摩擦材料工程设计方法课件.ppt

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1、第四章摩擦材料工程设计方法概述本章以烧结摩擦材料为例，介绍一下摩擦材料工程设计的基本方法和思路。烧结摩擦材料是用烧结方法制造的、具有合适摩擦系数和高耐磨性能的金属材料或金属和非金属的复合材料。根据作用效果不同，烧结摩擦材料又分为减摩材料和耐磨材料两种，其中减摩材料具有良好的自润滑性能，能在缺油甚至无油润滑的干摩擦条件下，或在高速、高载荷、高温、高真空等极限润滑条件下工作，因而应用范围比一般铸造金属或塑料减摩材料广泛，除大量用作滑动轴承外，还广泛用作导轨、活塞环、密封环、电器的滑动零件等；而耐磨材料则广泛应用于一些耐磨环境中，如制动器、汽缸及其它一些需要耐磨的工况中。1材料中

2、组元的分类烧结摩擦材料是一种含有金属和非金属多种组分的假合金，在一定程度上可将这些组分分为三类：基体组元：形成材料基体并促进形成一定的物理——机械性能的组元。烧结材料的这类组元具有金属属性，一般为金属(铜、铁、镍)的合金。抗卡剂（固体润滑剂或者摩擦稳定剂）：调节粘结程度的组元，它们能减小或完全消除粘结和卡滞，促使摩擦平稳，减小表面磨损。石墨、钼、铜、锌、钡、铁等的硫化物，氮化物及低熔点纯金属(铅、铋，锡、锑等)。摩擦剂：调节机械相互作用大小的组元。属于这类组元的有：硅、铝、铬的氧化物、碳化硅和碳化硼，矿物性的复杂化合物(石棉、莫来石、蓝晶石、硅灰石)等。孔隙？2形成金属基体

3、的组元烧结摩擦材料的强度、耐磨性和耐热性在很大程度上取决于基体的组织结构、物理和化学性质。作为工作面的金属基体，在摩擦时发生变形及磨损产物的进一步破坏。此外，由于摩擦所产生的热要经过金属基体传导出去，金属基体应保持住摩擦剂和润滑剂的颗粒。发展：铜→铜合金→铁基→铁合金基→钨、钼、铌基铜：散热性好，易于压制，易烧结；但摩擦系数高。铜锡合金：强化铜，强度，硬度↑，改善耐热性以及摩擦特性。铜︰锡：9︰1。含锡6-8%的摩擦盘的磨合性能最好，总磨损量最小铜铝合金：强度↑，耐热强度↑，可有效提高铜与钢粘结力。铝含量为7-10%。铁基：熔点高，强度、硬度、塑性、耐热强度和抗氧化性高，易

4、于压制和烧结，而成本低。但易粘接。铁合金：塑性↓，强度、屈服极限和硬度↑，耐热强度和抗氧化性↑。要求：强化和提高基体耐磨性能；提高耐热强度；改善摩擦表面的导热；采用价廉易得的金属代替贵重稀缺的金属。3起固体润滑剂作用的组元有很多物质，将它们加入摩擦材料可改善抗卡滞性能，提高材料的耐磨性。金属中有铅、铋、锑等低熔点金属；非金属有石墨、二硫化钼、二硫化钨、硫化亚铜、某些金属的磷化物(铜、镍、铁、钴)、氮化硼、滑石、某些氧化物，铁基材料中还有硫酸钡、硫酸亚铁等。广泛应用：层状结晶构造易熔金属润滑机理：工作中以薄膜状态分布其上，材料的接触面积大小及其承压能力，基本上由材料中强度大的

5、合金组分(金属基体)的硬度来确定，而材料接触面的抗剪强度，也就是摩擦力，基本上取决于材料中软组分的强度。无润滑摩擦：当摩擦表面温度超过易熔金属熔点时，这些金属便熔化并在摩擦表面形成润滑薄膜。薄膜降低了摩擦系数，结果也降低了表面温度(所谓自调节原理）。摩擦表面温度降低．熔融金属又重新凝固，使得摩擦系数提高到原有水平。润滑摩擦：由于温度低、边界层的局部地方有剪切变形及摩擦偶件不直接接触，所以摩擦表面上只出来少量的铅。金属皂：大大改善了矿物油的润滑能力和抗高温粘附性。层状结晶构造的固体润滑剂润滑机理：多种理论：最普遍的一种理论是基于以下的假定，即固体润滑剂的微粒对金属(合金)存在

6、有粘附作用及在润滑剂晶体中，原子间或分子间结合力和各个层之间的结合力存在着差别。石墨晶体的原予间或二硫化钼，氮化硼的分子间存在有强健(共价型或离子型)，但在石墨各个原子层之间或在二硫化钼和氮化硼的各个分子层之间的结合却减弱为几分之一，这种结合对石墨来说属于金属键，对二硫化钼来说，可能具有范德华力的特性。在二硫化钼晶体中，由钼与硫相结合的结晶层相联结。而在氮化硼晶体中由氮原子层相联结。由于层与层之间相对位移所必需的切向应力不大，因而摩擦系数是低的。另一理论认为，石墨的润滑作用是由于石墨吸附了能润滑的水蒸汽。真空下对摩擦所进行的一系列研究证实了这一理论，研究结果证明，在真空下，

7、水蒸汽和气体从石墨表面解吸，其摩擦系数将显著增加。与石墨相反，二硫化钼在真空下摩擦系数最小，而在有空气，水蒸汽和其它气体存在下摩擦系数增加。基费尔和霍拓普认为，石墨的作用首先在于它填充了工作零件表面上的微观凹穴。此外，石墨(按杜宾林的意见）能吸收在摩擦过程中所产生的电晕放电和火花放电，减少了摩擦表面的破碎，因而减少了磨损。选择固体润滑添加剂注意事项：添加剂的原始性能；摩擦过程中添加剂在材料表层中所起的作用；材料在摩擦过程中的摩擦性能取决于材料的组织，相组成和化学成分、形成的工作膜的强度及其与基体金属(合金)间的粘附