浅析三层复合自润滑材料在烧结复合过程中的技术改进_开题报告

钢背-青铜粉-改性PTFE三层复合材料(DU材料)是一种新型的自润滑复合材料，在无油润滑或供油润滑困难的工况条件下显示出了优异的摩擦磨损性能，因此得到了越来越广泛的应用。三层复合自润滑材料表层为聚合物（PTFE）减摩材料，以碳素钢板为基体，中间层烧结球形青铜粉形成空隙以提高聚合物和钢板的粘结力。三层复合自润滑材料的减摩耐磨自润滑性能主要由表面层材料决定，通其自身的性能对复合后材料的性能有很大的影响。多年来许多国内外学者对表面的PTFE改性进行了研究：

（一）、国内研究现状

（1）合肥工业大学的刘继腾在范文《三层自润滑复合轴承材料摩擦磨损性能研究》中指出：PTFE的表面能极低，其转移膜在对磨面上的附着性较差，导致PTFE做摩擦副材料时具有严重的磨损。同时，由于PTFE的弹性模量小，线膨胀系数大，承载能力低，使其直接作为摩擦副元件使用受到了限制。为了提高PTFE的耐磨性，许多学者进行了卓有成效的研究工作对PTFE进行改性。目前对PTFE进行改性的方法主要有两个方面：一方面，通过碱金属溶液、辉光放电以及等离子体对PTFE材料表面进行改性处理以提高填料与基体PTFE的亲和性；另一方面，通过向PTFE内填充纤维、无机粉末和有机高分子填料完成改性。这些填料的加入，除了提高了PTFE的耐磨性以外，还可以提高其硬度和刚度，使制品具有良好的抗蠕变性和尺寸稳定性。通过对PTFE材料的改性，开发出了一系列PTFE基减摩抗磨复合材料。目前，PTFE材料的填料主要包括颗粒和纤维。由于颗粒增强PTFE基复合材料成本低、所得材料具有各向同性，因而引起了人们越来越多的重视。

 （2）合肥工业大学的吴良奎在《填料改性PTFE三层复合材料摩擦学性能研究》一文中，通过实验研究得出：

1、干摩擦条件下，石墨、MoS2、Ekonol、CaF2等填料单独添加时，随着添加量的增加，复合材料的摩擦系数基本上呈上升的趋势。添加石墨时材料的摩擦系数相对较小，而添加CaF2时摩擦系数比较大，减摩效果较差。当试样浸油后，材料的摩擦系数都有不同程度的减小，尤其是含5%CaF2的试样摩擦系数减小50%左右，说明材料中含有少量CaF2有助于提高材料与润滑油的亲和性，从而起到减小摩擦的作用。

2、填料单独作用时，随着填料含量的增加，材料的磨损量减小（CaF2除外），但当石墨和MoS2的含量过高（>20%）时磨损量反而增加。

3、多种填料协同作用有利于提高材料的综合摩擦磨损性能。石墨、MoS2和Ekonol或石墨、MoS2、CaF2同时作用时复合材料的摩擦系数比填料单独作用和石墨、MoS2两者同时作用时略微大一点，但材料的磨损量减小很多，说明填料同时作用能大大提高材料的抗磨损性能。

4、随着填料的加入，材料的磨损机理发生了变化。随着填料含量的增加，磨损机理由纯PTFE的大片状磨屑的带状破坏和难以形成转移膜，逐步转变成易于形成转移膜，小片状磨屑的疲劳剥层磨损。多元复合材料由于其承载能力的增加使其磨损量减少，磨损形式为疲劳剥层磨损。

（3）俞健卫等在《烧结工艺对 PTFE 自润滑轴承材料摩擦性能的影响》一文研究了烧结塑化温度对材料性能的影响：PTFE 自润滑轴承材料板材烧结是在 JHN -氮气保护烧结炉内进行。烧结时采取程序控制、分段加热的方法以防止升温过快而使表层塑料层开裂。烧结主要是使改性 PTFE 塑化后重整改性并与铜粉层牢固结合。PTFE 的熔点为 327 ℃,但由于其流动性很差，在熔点温度时塑料颗粒间并不能互相融合，渗透性也不好；使在 400 ℃左右的高温下也不会变成“浆糊状”流体状态,。而当温度高于400℃时,树脂就开始分解，随着温度再升高,分解加剧，且放出一些有毒气体。因此,只能采用粉末冶金冷压烧结法复合成型。

 为了达到良好的烧结塑化效果 ,实际烧结温度必须要大大高于PTFE的熔点温度；为摸索最佳工艺，使PTFE能与铜粉层均匀牢固结合，设定了6组烧结温度曲线,最终烧结温度分别360、364、368、372、376 和380℃保温。为有效地防止烧结过程中塑料层开裂现象，烧结时采用程序控制和保温-加热-保温-加热的多段式加热的方式。

最终得到，在372±4℃时烧结成型的材料的摩擦系数较小，承载能力较大，磨损量较小，表现出了最佳的摩擦磨损特性。

（4）杨文娟在《环境温度和湿度对改性PTFE三层复合材料摩擦学性能的影响》中，还研究了环境温度和湿度对改性PTFE三层复合材料摩擦学性能的影响。结果表明这两种因素对改性PTFE三层复合材料的摩擦磨损行为影响显著。随着试验温度的提高，试样的摩擦系数会降低，且在200℃以上摩擦系数随温度升高下降明显；而湿度对含PI改性的PTFE复合材料影响也较大，由于PI的耐湿热性使湿度增加时PTFE基三次复合材料磨损程度降低。

（5）万芳新、何春霞《碳纤维填充PTFE复合材料摩擦磨损性能研究》也表明，碳纤维含量较小时，其摩擦系数随碳纤维含量的增加而减少，碳纤维含量较高时，其摩擦系数随着碳纤维含量的增加而缓慢增大。碳纤维阻止了PTFE带状结构的大面积破坏，使其由纯PTFE的大片状磨损变为复合材料的小磨损。

(二)、国外的研究现状

填充的PTFE复合材料的耐磨性均比纯PTFE高，但不同的填料对PTFE耐磨性的提高程度有所不同。对于填料对PTFE改性机理及其减磨作用的实质这一问题，目前还存在着几种不同的观点：

(1) Cadjman，Cossedge等在《Studies of polytetrafluoroethylene transfer layers produced by rubbing in ultrahigh vacunm using a relatively simple apparatus》一文中表述了自己的观点：PTFE的耐磨性极差是因为PTTE的转移膜在对磨面上的粘结强度很低，因此认为填料是通过提高此转移膜在对磨面上的粘结强度而提高PTFE的耐磨性；

(2) Tanaka等在《Effect of various fillers on the friction and wear of PTFE-based composites》中认为填料可以阻止PTFE晶体的片状滑移，及其带状破坏，因此能够减少PTTE的磨损；

(3) Lancaster， Evans在发表的文章《Polymer-based bearing materials：the role of fillers and fiber reinforcement》中认为PTFE的强度很低，填充到PTFE中的具有较高强度的填料颗粒或纤维可在摩擦中承担大部分外载荷，从而可以降低PTFE的磨损；

(4)Balladur，Tabor在《Role of fillers in the friction and wear behaviour of highdensity polyethylene》中说道填料可以改善PTFE转移膜的结构，提高转移膜的稳定性和其与对磨面间的粘结强度，进而可以提高PTFE的耐磨性。

以上研究表明，自润滑三层复合材料诞生以来，经过人们的长期努力，使得三层复合材料的性能得到了极大的提高，应用范围越来越广。但是，这些研究工作主要改性表面的PTFE复合材料，对于其烧结复合过程中的技术改进研究涉及很少。本人在一家材料烧结复合公司上班，经过长时间的调查和收集数据发现，烧结复合工艺技术、以及制备的过程控制和管理对三层复合自润滑材料的性能有很大的影响。因此本文就是对烧结复合的技术改进方面进行了初步研究探讨。

二、范文提纲

一、引言：浅析三层复合自润滑材料在烧结复合中的技术改进

（一）、三层复合自润滑材料

1、自润滑复合材料的性能特点及分类

2、三层复合自润滑材料及其应用

3、三层复合自润滑材料的研究现状分析

（二）、本范文的研究内容及意义

二、自润滑复合材料烧结复合工艺技术分析

 （一）、三层复合自润滑材料的结构组成及制备

（二）、三层复合自润滑材料工艺技术上的缺陷

 （三）、材料烧结复合产生的问题分析

三、技术改进的方法和内容

（一）、对烧结时的复合进行防尘处理

   1、隔离生产线设备

   2、独立生产空间

（二）、为生产空间提供安全卫生的工作环境

   1、对材料本身的清理

   2、对生产空间的温湿度进行有条理的监控

   3、建立的完善的排气系统

 （三）、提高材料的性能

1、以前烧结技术的优缺点

2、改进烧结技术后的优缺点

3、两者的性能对比

4、性能对比后得出的结论及改进措施

 （四）、技术改进所得到的直接效益

四、总结与展望

 

三、参考文献

吴良奎. 填料改性PTFE三层复合材料摩擦学性能研究[D]. 合肥工业大学, 2006.

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