CO_2激光表面改性处理对重载荷铜基粉末冶金摩擦片组织及性能的影响.pdf

第 4 6卷第 9期 2 01 0 年 5 月 机械工程学报 J OURNAL OF MECHANI CAL ENGI NEERI NG Vo 1 ． 4 6 N O． 9 M a y 2 01 0 DoI l 0 ． 39 0 1 ， J M E． 20 1 0 ． 0 9 ． 1 2 6 C O 2 激光表面改性处理对重载荷铜基粉末 冶 金摩擦片组织及-II,土／4 - ／月． 匕 的影响 石 岩 张 宏徐春鹰 f 长春理工大学机电工程学院长春 1 3 0 0 2 2 摘要 针对重载荷铜基粉末冶金摩擦片对动态性能的更高要求， 采用宽带激光束对摩擦片铜基粉末冶金摩擦材料层进行激光 表面改性处理研究。采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪及硬度计等分析、测试仪器对粉末冶金摩擦材料层微观组织及 性能进行表征，采用离合器摩擦元件动态性能试验 台对摩擦片动态性 能进行测试 。结果表 明，宽带激光表面改性处理后 ，铜 基粉末冶金摩擦材料层的微观结构发生明显的变化，摩擦片的动态性能得到显著改善。 聚合生长状态的 旺 - C u产生边缘溶解， 大体积聚合态 a - C u细小化；在 a ． C u相内部生成了大量的纳米晶体；铜基粉末冶金摩擦材料层密度提高了 6 ％，表观硬度提 高了1 2 ． 7 ％，a ． C u相显微硬度提高了I 4 ％；摩擦片静摩擦因数提高了7 ． 4 ％，动摩擦因数提高了9 ． 2 ％，磨损量降低了3 3 ％， 磨损率降低 了4 9 ． 6 ％，许用 热负荷值提高 了 4 0 ％。 关键词 激光表面 改性摩擦片摩擦材料粉末冶金铜基粉末微观组织动态性能 中图分类号T Gl 5 6 ． 9 9 Ef f e c t o f CO2 La s e r Su r f a c e M o d i fic a t i o n O R t h e M i c r o s t r u c t u r e a nd Pr o pe r t y o f H e a v y Lo a d Co p pe r - b a s e d Po wd e r M e t a l l ur g y Fr i c t i o n P l a t e s S HI Ya n ZHANG Ho ng XU Ch u n y i n g C o l l e g e o f E l e c t r o me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， C h a n g c h u n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , C h a n g c h u n 1 3 0 0 2 2 Ab s t r a c t T h e c o p p e r --b a s e d p o wd e r me t a l l u r g y f r i c t i o n p l a t e s a r e tr e a t e d b y b r o a d -b e a m l a s e r ． T h e mi c r o s t r u c t u r e a n d h a r d n e s s o f t h e p o wd e r me t a l l urg y f r i c t i o n ma t e r i a l l a y e r a r e c h a r a c t e r i z e d b y u s i n g s c a n n ing e l e c t r o n mi c r o s c o p e ，t r an s mi s s i o n e l e c tro n mi c r o s c o p y , e n e r g y d i s p e r s i v e s p e c tro me t e r ， X- r a y d i ffr a c t i o n a n d h ard n e s s t e s t e r ． T h e p e r f o r ma n c e s o f t h e c o p p e r - b a s e d p o wd e r me t a l l ur g y f r i c t i o n p l a t e a r e t e s t e d b y u s i n g t h e c l u t c h f r i c t i o n e l e me n t d y n a mi c p e r f o r ma n c e t e s t e r ． Th e r e s u l t s s h o w t h a t a f t e r t h e l a s e r s u r f a c e mo difi c a t i o n t h e 0 【 一 Cu a g g r e g a t e O C C ur S e d g e d i s s o l v e d a n d t h e l a r g e a g g r e g a t e s o f q Cu a r e d i s me mb e r e d t o s ma l l ma s s ． in t h e Ⅱ 一 Cu a g gre g a t e the n an o c r y s t a l s a r e d i s c o v e r e d ．An d t h e l a y e r d e n s i t y o f fri c t i o n ma t e r i a l i n c r e a s e s b y 6 ％ ．t h e a p p are n t h a r dn e s s i n c r e a s e s b y 1 2．7 ％． t h e mi c r o h a r d n e s s o f t h e c L Cu i n c r e a s e s b y 1 4 ％． An d f o r t h e fri c t i o n p l a t e t r e a t e d b y l ase r s u r f a c e mo d i fi c a t i 0 n ， the s tati c f r i c t i o n c o e ffi c i e n t i n c r e a s e s b y 7 ． 4 ％， t h e k i ne t i c fri c t i o n c o e ffic i e n t i n c r e a s e s b y 9 ． 2 ％， the we a r l o s s r e d u c e s b y 3 3 ％， t h e we ar r a t e r e d u c e s b y 4 9 ． 6 ％ ， t h e a l l o wa b l e h e a t - l o a d v a l u e i n c r e a s e s b y 4 0 ％．T h e p e r f o r ma n c e s o f t h e c o p p e r - b a s e d p o wd e r me tal l u r gy f r i c t i o n p l a t e a r e i mp r o v e d o b v i o u s l y b y l a s e r s urf a c e mo d i fi c a t i o n ． K e y wo r ds Lase r s u r f a c e mod i fic a t i on Fr i c t i on pl a t e Fric t i o n ma t e ria l Powde r me t a l l u r g y Co p p e r b a s e d p o wd e r M i c r o s t r u c t u r e D a mi c p e rfo r ma n c e 0 前言 铜基粉末 冶金摩擦片是摩 擦式离合器与制动 2 0 0 9 0 6 2 8收到初稿，2 0 0 9 1 2 2 3收到修改稿 器中的关键部件。 目前随着机器、机构的动力、速 度及负荷在迅速增大， 对摩擦材料的要求不断提高。 现有的重载荷大扭矩湿式铜基粉末冶金摩擦片性能 不能满足新型传动装置对摩擦材料的要求 ，存在着 摩擦因数低 ，磨损严重，耐热系数低等缺点，国内 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年 5月 石岩等C O 2 激光表面改性处理对重载荷铜基粉末冶金摩擦片组织及性能的影响 1 3 1 【 6 】Ko VAC I K J ，E MME R S ，B I E L E K J ，e t a 1 ． E ff e c t o f c o mp o s i t i o n o n f r i c t i o n c o e ffic i e n t o f Cu - g r a p h i t e c o mp o s i t e s [ J ] ． We a r ，2 0 0 8 ，2 6 5 3 4 1 4 1 7 - 4 2 1 ． 【 7 】XI O NG Xi a n g ，C HE N J i e ，YA O P i n g p i n g ． F ri c ti o n a n d we a r be ha vi o r s a nd me c ha ni s m s of Fe a n d Si O2 i n C u - b a s e d P ／ M fr i c t i o n ma t e r i a l s [ J ] ．We a r， 2 0 0 7， 2 6 2 9 - 1 0 1 1 1 8 2 1 1 8 6 ． [ 8 ]MOUS T AF A S F ， E L B AD R Y SA， S ANA DAM， e t a 1 ． F ric t i o n a n d we a r o f c o p p e r - g r a p h i t e c o mp o s i t e s ma d e wi t h C u - c o a t e d a n d u n c o a t e d gra p h i t e p o w d e r s [ J 】 ． We a r ， 2 0 0 2 ，2 5 3 7 - 8 1 6 9 9 7 1 0 ． [ 9 】KO KA I F ， T A KI M， I S ； H I H AR A M， e t a 1 ． E ff e c t o f l a s e r flu e n c e o n t h e d e p o s i ti o n a n d h a r d n e s s o f b o r o n c arb i d e thi n f i l ms [ J ] ．A p p l i e d P h y s i c s A．Ma t e r i a l S c i e n c e P r o c e s s ，2 0 0 1 ，7 4 4 1 5 3 3 5 3 6 ． [ 1 0 】郑海忠，张坚 ，徐志锋．纳米 Al 2 0 3 ／ P S复合材 料选 区 激光烧 结成形域及力学性 能[ J 】 ．机械工程学报 ，2 0 0 7 ， 4 3 5 1 9 4 - 1 9 8 ． ZHENG Ha i z h o n g，ZHANG J i a n ， XU Z h i f e n g ． S h a p i n g p ara me t r i c r e g i o n a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f s e l e c t i v e l a s e r s i n t e r i n g o f n a n o A1 2 03 o l y s t y r e n e c o mp o s i t e [ J ] ． C h i n e s e J o u r n a l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 7 ， 4 3 5 1 9 4 ． 1 9 8 ． 【 1 1 ]C H E N R u i f a n g ， HUA Yi n q u n ， C AI L a n ． Ma r t e n s i t e t r a n s f o r ma t i o n mi c r o s t r u c t u r e o f 4 0 Cr s t e e l c o mp l e x l y i n d u c e d b y l a s e r s h o c k [ J ] ． C h i n e s e J o u r n a l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e ri n g ，2 0 0 7 ，2 0 2 5 2 5 5 ． 【 1 2 ]Z H A NG T a o h o n g ， YU Ga n g ， WA NG J i a n l u n ； e t a 1 ． Vi r t u a l p r o c e s s i n g o f l a s e r s u r f a c e h ard e n i n g o n a u t o b o d y d i e s [ J ] ． C h i n e s e J o u r n a l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e ri n g ，2 0 0 6 ， 1 9 2 2 6 8 - 2 7 1 [ 1 3 】曲在纲，黄月初．粉末冶金摩擦材料【 M] ．北京冶金 工业出版社，2 0 0 5 ． QU Z a i g a n g， H UANG Yu e c h u ．P o wd e r me t a l l u r g y F ri c t i o n Ma t e ri a l [ M] ．B e i j i n g Me t a l l urg i c a l I n d u s t r y Pr e s s． 2 00 5． 作者简介石岩 通信作者 ，男，1 9 7 2 年 出生，博士，副教授。主要研 究方向为激光加工技术。 E - ma i l l a s e r c u s t h o t ma i l ．c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m