚度随PEEK含量的增加而减小,在PEEK含量为10wt.%时,PPS-PEEK/Fe-10Cu-0.6C复合减摩材料表现出良好的力学性能,硬度和抗拉强度分别为65.4HRB和341MPa。此外,与PPS/Fe-10Cu-0.6C复合减摩材料相比,PPS-PEEK/Fe-10Cu-0.6C复合减摩材料的耐磨性提升了75%。以聚苯硫醚（PPS）-聚四氟乙烯（PTFE）为复合熔渗剂,于350℃下熔渗40min制得PPS-PTFE/Fe-10Cu-0.6C复合减摩材料,测试结果表明,熔渗层厚度随复合熔渗剂中PTFE添加量的增加呈先增加后减小趋势,在PTFE含量为10wt.%时,PPS-PTFE/Fe-10Cu-0.6C复合减摩材料具有较大的熔渗层厚度,为752μm,同时材料表现出良好的力学性能,硬度和抗拉强度分别为68.6HRB和370MPa。此外,与PPS/Fe-10Cu-0.6C复合减摩材料相比,PPS-PTFE/Fe-10Cu-0.6C复合减摩材料的摩擦系数降低了45%。
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