金属塑料复合材料

类别

性  能  和  应  用

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

材   料

干    摩    擦

摩擦因数

摩擦力矩/N·m

磨痕宽度/mm

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

DU

0.142

1.70

2.53

Turcite-B

0.186

2.32

6.70

材   料

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

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

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，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

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

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