文档介绍：南京航空航天大学
硕士学位论文
Al、Zr对Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料组织和性能的影响
姓名:杨明
申请学位级别:硕士
专业:材料加工工程
指导教师:刘子利
2011-03
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
铁基摩擦材料因其耐高温性能好、承载能力强以及价格便宜的优点而得到广泛应用,但其
与铁质对偶摩擦时极易发生粘着,容易拉伤对偶表面。相比与铁质对偶件来说,铜基摩擦材料
较为平稳且耐磨性好,但铜的价格比较高,本文以 Fe-18Cu 合金为基体,通过添加 Al、Cu-10Al、
Zr 强化基体,利用粉末冶金的方法制备了材料。通过运用光学显微镜、XRD、SEM 等测试研
究并探讨了材料强化后的微观组织、摩擦磨损性能以及磨损机理,结果表明:
本研究材料的组织中有 Fe-18Cu 相、SiO2、石墨,添加强化元素前,基体组织颗粒较大,
组织中孔隙分布不均匀,致密度较低。
Al 元素的添加量为 0%~3%,添加 Al 后材料的显微组织有 AlCu4 新相生成,基体组织得
到细化,且晶粒分布均匀。随着 Al 含量的增加,材料力学性能不断提高,其中含铝 2%时材料
的力学性能最佳,抗压强度为 368Mpa,硬度为 ;材料的摩擦因数随 Al 含量和转速的增
加先上升后下降,Al 含量为 3%时,材料的磨损以粘着和犁削为主。
同时增加材料中 Cu 和 Al 的含量,在材料添加 Cu-10Al 中间合金, Cu-10Al 含量为 0%~
12%,添加 Cu-10Al 后,材料的显微组织有 Fe3Al 新相生成,材料的晶粒细化,致密度提高。
随着 Cu-10Al 含量增加,材料的抗压强度和硬度先上升后下降,含 Cu-10Al 为 8%时材料的抗
压强度和硬度最高分别为 377MPa,102HB;材料的摩擦性能在 500r/min 时,材料的摩擦系数
随 Cu-10Al 含量的增加而增大,以第三体对材料基体的切削作用为主; 1500r/min 时,材料的
摩擦系数在 Cu-10Al 含量为 8%时出现最低值 ,以疲劳磨损和氧化磨损为主;转速为达到
3000r/min 时,材料的摩擦系数随 Cu-10Al 含量的增加先降低后升高,材料以磨损磨粒磨损、氧
化磨损为主同时包括少量疲劳磨损。
Zr 元素的添加量为 0%~2%,添加锆后材料基体中有 FeZr3 新相生成,晶粒细化,孔隙率
下降,随着 Zr 含量的增加材料的抗压强度先上升后下降,其中含 1%Zr 摩擦材料的抗压强度和
布氏硬度最高,分别为 383MPa,103HB。材料的摩擦性能当转速为 500r/min 时,摩擦系数随
Zr 含量得增加而减小,材料主要以磨粒磨损为主。当转速为 1500r/min 时,材料主要以氧化磨
损为主,并掺杂少量磨粒磨损。当转速为 3000r/min 时,材料磨损以氧化磨损为主,同时包括
磨粒磨损及疲劳磨损。
关键词:Fe-18Cu 基摩擦材料;粉末冶金;摩擦系数;摩擦磨损

I
Al、Zr 对 Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料组织和性能的影响
Abstract
Due to its high temperature performance, carrying capability and low cost, iron-based friction
material is widely used. But its dual friction with the iron pair is prone to adhesion and easy to strain
the dual surface. Compared with the iron pair, the copper-based friction pair works relatively stable
and has good wear resistance with a little high price. This article studies the matrix Fe-18Cu prepared
by powder metallurgy, which is added with Al, Cu-10Al and Zr to strengthen. By using optical
microscopy, XRD, SEM to study and discuss the material microstructure after strengthened, friction
and wear performance, wear