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金属塑料复合材料 |
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类别 |
性 能 和 应 用 |
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PTFE-钢背复合材料 |
金属塑料复合材料又称为“背衬型润滑材料”、“三层复合自润滑材料”。它由钢背-多孔青铜-高分子润滑材料复合而成。其力学性能相当于钢,摩擦学性能相当于高分子材料。具有机械强度高、摩擦因数小、耐磨性好、热膨胀小、导热性优良等特点。这类材料目前已有很多种,其中应用得比较广泛而有效的有PTFE-钢背和聚甲醛-钢背,国外分别称其为DU材料和DX材料。这些材料适于制作轴套、衬套、垫片、导轨、滑板和半球碗等机械零件 (1)PTFE-钢背复合材料(DU材料) DU材料由英国Glacier金属公司发明,其应用很广。国产的选用10钢或08F低碳钢冷轧钢板,厚度一般在0.5~3.0mm,其上镀厚度为10~15μm的Cu,而后采用黏结的方法敷0.26~0.35mm厚的球形青Cu粉(粒径0.06~0.19mm),在氢气炉中以840℃±10℃的温度进行烧结。表面层高分子材料主要是PTFE(可填充PbO、硼铅玻璃、SiO2、天然云母、Cr2O3等物),采用辊压烧结(温度375℃±5℃)而成,表面层厚度为0.02~0.06mm。钢背的作用在于提高材料的强度和承载能力,镀Cu是为了提高钢背与青铜中间层之间的结合强度。在摩擦升温时表层的PTFE及其填充物从孔隙中挤出,起到自润滑作用。一旦表面层被磨破后,中间层青铜则直接与对偶接触,可避免严重烧伤 下表是国产的FQ-1(PTFE-钢背复合材料)与英国的DU、美国的Turcite-B(PTFE中添加了50%的青铜粉、MoS2和玻璃纤维等制成的带材)材料的性能比较。试验在Amsler试验机上进行,对偶材料45钢(350HBS),负荷600N,滑动速度25.12m/min,总转数1.5×104r(约1.9km),室温 |
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材 料 |
干 摩 擦 |
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摩擦因数 |
摩擦力矩/N·m |
磨痕宽度/mm |
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FQ-1 |
含5%Pb 含10%Pb 含20%Pb |
0.153 0.143 0.101 |
1.89 1.70 1.25 |
4.92 4.08 3.62 |
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DU |
0.142 |
1.70 |
2.53 |
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Turcite-B |
0.186 |
2.32 |
6.70 |
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材 料 |
全损耗系统用油L-AN46润滑 |
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摩擦因数 |
摩擦力矩/N·m |
磨痕宽度/mm |
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FQ-1 |
含5%Pb 含10%Pb 含20%Pb |
0.024 0.027 0.025 |
0.30 0.35 0.30 |
3.33 2.92 3.26 |
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DU Turcite-B |
0.046 |
0.65 |
2.81 |
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0.36 |
0.44 |
4.63 |
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(2)钢背-青铜粉-PTFE复合材料(C2)、钢背-青铜粉-(PTFE+Co2O)复合材料(D2)、钢背-青铜粉-(PTFE+Pb)(E2) ①三种PTFE基自润滑复合材料轴承的摩擦因数与负荷变化的规律如图a所示。初期,摩擦因数随负荷的增大而不同程度增大,这是其表面层因磨损而露出铜粉逐渐增多的结果,而后,由于PTFE受热膨胀被挤出,摩擦因数又随负荷的增大而减小。三种材料中含Pb表面层的摩擦因数最小,含CuO的最大,说明填充Pb能降低复合材料的摩擦因数,而填充CuO2却增大了摩擦因数�� 在MPV-1500试验机上采用逐级加载法(每隔10min增加一级负荷)。在干摩擦和运动速度为1m/s的情况下试验 |
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②在全损耗系统用油L-AN32(20#机油)润滑条件下,三种材料的摩擦因数可比干摩擦条件低1~2个数量级,摩擦因数都随负荷和速度的增大而减小。另外试验表明,填充PTFE的耐磨性比纯PTFE的要好;在油润滑条件下,C2的极限pv值可达到128MPa·m/s,D2、E2的在135MPa·m/s以上,而在干摩擦下三种材料的极限pv值在9MPa·m/s以下。三种PTFE基复合材料轴承在不同速度下摩擦因数随负荷的变化曲线如图b~图d所示
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DX材料 |
(3)聚甲醛-钢背复合材料(DX材料) 它由钢背、多孔青铜和在多孔结构上滚压的表面层三部分组成。表面层是约500μm厚的聚甲醛层,其上压有许多凹痕以储存油、脂等润滑剂 这种材料在使用前必须涂敷润滑剂进行预润滑,它兼有高承载能力和低摩擦因数,适于在高速运动的摩擦构件中应用。含油聚甲醛-钢背复合材料的静承载能力约140MPa,在速度为22m/min时能承受大于10MPa的载荷 在干摩擦条件下,DX材料的摩擦学性能不理想。在油脂润滑条件下,它的跑合磨损很小,几乎与稳定磨损相当。在油脂消耗到一定程度后,磨损便逐渐加大。若加油的间隔时间合适,材料的使用寿命可大为延长 |
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