无铅含WS2铜—钢双金属固体自润滑材料的制备及其摩擦学性能研究

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在特殊工况条件下,传统润滑油、脂不能满足使用要求,而固体自润滑显示了独特的优越性。现市场上的铜基固体自润滑复合材料多含铅,为满足绿色环保和国际禁铅令的需求,实现铜基自润滑轴承材料的无铅化,本课题采用CuSn8Ni3为基体,采用粉末冶金松装烧结方法制备含WS2的铜-钢双金属无铅固体自润滑材料,并研究含WS2铜-钢双金属固体自润滑复合材料的制备工艺,探讨WS2在材料中的烧结行为,研究此类材料在湿式和干式摩擦工况下的摩擦磨损行为及机理,其研究结果为进一步实现铜基固体自润滑材料的无铅化提供理论依据。研究表明:  (1)采用粉末冶金松装烧结工艺可制备新型铜基无铅固体自润滑材料,材料的制备工艺流程包括:铺粉-初烧-初轧-复烧(退火)-精轧-校平。具体烧结工艺:初烧温度820±10℃,保温时间25~35min,复烧温度为800±10℃,保温时间为15~30min。  (2)烧结过程中,原料WS2会与铜合金基体反应形成铜的硫化物和W等新相,烧结过程S元素不发生损失。随WS2含量增加,材料初烧后孔隙度逐渐增加,硬度降低。轧制复烧能提高材料的强度和硬度,同时生成相W在材料中起到强化作用。  (3)WS2含量对铜基无铅固体自润滑材料的摩擦磨损性能有重要影响,在湿式和干式摩擦状态下,材料的润滑实质不同,湿式润滑条件下润滑油膜的形成对材料的润滑起主要作用,而干式摩擦条件下WS2对材料摩擦磨损性能的影响转化为生成相W和铜的硫化物对材料摩擦磨损性能的影响,结果表明其含量过高或过低均不利于材料的减摩耐磨性能,当WS2含量为3wt%时,材料的摩擦系数达到最小,材料的耐磨擦性能也达到最佳值。  (4)对比粉末冶金松装烧结工艺制备的含3wt%WS2的新型铜基固体自润滑试样与CuSn10Pb10轴瓦材料在同一摩擦条件下的摩擦磨损性能可知,新型铜基固体自润滑材料的摩擦磨损性能与CuSn10Pb10基本相当,其干摩擦磨损性能超过CuSn10Pb10轴承材料。
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