铜粉对半金属摩擦材料摩擦学性能的影响

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Effect of Copper Powder on Tribological Behavior of Semimetal Friction M eterialDing Xu，Chen Jie，Huang Zhi，Sun Lihua(Colege ofMechanicalEngineeringofGuizhouUniversity，Guiyang 550025，China)Abstract：Semimetal friction material containing diferent content of copper powder was prepared by using directly mixedmethod.Efects ofcopper p6wder content on tribological behavior were studied by using friction tester，morphologies ofwear surfacewere observed，and wear mechanism was analyzed.The results show that by adding copper powder，friction coefficient at mediumand high temperature is rising，heat fading and stability ofmaterial are improved，wear rate at medium temperature is reduced.Whenthe content of copper powder is 3% .the tribological behavior of semimetal friction material is best。

Keywords：copper powder；semimetal friction material；tribological property目前，半金属摩擦材料是我国国内发展最为迅速、运用最为广泛的-类无石棉化汽车摩擦材料，其具备较好的热稳定性和耐磨性、较强的抗热衰退能力，以及优良的恢复性等特点[1]。

铜粉由于其优良的特性，常用于粉末冶金摩擦材料中[2-3]，而在半金属摩擦材料中的运用还很少。

铜具有高导热性、良好的塑性，以及增韧和耐磨等优点[4]，但铜污染也渐渐被人们关注，美国环保部门逐渐限制了铜在摩擦片中的使用，到2021年制动材料中铜含量不超过5%[5。为了改善半金属摩擦材料的摩擦学能力，笔者选用钢纤维作为主要增强材料，酚醛树脂与粉末丁腈橡胶共混作为粘结剂，添加适当摩擦调节剂和少量铜粉，制备出了铜粉改性的半金属摩擦材料，并测试了其摩擦磨损性能，分析了铜粉含量对半金属摩擦材料的性能影响。

1 实验部分1.1 原材料酚醛树脂：PF-6530A，流动度 33～53 ini1，圣泉化工股份有限公司；粉末丁腈橡胶：细度 40目(420 m)，衡水瑞恩橡塑科技有限公司；钢纤维：长径比为 40-80，大亚金属纤维有限公司；铜纤维：长度为 1-100 1/1/1，顾鼎金属磁材有限公司；铜粉：200目(75 m)的铜锡 l0粉，牌号为QSnl0，北京兴荣源有限公司；非石棉复合纤维：多瓣的细丝，单丝纤度为0.30.1，三和工程纤维厂；泡沫铁粉：松密度 1.8-2.0，细度40-120目(420～125 rn)，北京金科复合材料有限公司；重晶石粉：细度 325目(44 m)，三江矿粉厂；蛭石：细度 16～40目(1 180～420 m)，金利矿业有限公司；氮化硼：细度300目(50 m)，北京兴荣源有限公司；硫化锑：细度 325目(44 m)，上海齐治化工联系人：丁旭，副教授 ，硕士生导师，主要从事材料及成型方面教学及科研工作收稿日期：2013-05-10丁旭，等：铜粉对半金属摩擦材料摩擦学性能的影响 79有限公司。

1.2 主要设备及仪器定速式摩擦试验机：Xd.msm型，咸阳新益摩擦密封材料设备研究所；热压机：Y71-170T型，华大液压机械厂；干燥箱：DHG-9035A型，上海-恒科学仪器有限公司；热处理烘箱：XS-HD型，常德市仪器厂；电子天秤：AL204型，上海美特勒-托利多仪器有限公司；砂轮机：$3SL-250型，上海砂轮机厂；扫描 电子显微镜 (SEM)：JSM-6490LV型，日本电子公司。

1.3 试样制备试验以自制的摩擦材料为基础配方 ，利用单因素法调节铜粉含量，具体配方详见表 1。

表 1 试样配方 %b2 15 2 11 3 6 1 余量b3 15 2 11 3 6 3 余量b4 15 2 11 3 6 5 余量其中酚醛树脂和丁腈作为粘结剂，钢纤维、铜纤维和非石棉纤维等作为增强纤维，铜粉、氮化硼和硫化锑等矿物粉作为摩擦调节剂，采用干法生产工艺制备试样，工艺流程如图l所示。根据表 1配方，采用天平称取原材料，将称取的原材料 f不含酚醛树脂)在干燥箱中于80o温度干燥30 min，再采取直接混合法在混料机中进行混料。然后将混合后的复合材料经热压机在温度 180℃、压力约 20 MPa下热压固化成型，保压时间为 8～9 min；在保压过程中释放 3次压力，间隔时间约为 5 S。最后在加热箱中进行热处理获得摩擦材料样品。热处理的具体工艺过程是 120℃保温 60 min，140c保温60 min，170C保温240 min。

称料-- l干图 1 试样制备工艺流程1.4 摩擦学性能测试根据 GB 5763-1 998在定速式摩擦试验机上进行摩擦磨损试验，试样尺寸为25 mln×25 I/lTI×f5- 7)mlil。对 偶 材 质 选 择 HT250钢 (硬 度 为HB209)，压紧力为 0.98 MPa，转速为 480～500 r/min，温度以50%为间隔，从 1o0cC升到350%，每个设定温度下旋转5 000 r，在间隔温度时记录试样的磨损率和摩擦系数，升温试验结束后将摩擦盘的温度从300 oC降至 100℃，以考察摩擦材料的恢复性能。

以稳定系数 伉 (摩擦系数平均值 。与摩擦系数最高值 之比)来表征材料的热衰退性能，即：，y ： (1) m ax采用恢复系数 (各温度点在升温过程中的摩擦系数 (fa娴和降温过程的摩擦系数 Ti( 。 )之差的绝对值平均数倒数)来作为恢复性能的考察参数，即： - - - - - - - - - - - - (2)㈨ 岍 I2 结果与讨论2.1 摩擦系数图 2示出不同试样升温时的摩擦系数趋势曲线。从图2可以看到，铜粉对半金属摩擦材料的摩擦系数有着明显的影响。未添加铜粉的b1试样在250℃时摩擦系数骤降，过后摩擦系数又缓慢回升。

在 200oC以后，bl试样的摩擦系数几乎都要低于其余3种试样，因此可以得出，铜粉可以提高摩擦材料制品在中温以及高温的摩擦系数。添加了铜粉的3种试样的摩擦系数差别不大，总体变化规律不是很明显。

辎岱温度 /℃图2 不同试样升温时的摩擦系数2.2 稳定性能和恢复性能图3示出不同试样的稳定系数和恢复系数与铜粉含量的关系。由图3可以看到，当铜粉质量分数为5%时稳定性最好，铜粉质量分数为 1%和3%时稳定系数几乎无差别，不含铜粉时稳定性最差。说明铜粉可以有效改善半金属摩擦材料的稳定性，并丁旭，等：铜粉对半金属摩擦材料摩擦学性能的影响 8 1帝斯曼推出汽车管道用高性能热塑性共聚酯弹性体近日，全球领先的生命科学与材料科学公司帝斯曼推出AmitelC系列 CM622，-种用于高热环境汽车管道与软管的材料。

汽车行业正努力在不影响安全与舒适的基础上提高车辆的燃油效率并减少有害物质排放，因此出现了-些关键的发展趋势，其中包括对车身各部分进行精简。精简的结果之- 是安装空间的减少和相应部位温度的大幅升高，这就需要使用性能更优秀的材料，或直接采用价格昂贵的隔热层。

凭借汽车领域的丰富经验和高性能材料方面的深厚知识，帝斯曼将 缤纷科技”的理念运用到Arnitel。C热塑性共聚酯弹性体的开发中。这款新材料的性能超越了PAl2，PAl1，PA612，PA610，PAl010，PAl012及许多其它高耐热性的柔性材料，并已成功应用于车辆的真空制动管。

Arnitel。C材料非常柔软，而且不含增塑剂。这款创新产品性能极佳，既可承受低温，也可承受高达225℃的温度，且耐热老化性能出众，能满足车辆对引擎盖下管道材料提出的各种严格标准。

Amite。C可在标准挤出设备中进行加工，并且无需添加增塑剂即可具备出色的抗老化性能、峰值性能、力学强度以及最佳的柔韧性。在当今汽车行业的精简和功能集约化趋势下，Amitel C由于无需使用隔热层并能提供更大的设计自由而作出了巨大贡献，它节省了安装空间、降低了车身重量并减少了总成本。

帝斯曼特种挤出材料全球业务经理Paul Habets表示：当我们向客户介绍这种新材料时，他们通常不相信柔韧性这么好的产品会具有这么高的热性能。所以当我们邀请他们对这款材料进行测试时，他们常常都大吃-惊。”他补充道：帝斯曼与汽车行业密切合作有超过 25年的历史。Amitel C的诞生能够帮助我们提供可持续的解决方案。由于它不含增塑剂并且完全可回收，因而降低了我们的碳足迹，并且有望降低成本。” (PUWORLD1SABIC推出新型耐冲击聚合物据沙特基础工业公司(SABIC)官网消息，日前，公司推出了新款耐冲击级聚丙烯(PP)共聚物PP77MK40T，该产品创下了同类产品首个在当地生产的先例，将快速打人中国市常SABIC亚太区聚合部 PP总监林致菖表示：顾客越来越倾向于经济型、实用型并且耐用环保的产品。”据介绍，PP77MK40T采用 Spherizone多区循环反应器工艺制造。该技术赋予 PP77MKu40T卓越的色牢度和出色的耐冲击性，即使在低温下表现也毫不逊色。该物质内在的固有强大张力使它拥有更有利的强度质量比，这使得产品及半成品能够在不降低强度的情况下缩旭度及质量并得以生产。由此，生产所需的原材料减少，降低废弃物的产生及对环境的影响。

PP77MK40T适合用来生产庭院家具、家居用品、电池壳、集装箱、玩具、板条箱和盒子等。 (慧聪网)