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摘要：本文主要针对铝含量对铜基粉末冶金材料性能的影响展开分析，思考了铝含量对铜基粉末冶金材料性能的影响的主要表现，以及相关的影响的内容，可供今后的相关研究提供参考。
关键词：铝含量；铜基粉末；冶金材料；性能
前言
当前，对于铝含量对铜基粉末冶金材料性能的影响，不少学者也进行了进一步的研究，为了更好的总结其影响的各个方面，找到影响的相关的联系，我们有必要对其进行研究。
1实验目的概述
在现代机械装备中，机器与机构中的所有转动零件都需要用轴承、轴瓦或轴套来支承。由于现代机器与机构的转动速度和负载急剧增高，以及由于航空航天、核能及低温技术的发展，在现有的轴承材料中，按照使用寿命和在不同的条件下工作的可能性，粉末冶金材料的应用都占第一位。粉末冶金材料具有与铸造材料相当的力学性能，同时磨合性较好、摩擦因数较低、耐磨性较高。粉末冶金材料含油轴承具有自润滑性，并可自动调节摩擦区的润滑油，位于微孔中的润滑油可在摩擦表面形成油膜，因此，烧结金属轴承在启动期间和在各种工作条件下都能保证边界润滑。
相关研究表明，在铜基粉末冶金材料中适当加入微量元素能够提升材料的抗摩擦磨损性能，有学者分别对锆、铝、铅等对铜基粉末冶金材料摩擦性能的影响效果进行了研究;也有学者研究了Cu-Sn-Zn、Cu-Sn-Zn-Si、Cu-Sn-Si等为基体的粉末冶金材料的性能，这些研究都无一例外的表明，在铜基粉末冶金材料中适当加入微量元素，能够显著提升冶金材料的耐磨性，降低摩擦因数。针对铝元素含量对铜基粉末冶金材料性能的影响，研究发现，铝本身的密度低且矿藏资源较为丰富，将其应用于实际生产当中，能够在很大程度上降低生产成本。
本文的研究在明确铝含量对铜基粉末冶金材料性能的作用前提下，有利于进一步研发适合自润滑轴承材料要求的新型粉末冶金材料，以满足自润滑轴承对原材料高硬度、高抗压强度、耐磨性好且摩擦因数低等相应要求。依据其他学者的研究能够了解到铝含量增加会提升铜基粉末冶金材料硬度，而耐磨性则会先降低再升高。因此，本文实验仅针对铝含量对铜基烧结金属材料力学与摩擦学的性能作用进行研究，并确定出最佳铝含量，便于应用于实际生产当中。
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2实验过程概述
2.1试样准备
选取纯度为99.9%、粒度为200目的铜粉，依据粉末冶金材料拉伸试样的国家标准，设计并制作铜粉试样所需的扁平式样压制模具。铜粉试样共配置四种:1#、2#、3#、4#，其中的铝含量分别为0、5%、7%、9%。在实验过程中，依据实验配方将其分别加入到2000L的高压混合机当中，打开开关连续搅拌120min。搅拌完成之后，从中称取18g混合粉末，将其放置于压制模具当中，对其施加15MPa的压力，最终压制出体积为12.3cm×19cm×12.3cm的试样，对其进行密度测试，约为6g/m3。
试样制备完成后，将其放进2T-18-22真空碳管炉当中，对其进行烧结处理，温度调解过程如下:初期阶段，在0℃升温至300℃，加热60min;在300℃的温度条件下保温30min;再次升温至600℃，加热时间为60min;在600℃的温度条件下保温60min;由600℃升温至960℃，加热时间为60min;最终在960℃的温度条件下保温70min，完成铜基粉末冶金材料试样的烧结操作。
2.2实验方法
试样制备后需要经测量得出试样密度，严格遵循GB3850-83《致密烧结金属材料与硬质合金的密度测定方法》的测试流程与计算方法;并采用HBS-62.5布氏硬度计对试样的硬度进行测试;以GB/T7314-2005《金属材料室温压缩试验方法》中的实验流程为依据，对试样的压缩强度进行有效测定;此外，还需利用MRH-3高速环快摩擦试验机对试块摩擦磨损性能进行有效测试，测试过程需要注意设置实验条件:速度200r/min、载荷500N、干摩擦，测试结束后使用高倍显微镜对其表面磨损程度进行细致观察。
3实验结果与分析
3.1试样密度与孔隙度
经过实验检测，发现在不同铝含量的影响下，铜基粉末冶金材料试样的理论密度与实测密度有一定差异，1#、2#、3#、4#的理论密度分别为6.1834g/m3、5.9761g/m3、5.7022g/m3、5.4448g/m3;实测密度则分别为6.0597g/m3、5.8750g/m3、5.6110g/m3、5.3360g/m3。通过实验数据，能够清晰的发现随着铝含量的不断增加，试样的理论密度与实测密度都相应降低，造成这一现象的原因有两点:其一是铝本身的密度要低于铜;其二是在烧结过程中，由于高温作用材料发生了热膨胀现象。
对于试块的相对密度与孔隙度，当铝含量为5%和7%时，与不含铝元素的试块相比都更高;当铝含量达到9%时，试块的相对密度降为98%，与不含铝元素的试块的相对密度相同，孔隙度降至2.71%，低于不含铝元素的试块。
对烧结之后的试块进行电镜扫描，未加入铝元素的照片中存在较大空洞，且基体晶粒多为大颗粒;随着铝含量的不断增加，晶粒不断得到细化，组织的致密性越来越高;当铝含量达到9%时，空洞趋于集中，且存在较大空洞，这时由于随着铝含量的不断升高，逐渐超出其固溶度之后会形成AlCu4相，逐渐向晶内融化直至消失。烧结过凑合过致使孔隙率降低，主要是因为在烧结过程所发生的边界融化、合金元素颗粒融化、晶界融化以及合金元素均匀化，使晶粒得到细化，增大了晶界面积，促使各晶粒之间的润湿性能更好。
3.2硬度与线膨胀率
实验得出的布氏硬度与线膨胀率，随着铝含量的不断增加试块硬度呈现出先增加后降低的趋势，而试块的线膨胀率则呈现为持续增加趋势。产生这种实验现象的原因是由于铝在铜基粉末冶金材料中的共析点，当铝含量未达到共析点的对应值时，铝含量增加会影响共析处的材料硬度降低;相关研究表明，共析点在铝含量为9.4%左右，当铝含量超过共析之后，材料硬度会随着铝含量的增加而增加。
3.3摩擦磨损性能
实验结果表明，3#试块的摩擦因数低且平稳，而1#试块与4#试块的摩擦因数跳动较大，从整体角度来看，铝含量对试块的摩擦因数影响程度不明显。
实验结果中，3#试块的磨损率也相对较低，这主要是因为铝元素本身具有较好的耐磨性，进而影响试块随着铝含量的增加其耐磨性也相应提升。
前面的分析中曾提到，随着铜基粉末冶金材料中的铝含量增加，由显微组织观察发现新相，促使集体组织细化，这种性质也进一步影响了试块材料的摩擦磨损性能得到相应提升。
4结论
综上所述，铝含量对铜基粉末冶金材料性能的影响比较多，在今后的研究过程中，我们要进一步总结其影响的表现，并更好提供一些参考，从而为今后的利用和研究奠定基础。本文研究发现，铝元素加入后，影响铜基粉末冶金材料的密度、孔隙度、摩擦因数降低，其硬度与线膨胀率相应增加，磨损率明显降低;在铝含量的不断增加的情况下，铜基粉末冶金材料密度、孔隙度逐渐降低，而线膨胀系数逐渐上升，磨损率显著降低，摩擦因数为发生明显变化;由显微组织观察发现，铝元素的加入促使了新相的产生，进而提升了材料整体性能。
参考文献：
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论文作者:尹海顺
论文发表刊物:《防护工程》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/20
标签：粉末冶金论文; 材料论文; 含量论文; 试样论文; 摩擦论文; 密度论文; 性能论文; 《防护工程》2018年第20期论文;