（有色金属冶金专业论文）新型石墨颗粒铝合金复合自润滑轴瓦材料的研究.pdf

rr ad i s s e r t a t i o ni nn o n f e r r o u sm e t a lm e t a l l u r g y s t u d yo fn e wg r a p h i t ep a r t i c l e a ia l l o y m a t r i xs e l f 1 u b r i c a t i n gb e a r i n gm a t e r i a l b yl i uz h e n g a n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o ry a og u a n g c h u n v i c es u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rz ug u o y i n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y m a y 2 0 0 9 吣2 02舢7mmmi71洲y 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：钞簖遮1 日 期：缈形7 哆 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年0一年口一年半口两年口 学位论文作者签名：列折幻列 签字日期：佣7 7 y - 翩躲 签字日期：歹匆哆多乒 东北大学博士学位论文 摘要 新型石墨颗粒铝合金复合自润滑轴瓦材料的研究 摘要 现代交通节能、环保、安全、舒适的发展特点对汽车、高速内燃机车的轴瓦 材料的承载能力和可靠性等提出了更高的要求。层状复合轴瓦材料被认为是最具 应用潜力与推广价值的一类轴瓦材料，其研究热点集中在轴瓦耐磨层的材料制备 及轴瓦的轧制复合技术与理论。目前，我国应用于工业生产领域的轴瓦主要为铜 铅合金和高锡铝合金钢背轴瓦，存在着边界润滑能力差、强度低、污染环境等问 题。因此，制备出一种具有自润滑能力、高强度的轴瓦材料，开发高性能复合轴 瓦材料的生产新技术，具有重要的理论和实际应用价值。本文结合国家“8 6 3 高技术研究发展计划项目“高速交通用关键金属材料及其应用 ( 项目编号 2 0 0 4 a a 3 3 g 0 6 0 ) ，开展了石墨颗粒铝合金复合自润滑轴瓦材料制备技术及其理 论的系统研究，论文获得如下成果： 首先针对石墨颗粒与铝熔体润湿性差的难题，开展了石墨颗粒表面化学镀铜 的研究。重点考察了氯化亚锡等镀液成分及反应温度等镀覆工艺参数对镀层质量 的影响，确定了石墨粉化学镀铜的最佳工艺参数。在此工艺条件下，c u 的平均 质量百分含量为3 4 。扫描电镜观察显示，石墨粉表面铜镀层呈玫瑰红色、镀 层均匀、致密且与石墨粉结合紧密。 测试结果显示镀铜石墨块与铝熔体的接触角为2 7 0 。对石墨颗粒浸入铝熔体 所需能量进行了理论计算，结果显示镀铜后石墨颗粒完全浸入铝熔体所需克服表 面张力的功较表面处理前降低了两个数量级，即便考虑重力和浮力的影响，也仅 为未处理石墨颗粒的二十分之一。可见，石墨颗粒表面镀铜处理显著改善了颗粒 表面与铝熔体的界面润湿性，为制备石墨颗粒增强铝基复合材料创造了良好条 件。 系统研究了石墨颗粒铝合金复合材料的制备工艺，确定了最佳的制备工艺 参数，制备了石墨含量较高且分布均匀的复合材料。随着石墨含量的增加，复合 材料的摩擦性能获得显著改善。在载荷为0 5 5 m p a ，速度为0 7 5 m s 。1 的干滑动 摩擦条件下，含有8 m a s s 石墨粉的复合材料摩擦系数为0 3 2 ，比基体合会降低 东北大学博士学位论文 摘要 了3 0 ；磨损率降低了7 6 。 通过对复合材料摩擦表面的电子显微分析，确定摩擦表面形成了由f e 的氧 化物、石墨以及少量a l 的氧化物形成的固体润滑膜。随着石墨粉含量的增加， 这层润滑膜更加平整，摩擦表面的刮伤和擦痕更少。另外，石墨颗粒与铝合金基 体界面结合良好，在界面处c u 、m g 含量相对较高，表明c u 、m g 能够很好的改 善石墨颗粒与铝熔体的界面润湿性。 为了使石墨颗粒分布更均匀，性能进一步改善，开展了石墨颗粒铝合金自 润滑复合材料热轧工艺的研究。确定了最佳热轧工艺参数与工艺控制准则。研究 结果显示，这种材料具有良好的塑性。热轧后，与铸态复合材料相比，轧带的维 氏硬度增加了4 6 ，抗拉强度提高了4 6 ，延伸率提高了1 0 0 。在干滑动摩擦 条件下，轧带的摩擦系数比铸态复合材料更低，并且摩擦稳定性比后者更好。与 a 1 s n 2 0 c u 轴瓦材料相比，轧带的维氏硬度提高了1 4 5 ，抗拉强度提高了1 4 5 ， 干摩擦系数降低了21 ，油润滑摩擦系数降低了16 。 采用热轧复合工艺首次成功制备了自润滑双金属铝钢复合轴瓦材料。确定 最佳工艺条件为轧制温度4 5 0 ，道次压下率7 0 ，轧带在3 5 0 退火l h ，轧制 后实现了铝钢冶金结合。测试了自润滑双金属铝钢复合轴瓦材料的成型性能， 平均杯突值为8 7 5 m m ，表明这种材料具有很好的加工变形能力。参照上海大众 桑塔纳轿车主轴瓦首次成功试制了新型自润滑轴瓦零件。与性能较好的美国 f e d e r a l m o g u l 公司的a 5 0 0 型轴瓦相比较，维氏硬度提高了9 6 ，抗拉强度增 加了1 2 5 ，干摩擦系数降低了2 1 ，油润滑摩擦系数降低了1 3 。结果表明， 采用该工艺制备的石墨颗粒铝合金复合自润滑轴瓦具有良好的市场前景和推广 价值。 关键词：石墨颗粒；铝基复合材料；轴瓦材料；界面；自润滑；非金属化学 镀；搅拌铸造法；热轧制工艺；力学性能；摩擦性能；结合强度 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t s t u d yo fn e wg r a p h i t ep a r t i c l e a ia l l o ym a t r i x s e l f - l u b r i c a t i n gb e a r i n gm a t e r i a l a b s t r a c t t h el o a d i n gc a p a c i t ya n dr e l i a b i l i t yo ft h eb e a r i n gm a t e r i a li nt h ea u t o m o b i l ea n d t h eh i g h - s p e e dl o c o m o t i v ea r eh i g h e rr e q u i r e db yt h ed e v e l o p m e n t a lc h a r a c t e r i s t i c s o fe n e r g yc o n s e r v a t i o na n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，s a f e t ya n dc o m f o r ti nm o d e m t r a f f i c t h el a y e r e dc o m p o s i t eb e a r i n gm a t e r i a li sc o n s i d e r e dt ob et h em o s ta p p l i e d p o t e n t i a la n de x t e n d e dv a l u a b l eb e a r i n gm a t e r i a l t h er e s e a r c hf o c u s e so nt h e m a t e r i a lp r e p a r a t i o no fb e a r i n gw e a rr e s i s t a n tl a y e ra n dt h er o l lc l a d d i n gt e c h n o l o g y a n dt h e o r yo fb e a r i n g a tp r e s e n t ，t h ec o p p e r l e a da l l o ya n dh i g ht i n - a l u m i n u m a l l o y s t e e lc l a d d i n gb e a r i n ga r em a i n l yu s e di nt h ei n d u s t r i a lp r o d u c t i o nf i e l di n c h i n a t h es e v e r a lp r o b l e m se x i s ti nt h e s eb e a r i n gm a t e r i a l sf o re x a m p l et h ep o o r b o u n d a r yl u b r i c a t i o na b i l i t y , l o ws t r e n g t ha n de n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na n ds oo n s o ， i t i st h ei m p o r t a n tt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o nv a l u ef o rt h eh i g h - s t r e n g t h s e l f - l u b r i c a t i n gb e a r i n gm a t e r i a lt h a tt h en e wt e c h n o l o g yo fh i g h - p r o p e r t yc o m p o s i t e b e a r i n gm a t e r i a l i sd e v e l o p e d c o m b i n e dw i t ht h en a t i o n a l8 6 3h i g ht e c h n o l o g y r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tp l a n ( 2 0 0 4 a a 3 3 g 0 6 0 ) p r o j e c tn a m e d “t h er a p i dt r a n s i t k e ym e t a lm a t e r i a l sa n da p p l i c a t i o n ”，t h ep r e p a r a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h e o r yo ft h e g r a p h i t ep a r t i c l e r e i n f o r c e da 1 a l l o ys e l f - l u b r i c a t i n gb e a r i n g m a t e r i a lw a s s y s t e m a t i c a l l ys t u d i e di nt h i sp a p e r t h ea c h i e v e m e n t sa r ea sf o l l o w s ： f i r s t ，a c c o r d i n gt ot h ed i f f i c u l t yo ft h ep o o rw e t t a b i l i t yb e t w e e nt h eg r a p h i t e p a r t i c l ea n da im e l t ，t h ee l e c t r o l e s sc o p p e rp l a t i n go nt h eg r a p h i t ep a r t i c l es u r f a c e w a ss t u d i e d t h ei n f l u e n c eo fs o l u t i o n c o m p o s i t i o n si n c l u d i n gs n c l 2 a n d t e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r si n c l u d i n gr e a c t i o nt e m p e r a t u r eo nt h ec o a t i n gq u a l i t yw a s i m p o r t a n t l yi n v e s t i g a t e d t h eo p t i m a lp r o c e s s i n gp a r a m e t e r sa r ed e t e r m i n e d t h e c o p p e r - c o a t e dg r a p h i t ep o w d e rc o n t a i n s3 4 m a s s c uo nt h eo p t i m a lc o n d i t i o n s t h e h o m o g e n e o u sr o s ep i n kc o p p e rc o a t i n gb o n d sc o m p a c t l yw i t ht h eg r a p h i t ep o w d e rb y i v 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y t h et e s tr e s u l ts h o w st h a tt h ec o n t a c ta n g l ei s2 7 0b e t w e e nt h ec o p p e r c o a t e d g r a p h i t ea n da im e l t t h er e s u l td i s p l a y st h a tt h ee n e r g yw h i c hn e e d st oo v e r c o m e t h es u r f a c et e n s i o ni no r d e rt oi m m e r s ee n t i r e l yt h ec o p p e r c o a t e dg r a p h i t ep a r t i c l e s i n t oa im e l td e c r e a s e st w oo r d e r so fm a g n i t u d e e v e ni fe f f e c to ft h eg r a v i t yf o r c e a n dt h ef l o a t i n gf o r c ei sc o n s i d e r e d ，i ti so n l yt w e n t i e t h v a l u eo ft h eu n t r e a t e d g r a p h i t ep a r t i c l e i ti si l l u s t r a t e dt h a tt h ec o p p e rc o a t i n go nt h eg r a p h i t ep a r t i c l e s o b v i o u s l yi m p r o v e st h ei n t e r f a c ew e t t a b i l i t yo ft h ep a r t i c l es u r f a c ea n da im e l ta n d c r e a t e sag o o dc o n d i t i o nt of a b r i c a t et h eg r a p h i t ep a r t i c l er e i n f o r c e da ia l l o ym a t r i x c o m p o s i t e s t h eo p t i m a lp r o c e s s i n gp a r a m e t e r sa r ed e t e r m i n e db ys y s t e m i ci n v e s t i g a t i n gt h e p r e p a r a t i o np r o c e s so ft h eg r a p h i t ep a r t i c l er e i n f o r c e da ia l l o ym a t r i xc o m p o s i t e s ， a n dt h ec o m p o s i t e si nw h i c ht h eg r a p h i t ep o w d e ri sm o r ea n du n i f o r m l yd i s t r i b u t e si s f a b r i c a t e d t h et r i b o l o g i c a lp r o p e r t yi sg r e a t l yi m p r o v e dw i t hi n c r e a s i n go fg r a p h i t e c o n t e n t t h ef r i c t i o nc o e f f i c i e n to ft h ec o m p o s i t e sc o n t a i n i n g 8 m a s s g r a p h i t e p o w d e ri s0 3 2 ，d e c r e a s i n gb y3 0 ，a n di t sw e a rr a t ed e c r e a s e sb y7 6 i nc o n t r a r y o ft h ea ia l l o ym a t r i x t h es o l i dl u b r i c a t i n gf i l mc o m p o s e do ff eo x i d e ，g r a p h i t ea n dal i t t l ea io x i d ei s f o r m e do nt h ef r i c t i o ns u r f a c eb yt h ee l e c t r o nm i c r o s c o p ya n a l y s i so ft h ef r i c t i o n s u r f a c eo ft h ec o m p o s i t e s m o r e o v e r , t h i ss o l i dl u b r i c a t i n gf i l mi sm o r es m o o t h ，a n d t h es c u f f i n ga n ds c r a t c ha r ef e w e ro nt h ef r i c t i o ns u r f a c ew i t hi n c r e a s i n go fc o n t e n t o fg r a p h i t ep o w d e r i na d d i t i o n ，i ti so b s e r v e dt h ei n t e r f a c eb e t w e e n g r a p h i t e p a r t i c l e sa n da 1a l l o ym a t r i xc o m p a c t l yb o n d s i ti si l l u s t r a t e dt h a tc ua n dm gc a n w e l li m p r o v et h ei n t e r f a c ew e t t a b i l i t yo fg r a p h i t ep a r t i c l ea n d a 1m e l tf o rh i g h c o n t e n to fc ua n dm gi nt h ei n t e r f a c e t h eh o tr o l l i n gp r o c e s so ft h es e l f - l u b r i c a t i n gg r a p h i t ep a r t i c l er e i n f o r c e da 1a l l o y m a t r i xc o m p o s i t e sw a ss t u d i e df o rt h em o r eu n i f o r md i s t r i b u t i o no fg r a p h i t e p a r t i c l e si nt h ec o m p o s i t e sa n dt h e m o r ee x c e l l e n t p r o p e r t i e s t h eo p t i m a l h o t r o l l i n gt e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r sa n dt h ep r o c e s sc o n t r o lc r i t e r i o na r ed e t e r m i n e d t h er e s u l ts h o w st h a tt h i sm a t e r i a li sw i t hg o o dp l a s t i c i t y v i c k e r sh a r d n e s so ft h e v r o l l e ds t r i p sb yh o tr o l l i n gi n c r e a s e sb y4 6 ；i t st e n s i l es t r e n g t hi n c r e a s e sb y4 6 a n de l o n g a t i o ni n c r e a s e sb y10 0 c o m p a r e dw i t ht h ec a s t i n gc o m p o s i t e s t h e f r i c t i o nc o e f f i c i e n to ft h er o l l e ds t r i p si sm u c hl o w e rt h a nt h ec a s t i n gc o m p o s i t e si n t h ed r ys l i d i n gw e a r ，a n df u r t h e r m o r et h ef r i c t i o ns t a b i l i t yi sb e t t e rt h a nt h el a t t e r i n c o n t r a s tw i t ha 1 s n 2 0 c ub e a r i n gm a t e r i a l ，v i c k e r sh a r d n e s so ft h er o l l e ds t r i p s i n c r e a s e sb y14 5 ，i t st e n s i l es t r e n g t hi n c r e a s e sb y14 5 ，a n di t s d r yf r i c t i o n c o e f f i c i e n td e c r e a s e sb y21 ，a n di t so i ll u b r i c a t i n gf r i c t i o nc o e f f i c i e n td e c r e a s e sb y 1 6 t h eh o tc l a d d i n gr o l l i n gp r o c e s sw a su t i l i z e dt op r e p a r ef i r s ts u c c e s s f u l l yt h e s e l f - l u b f i c a t i n gb i m e t a la 1 s t e e lc l a d d i n gb e a r i n g m a t e r i a l t h eo p t i m a lp r o c e s s c o n d i t i o n sa r et h a tt h er o l l i n gt e m p e r a t u r ei s4 50 c ，t h er e d u c t i o np e rp a s si s7 0 a n dt h e nt h er o l l e ds t r i p sa r ea n n e a l e da t3 5 0 。c f o rl h a f t e rt h eh o tr o l l i n g ，t h e m e t a l l u r g i c a lb o n d i n gb e t w e e na la n ds t e e l i sr e a l i z e d t h ef o r m a b i l i t yo ft h e s e l f - l u b r i c a t i n gb i m e t a la l s t e e lc l a d d i n gb e a r i n gm a t e r i a lw a sd e t e c t e d t h ea v e r a g e c u p p i n gv a l u eo ft h es e l f - l u b r i c a t i n gb i m e t a la 1 s t e e lc l a d d i n gb e a r i n gm a t e r i a li s 8 7 5 m m i ti si l l u s t r a t e dt h a tt h ed e f o r m i n ga b i l i t yo ft h em a t e r i a li sv e r yg o o d i ti s f i r s ts u c c e e d e dt h a tt h en e wt y p es e l f - l u b r i c a t i n gb e a r i n gp a r ti sp r e p r o d u c t e di n a c c o r d a n c ew i t ht h em a i nb e a r i n go fs h a n g h a iv o l k s w a g e n ss a n t a n ac a r i nc o n t r a s t w i t ht h ea 5 0 0m a d ei na m e r i c a nf e d e r a l m o g u lc o m p a n y , v i c k e r sh a r d n e s so ft h e n e ws e l f - l u b r i c a t i n gb e a r i n gi n c r e a s e sb y9 6 ，i t st e n s i l es t r e n g t hi n c r e a s e sb y12 5 ， a n di t sd r yf r i c t i o nc o e f f i c i e n td e c r e a s e sb y21 ，a n di t so i ll u b r i c a t i n gf r i c t i o n c o e f f i c i e n td e c r e a s e sb y13 t h er e s u l ts h o w st h a tt h eg r a p h i t ep a r t i c l e a 1a l l o y s e l f 1 u b r i c a t i n gb e a r i n gh a sv e r yg o o dm a r k e tp r o s p e c ta n dp o p u l a r i z a t i o nv a l u eb y t h i sp r o c e s s k e yw o r d s ：g r a p h i t ep a r t i c l e ；a l u m i n u mm a t r i xc o m p o s i t e s ；b e a r i n gm a t e r i a l ； i n t e r f a c e ；s e l f - l u b r i c a t i o n ：n o n m e t a l l i ce l e c t r o l e s sp l a t i n g ；s t i rc a s t i n gp r o c e s s ；h o t r o l l i n gp r o c e s s ；m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ；t r i b o l o g i c a lp r o p e r t y ；b o n ds t r e n g t h v 卜 东北大学博士学位论文 目录 目录 独创性声明i 摘要i i a b s t r a c t i v 第1 章绪论l 1 1 轴瓦材料简介1 1 1 1 轴瓦材料种类1 1 1 2 金属轴瓦对性能的基本要求2 1 2 国外金属轴瓦材料的研究状况3 1 2 1 巴氏合金3 1 2 2 铜基轴承合金”3 1 2 3 铝基轴承合金4 1 2 4 自润滑金属基复合材料一7 1 3 国内金属轴瓦材料的研究状况8 1 4 金属轴瓦材料的发展趋势1 2 1 5 铝基自润滑材料的研究状况1 3 1 5 1 铝基自润滑材料简介1 3 1 5 2 材料的选择一1 3 1 5 3 铝基自润滑复合材料的制备方法1 8 1 5 4 目前存在的主要问题与解决方案一2 2 1 6 研究的内容及意义一2 5 第2 章自润滑轴瓦材料的制备与检测方法2 7 2 1 试验原料2 7 2 2 试验主要仪器设备2 8 2 3 自润滑轴瓦材料的制备工艺2 8 东北大学博士学位论文 目录 2 3 1 总工艺流程2 8 2 3 2 石墨粉化学镀铜工艺”2 9 2 3 3 自润滑复合材料熔铸工艺3 2 2 3 4 自润滑复合材料热轧工艺“3 3 2 3 5 自润滑轴瓦材料复合轧制工艺3 3 2 4 试验检测方法3 4 2 4 1 镀铜石墨粉的检测方法3 4 2 4 2 自润滑轴瓦材料的检测方法3 6 第3 章石墨粉表面化学镀铜工艺的研究4 0 3 1 主要工艺参数对镀覆效果的影响4 0 3 1 1 氯化亚锡浓度对镀覆效果的影响4 0 3 1 2 敏化液用量对镀覆效果的影响4 l 3 1 3 硝酸银浓度对镀覆效果的影响4 2 3 1 4 活化液用量对镀覆效果的影响4 3 3 1 5 主盐硫酸铜对镀覆效果的影响一4 4 3 1 6 还原剂锌粉对镀覆效果的影响4 5 3 1 7 分散剂醋酸对镀覆效果的影响4 6 3 1 8 反应温度对镀覆效果的影响4 7 3 1 9 反应时间对镀覆效果的影响”4 8 3 2 镀层质量的电子显微分析一4 9 3 3 镀铜石墨块与铝液的润湿性一5 l 3 3 1 铝基复合材料的界面物理化学特性5 1 3 3 2 镀铜石墨块与铝液接触角的检测5 4 3 3 3 镀铜石墨颗粒浸入铝熔体的热力学分析”5 5 3 4 小结5 8 第4 章石墨颗粒铝合金复合自润滑材料制备工艺的研究6 0 4 1 搅拌工艺参数对石墨含量和分布的影响6 0 4 1 1 搅拌温度对石墨含量和分布的影响一6 0 4 1 2 搅拌速度对石墨含量和分布的影响6 2 东北大学博士学位论文目录 4 1 3 搅拌时间对石墨含量和分布的影响6 4 4 2 添加镁对石墨颗粒铝合金自润滑材料的影响6 5 4 2 1 镁对石墨颗粒含量的影响6 5 4 2 2 镁对石墨颗粒沿铸模轴向分布的影响6 6 4 2 3 不同镁含量复合材料的轴向宏观照片比较7 0 4 2 4 镁对石墨颗粒铝合金复合自润滑材料力学性能的影响7 1 4 2 5 镁对石墨颗粒铝合金复合自润滑材料摩擦性能的影响“7 3 4 3 石墨颗粒含量对自润滑复合材料力学性能的影响7 4 4 4 石墨颗粒含量对自润滑复合材料摩擦性能的影响“7 5 4 5 铸态石墨颗粒铝合金复合自润滑材料的微观结构7 8 4 6 放大试验7 9 4 7 小结8 0 第5 章石墨颗粒铝合金复合自润滑材料轧制工艺的研究8 l 5 1 轧制工艺参数对边裂的影响一8 l 5 1 1 轧制温度对边裂的影响一8 i 5 1 2 道次压下量对边裂的影响8 2 5 1 3 轧带边裂的微观分析8 3 5 2 轧制态石墨颗粒铝合金复合自润滑材料的微观结构8 4 5 2 1 石墨颗粒的变形行为研究一8 4 5 2 2 石墨颗粒与基体合金的界面分析”8 5 5 3 轧制态石墨颗粒铝合金复合自润滑材料的力学性能一8 7 5 4 轧制态石墨颗粒铝合金复合自润滑材料的摩擦性能一8 9 5 4 1 轧制态石墨颗粒铝合金复合自润滑材料的干摩擦性能一8 9 5 4 2 轧制态石墨颗粒铝合金复合自润滑材料的油润滑摩擦性能9 2 5 4 3 轧制念石墨铝基复合材料与铸态复合材料干摩擦性能的比较一9 3 5 4 4 轧制念石墨铝基自润滑复合材料与a i s n 2 0 c u 轴瓦的性能比较一9 5 5 5 小结9 6 第6 章石墨铝合金自润滑轴瓦复合轧制工艺的研究9 7 6 1 轧制工艺参数对复合材料结合效果的影响9 7 东北大学博士学位论文目录 6 1 1 轧制温度对复合材料结合效果的影响”9 7 6 1 2 道次压下率对复合材料结合效果的影响“1 0 0 6 2 热处理工艺对自润滑轴瓦材料铝钢界面的影响1 0 1 6 2 1 热处理工艺对铝钢界面微观结构的影响1 0 1 6 2 2 热处理工艺对铝钢界面元素分布的影响”1 0 2 6 2 3 热处理工艺对自润滑轴瓦材料结合强度的影响”1 0 4 6 3 石墨颗粒铝合金复合自润滑轴瓦材料的变形能力”1 0 4 6 4 石墨颗粒铝合金复合自润滑轴瓦零件的研制”1 0 4 6 5 小结10 5 第7 章结论1 0 7 参考文献10 9 致谢l l7 攻读博士学位期间发表的论文及发明专利118 个人简历119 东北大学博士学位论文 第1 章绪论 1 1 轴瓦材料简介 1 1 1 轴瓦材料种类 第1 章绪论 轴瓦是内燃机中的重要零件之一，其性能与结构不仅影响内燃机的性能、工 作可靠性和寿命，而且影响内燃机本身的结构设计。汽轮机转子工作时，由于其 本身自重较大，加上外加负荷，将产生很大的离心力和轴向推力。特别是当运行 工况发生变化时，还可能产生更大的旋转扭矩和瞬间的轴向推力和反推力，可见， 轴承在工作时的载荷很大。同时，由于转子正常运行时以3 6 0 0 r m i n d 以上的速 度高速旋转，对轴承的耐磨、耐热性提出了很高的要求。滑动轴承常用轴瓦材 料有金属材料、粉末冶金材料和非金属材料三大类，如表1 1 所示。 表1 1 轴瓦材料的种类 t a b 1 1t h et y p e so fb e a r i n gm a t e r i a l s 轴瓦类别轴瓦材料 非金属 塑料类 橡胶 炭石墨 陶瓷 东北大学博士学位论文 第1 章绪论 金属轴瓦的强度、硬度较高，能够在较高载荷和运行速度下稳定工作，但是 多数金属轴瓦需要在润滑条件下工作，当轴承的载荷、转动速度变化过大、润滑 不良时，由于金属轴瓦的自润滑能力很弱，容易造成过度磨损、咬粘或其它损伤 导致轴承失效。 而非金属轴瓦中的塑料和炭石墨轴瓦具有良好的自润滑性能。塑料轴瓦的吸 振性优于金属轴瓦；耐蚀性强；密度小质量轻；但是机械强度不及金属材料，受 温度和湿度的影响尺寸稳定性不好，导热率低。炭石墨轴瓦耐高温，它具有良好 的高温稳定性，耐蚀性强，导热率高，但是与金属轴瓦相比机械强度低。 1 1 2 金属轴瓦对性能的基本要求 金属轴瓦对性能的基本要求体现在以下几个方面【2 3 】： ( 1 ) 摩擦相容性：轴颈与轴瓦直接接触时防止发生粘附和形成边界润滑的性 能。影响摩擦副摩擦相容性的材料因素是：成副材料冶金上构成合金的难易程度： 材料与润滑剂的亲和能力；成副材料在无润滑状态下的摩擦因数；材料的微观组 织；材料的热导率；材料表面能的大小和氧化膜的特性。 ( 2 ) 嵌入性：材料允许混入润滑剂中的硬质颗粒嵌入而防止刮伤和磨粒磨损 的能力。对金属材料而言，硬度低和弹性模量低者，嵌入性就好。 ( 3 ) 磨合性：在轴颈与轴瓦的磨合过程中，减小轴颈或轴瓦的加工误差、同 轴度误差、表面粗糙度参数值，使接触均匀，从而降低摩擦力、磨损率的能力。 ( 4 ) 摩擦顺应性：材料靠表层的弹塑性变形补偿滑动摩擦表面初始配合不良 和轴的 ( 5 ( 6 瓦材料 性、嵌 ( 7 性物质 此，轴 东北大学博士学位论丈第1 章绪论 1 2 国外金属轴瓦材料的研究状况 1 2 1 巴氏合金 从18 3 9 年美国人jb a b b i t t 发明巴氏合金1 4 , 5 用做轴承材料至今已有17 0 年之久，是内燃机应用较早的轴承材料，因其呈白色，又称白合金。这类合 金组织特点是在软相基体上均匀地分布着硬相质点，巴氏合金