烧结压力对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响

　　摘 要：采用直热式热压烧结法在不同烧结压力下制备铜基粉末冶金摩擦材料。对材料的物理及力学性能、摩擦磨损性能进行测试。结果表明：随着烧结压力的增加，材料的密度和强度增大，气孔率下降，材料的摩擦系数和磨损量减小。当烧结压力为 25MPa 时，材料的综合性能较好，烧结压力超过 25MPa 后，材料性能无明显提高。

　　王晓阳， 科学技术创新 发表时间：2021-08-12

　　关键词：烧结压力;微观组织;摩擦性能

　　1 概述

　　随着我国高速铁路的迅猛发展，对高速列车闸片材料的性能要求日益提高。在高速列车制动闸片领域粉末冶金制动闸片是应用技术最成熟、最广泛的材料[1- 2]。因此，有必要对粉末冶金制动闸片材料的烧结工艺进行优化。高铁闸片材料的烧结行为十分复杂，其中烧结压力是关键的因素之一[3- 5]。本文讨论了烧结压力对材料的物理和力学性能以及摩擦性能的影响规律，为铜基粉末冶金摩擦材料的研制和生产提供理论依据。

　　2 实验方法

　　摩擦材料的成分配比如表 1 所示。按表 1 将各组分加入少量丙三醇为黏结剂后均匀混合，用直热式烧结炉中在 600℃保温 20min。

　　3 结果与讨论

　　3.1 烧结压力对摩擦材料物理和力学性能的影响

　　不同烧结压力下，材料的物理和力学性能如表 2 所示。由表可知，当烧结压力为 20MPa 时，材料的密度和强度较低，气孔率较高。烧结压力增加到 25MPa，材料的密度和强度随着压力的增加而增大，气孔率下降。烧结压力继续增加时，材料的性能变化不大。

　　3.2 烧结压力对摩擦材料摩擦磨损性能的影响

　　图 1 为材料摩擦后的表面形貌。由图可知，在烧结压力为20MPa 时，摩擦表面较粗糙，存在较深的犁沟和凹坑;随着烧结压力的增加，表面犁沟深度变浅，凹坑减少，摩擦表面膜相对光滑平整。

　　材料的制动性能和密度随烧结压力的变化如图 2 所示。由图可知，随着烧结压力的增加，材料的摩擦系数降低，磨损量减小，烧结压力从 20MPa 提高到 25MPa，摩擦系数和磨损量变化幅度较大，分别下降了 5.7%和 9.6%，但超过 25MPa 后变化不明显，降幅不到 1%。

　　当烧结压力为 20MPa 时，材料的气孔率较高，强度较低，在摩擦过程中，易造成硬质颗粒和石墨的破碎和脱落，使摩擦面的相互啮合作用增强，材料的摩擦系数较高，对偶面间得不到表面膜的保护使磨损量较大。当烧结压力为 25MPa 时，材料的密度增大，强度提高，摩擦表面形成光滑平整的表面膜，啮合作用减小，材料的摩擦系数减小，磨损量降低。烧结压力为 30MPa 时，材料的密度、力学性能和摩擦表面状态与烧结压力 25MPa 相比没有显著变化，造成其摩擦系数和磨损量无明显差异。

　　4 结论

　　4.1 随着烧结压力的增加，材料的密度和强度增大，气孔率下降，摩擦系数和磨损量减小，烧结压力从 20MPa 提高到25MPa，摩擦系数和磨损量变化幅度较大，分别下降了 5.7%和 9.6%，但超过 25MPa 后变化不明显，降幅不到 1%。

　　4.2 当烧结压力为 25MPa 时，材料的综合性能较好，烧结压力超过 25MPa 后，材料性能无明显提高。