Cu基粉末冶金摩擦材料激光表面改性研究.pdf

1、論文針對(duì)我國(guó)現(xiàn)生產(chǎn)的大負(fù)載濕式 Cu 基粉末冶金摩擦片性能遠(yuǎn)不能滿足新型傳動(dòng)裝置對(duì)摩擦材料的要求，存在著摩擦系數(shù)低，磨損嚴(yán)重，許用熱負(fù)荷低等缺點(diǎn)的問(wèn)題，充分利用激光表面改性技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，提出銅基粉末冶金摩擦材料激光表面改性處理方法。 本文研究的對(duì)象是我國(guó)現(xiàn)生產(chǎn)的大負(fù)載銅基粉末冶金摩擦片成品樣件，采用寬帶激光束對(duì)摩擦材料進(jìn)行激光表面改性處理。在溫度場(chǎng)數(shù)值模擬分析和基礎(chǔ)工藝研究的基礎(chǔ)上，借助掃描電鏡、透射電鏡、能譜儀、X射線衍射儀

2、、顯微維氏硬度計(jì)、布氏硬度計(jì)及摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)等儀器設(shè)備，對(duì)銅基粉末粉末冶金摩擦材料的微觀組織形貌、硬度、密度及干滑動(dòng)摩擦磨損特性進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究與分析。最后通過(guò)離合器摩擦元件動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)臺(tái)對(duì)激光表面改性處理和未處理的銅基粉末冶金摩擦片進(jìn)行了對(duì)比考核試驗(yàn)。 利用非線性瞬態(tài)熱傳導(dǎo)微分方程，建立了Cu 基粉末冶金摩擦材料激光表面熱處理數(shù)學(xué)模型。并基于物理過(guò)程分析，利用 ANSYS進(jìn)行了溫度場(chǎng)數(shù)值模擬，獲得了縱向斷面溫度場(chǎng)分布云圖及

3、表面溫度分布曲線。 基礎(chǔ)工藝試驗(yàn)結(jié)果表明，Cu 基粉末冶金摩擦材料激光表面改性處理后，粉末冶金層的微觀結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生明顯的變化。在激光功率 1.3kW、掃描速度為150mm/min 條件下激光表面改性后的Cu基粉末冶金摩擦材料中Cu的晶格常數(shù)略微增大，增大約 0.54‰。聚合生長(zhǎng)狀態(tài)的α-Cu 產(chǎn)生邊緣溶解，大塊聚合態(tài)α-Cu 細(xì)小化。在α-Cu 內(nèi)部形成了大量的納米晶。激光表面改性處理后 Cu 基粉末冶金摩擦材料層密度提高了6

4、％，硬度提高 12.7％，耐磨性能提高 45％，摩擦系數(shù)增加 1％。 摩擦元件動(dòng)態(tài)性能測(cè)試結(jié)果表明，激光表面改性處理后的 Cu 基粉末冶金摩擦片靜摩擦系數(shù)由原始未處理狀態(tài)的 0.136提高到0.146，提高了7.4％，動(dòng)摩擦系數(shù)由 0.065提高到 0.071，提高了9.2％，摩擦系數(shù)隨速度變化影響小，摩擦系數(shù)穩(wěn)定；摩擦片磨損量由原始未處理狀態(tài)的0.009mm下降到0.006mm，降低了33％，磨損率由6.49×10<'-15>

5、m<'3>/J下降到3.27×10<'-15>m<'3>/J，降低了49.6％，激光表面改性處理提高了銅基摩擦片的耐磨性能；摩擦片許用熱負(fù)荷值由原始未處理狀態(tài)的3.33升高到4.67，提高了40％，銅基粉末冶金摩擦片的耐熱性能得到明顯的改善。 文中還從微觀角度和宏觀角度對(duì)上述變化進(jìn)行了系統(tǒng)地分析。包括α-Cu聚合體邊緣溶解機(jī)理，納米晶體形成機(jī)理，燒結(jié)致密化機(jī)理，摩擦材料的摩擦磨損機(jī)理等。由粉末冶金摩擦材料成份的復(fù)雜性和激光表面改