复层铁基粉末冶金材料的制备及其摩擦学性能分析

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铁基粉末冶金含油轴承,因其强度、硬度较高,耐高温、耐磨性好,价格便宜等优点,应用十分广泛。但随着现代工业的发展,在一些对性能要求较高的场合,粉末冶金含油轴承会出现硬度、强度不足,易破损等问题,尽管可以通过增加产品密度的方法来改善其力学性能,但材料的含油率会随之下降,润滑效果减弱。针对这一现状,本论文从孔隙的角度出发,对铁基粉末冶金含油轴承材料进行分层设计,制备基体致密高强、表层多孔含油的复层铁基粉末冶金材料。利用力学性能、摩擦磨损试验等,探讨孔隙变化对复层材料性能的影响规律,以及减摩耐磨机理。研究结果表明:随着硬脂酸锌含量的增加,表层的含油率明显上升,含油量增加,有助于改善复层材料的摩擦学性能,但是当孔隙率过高时,材料的力学性能下降,孔隙边缘更容易发生颗粒脱落现象,加剧了材料的磨损,当表层硬脂酸锌含量为1.6%时摩擦学性能较好;在确定硬脂酸锌含量的基础上,微调表层中TiH2的含量,有助于提升材料的力学性能和含油率,而且烧结过程中产生的TiC等硬质相会有效提高材料的耐磨性能;确定表层和基体的最佳配方之后,调整表层的厚度,发现随着表层厚度的逐渐增加,表层的硬度逐渐下降、含油率有所上升,而基体的硬度变化不大,材料摩擦学性能先随表层厚度增加而变好后逐渐变差,当表层厚度达到50%时,整体的摩擦学性能最好,耐磨性能显著。通过与单层材料以及现有材料进行变速度、变载荷试验后发现,复层材料由于含油率较高,供油充分,加上基体的支撑作用,使其具有较好的减摩耐磨性能,明显优于单层材料和现有材料;可以承受更高的试验速度和载荷。
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