碳化硅颗粒增强铝基含油轴承的制备工艺及性能研究

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铝基烧结含油轴承具有较好的磨合性、优良的导热性、制品轻、价格便宜等优点,因此具有广阔的研究和发展空间。碳化硅力学性能优异,目前已经被广泛应用于增强复合材料方面。本文采用粉末冶金工艺制备出性能优异的铝基烧结含油轴承样品,通过化学镀铜工艺制备出镀铜碳化硅颗粒(SiC(Cu))。研究了碳化硅颗粒(SiC)添加量、SiC(Cu)添加量以及烧结温度对铝基烧结含油轴承样品的压溃强度、含油率及微观形貌的影响规律及机理。本文以化学镀铜的方法在SiC表面得到了镀覆良好的铜镀层。化学镀铜工艺包括以无水乙醇去油、盐酸粗化、氯化亚锡溶液敏化、硝酸银溶液活化的预处理工艺,在pH值为1213、温度为35℃的镀液中施镀20min的化学镀工艺。通过对比研究铜盐、还原剂、络合剂的不同添加量所产生的不同镀覆效果,优化出的具体工艺参数为:铜盐为8g/L硫酸铜,还原剂为20ml/L甲醛,络合剂为40g/L酒石酸钾钠,氢氧化钠溶液(20%)为镀液pH调节剂,调节pH值为1213,恒温水浴锅温度为35℃,施镀20min。以此工艺制备出的SiC(Cu),镀层质量良好。SiC添加量和烧结温度均会影响铝基烧结含油轴承样品的显微结构,进而影响样品的压溃强度和含油率。烧结温度一定时,随着SiC含量的增加,作为强化相的SiC充当了载荷的主要承载相,试样压溃强度得到提高;但含量大于5wt%时,作为强化相的SiC对基体的割裂作用增大,导致试样压溃强度降低。由于SiC与铝基体之间润湿角较大,二者之间界面结合较差,存在孔洞。因此,含量的增加引起孔洞数量的增多,进而导致含油率的增加。添加量一定时,烧结温度的升高造成液相量增多,Al2O3薄膜被破坏程度增大,促进了烧结颈的形成及圆化,试样的致密化程度增大,导致试样压溃强度增大,含油率减小,径向尺寸收缩率增大。当SiC添加量为5wt%、烧结温度为640℃时,试样含油率为22.47%,压溃强度为172.78MPa。相比未添加SiC的轴承试样,压溃强度提高了35.7%,轴承试样综合性能相对较好。采用SiC(Cu)作为强化相来增强铝基烧结含油轴承时,随着含量的增加,作为强化相的SiC(Cu)充当了载荷的主要承载相,并承载较大的载荷作用,导致轴承试样压溃强度显著提高、含油率降低、径向尺寸收缩率增大。这是由于铜镀层与铝基体之间存在冶金结合作用,不仅改善了SiC与铝基体之间的界面结合状态,导致试样致密化程度增大,而且有效的传递了载荷,增加了颗粒滑移时的阻力;同时SiC表面的铜镀层固溶到铝基体中,对位错的滑移起到了钉扎作用。但是,过多的SiC对基体的割裂作用增大,使得轴承试样压溃强度大幅度减小。当SiC(Cu)含量一定时,随着烧结温度的升高,液相量增多,导致轴承试样致密化程度增大,试样压溃强度增大、含油率降低、径向尺寸收缩率增大。610℃640℃烧结、SiC(Cu)含量为10wt%15wt%的试样,压溃强度和含油率均达到了使用要求,当SiC(Cu)添加量为14wt%、烧结温度为630℃时,轴承试样的含油率为15.20%,压溃强度为242.41MPa,相比SiC增强铝基含油轴承试样,压溃强度提高了40.3%。本文优化出的铝基烧结含油轴承的制备工艺参数为:SiC(Cu)添加量为14wt%,球磨机转速为114r/min,球料比为5:1,工艺控制剂为5wt%的无水乙醇,球磨时间为10h,成形压制力为300MPa,烧结温度为630℃,轴承试样压溃强度达到了242.41MPa,含油率为15.20%,达到了含油轴承在低载荷应用领域的要求,可部分替代铁基和铜基烧结含油轴承。
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