金属塑料复合材料

金属塑料复合材料

类别

       

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10~15μmCu而后采用黏结的方法敷0.26~0.35mm厚的球形青Cu(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(350HBS)负荷600N滑动速度25.12m/min总转数1.5×104r(1.9km)室温

  

       

摩擦因数

摩擦力矩/N·m

磨痕宽度/mm

FQ-1

5%Pb

10%Pb

20%Pb

0.153

0.143

0.101

1.89

1.70

1.25

4.92

4.08

3.62

DU

0.142

1.70

2.53

Turcite-B

0.186

2.32

6.70

  

全损耗系统用油L-AN46润滑

摩擦因数

摩擦力矩/N·m

磨痕宽度/mm

FQ-1

5%Pb

10%Pb

20%Pb

0.024

0.027

0.025

0.30

0.35

0.30

3.33

2.92

3.26

DU

Turcite-B

0.046

0.65

2.81

0.36

0.44

4.63

(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��

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

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/sD2E2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~d所示

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