燒結壓力對銅基粉末冶金摩擦材料性能的影響

　　摘 要：采用直熱式熱壓燒結法在不同燒結壓力下制備銅基粉末冶金摩擦材料。對材料的物理及力學性能、摩擦磨損性能進行測試。結果表明：隨著燒結壓力的增加，材料的密度和強度增大，氣孔率下降，材料的摩擦系數和磨損量減小。當燒結壓力為 25MPa 時，材料的綜合性能較好，燒結壓力超過 25MPa 后，材料性能無明顯提高。

　　王曉陽， 科學技術創新 發表時間：2021-08-12

　　關鍵詞：燒結壓力;微觀組織;摩擦性能

　　1 概述

　　隨著我國高速鐵路的迅猛發展，對高速列車閘片材料的性能要求日益提高。在高速列車制動閘片領域粉末冶金制動閘片是應用技術最成熟、最廣泛的材料[1- 2]。因此，有必要對粉末冶金制動閘片材料的燒結工藝進行優化。高鐵閘片材料的燒結行為十分復雜，其中燒結壓力是關鍵的因素之一[3- 5]。本文討論了燒結壓力對材料的物理和力學性能以及摩擦性能的影響規律，為銅基粉末冶金摩擦材料的研制和生產提供理論依據。

　　2 實驗方法

　　摩擦材料的成分配比如表 1 所示。按表 1 將各組分加入少量丙三醇為黏結劑后均勻混合，用直熱式燒結爐中在 600℃保溫 20min。

　　3 結果與討論

　　3.1 燒結壓力對摩擦材料物理和力學性能的影響

　　不同燒結壓力下，材料的物理和力學性能如表 2 所示。由表可知，當燒結壓力為 20MPa 時，材料的密度和強度較低，氣孔率較高。燒結壓力增加到 25MPa，材料的密度和強度隨著壓力的增加而增大，氣孔率下降。燒結壓力繼續增加時，材料的性能變化不大。

　　3.2 燒結壓力對摩擦材料摩擦磨損性能的影響

　　圖 1 為材料摩擦后的表面形貌。由圖可知，在燒結壓力為20MPa 時，摩擦表面較粗糙，存在較深的犁溝和凹坑;隨著燒結壓力的增加，表面犁溝深度變淺，凹坑減少，摩擦表面膜相對光滑平整。

　　材料的制動性能和密度隨燒結壓力的變化如圖 2 所示。由圖可知，隨著燒結壓力的增加，材料的摩擦系數降低，磨損量減小，燒結壓力從 20MPa 提高到 25MPa，摩擦系數和磨損量變化幅度較大，分別下降了 5.7%和 9.6%，但超過 25MPa 后變化不明顯，降幅不到 1%。

　　當燒結壓力為 20MPa 時，材料的氣孔率較高，強度較低，在摩擦過程中，易造成硬質顆粒和石墨的破碎和脫落，使摩擦面的相互嚙合作用增強，材料的摩擦系數較高，對偶面間得不到表面膜的保護使磨損量較大。當燒結壓力為 25MPa 時，材料的密度增大，強度提高，摩擦表面形成光滑平整的表面膜，嚙合作用減小，材料的摩擦系數減小，磨損量降低。燒結壓力為 30MPa 時，材料的密度、力學性能和摩擦表面狀態與燒結壓力 25MPa 相比沒有顯著變化，造成其摩擦系數和磨損量無明顯差異。

　　4 結論

　　4.1 隨著燒結壓力的增加，材料的密度和強度增大，氣孔率下降，摩擦系數和磨損量減小，燒結壓力從 20MPa 提高到25MPa，摩擦系數和磨損量變化幅度較大，分別下降了 5.7%和 9.6%，但超過 25MPa 后變化不明顯，降幅不到 1%。

　　4.2 當燒結壓力為 25MPa 時，材料的綜合性能較好，燒結壓力超過 25MPa 后，材料性能無明顯提高。