Page 58 - 《摩擦学学报》2020年第4期
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468                                     摩   擦   学   学   报                                 第 40 卷

                液压柱塞泵是依靠柱塞在缸体中作往复运动造                           压油条件下铅锡青铜合金的耐磨性. 这些研究载荷在
            成密封容积的变化来实现吸油与压油的液压泵，是液                            50~1 040 N范围，转速不大于8.94 m/s，得到摩擦系数
            压系统动力源的重要组成部分，具有较高的配合精                             为0.02~0.40. 其中摩擦系数最小为0.02时，PV值仅为
            度，良好的密封性，在高压工作时仍有较高的容积效                            8.48 MPa·m/s.
            率. 液压柱塞泵转子与柱塞作为关键摩擦副，在转动                               综上所述，较高PV值条件下铅锡青铜合金耐磨性

            过程中承受交变应力，内表面摩擦磨损，起到传力、密                           的研究较少，目前对PV值的研究大多低于20 MPa·m/s.
            封、润滑和散热的作用，所受工况比较复杂                  [1-3] . 柱塞泵   针对国内外低PV的研究现状，本文中主要研究不同
            主要失效形式包括磨损、疲劳和老化. 其中，缸体/柱                          PV，尤其是大于100 MPa·m/s的高PV条件下铅锡青铜
            塞、配油盘/缸体以及滑靴/斜盘摩擦副是磨损失效中                           合金的耐磨性. 在油膜的协同作用下，考察铅膜的润
            最常见部位      [4-7] . 实际应用中，摩擦副表面的磨损直接                滑作用，为该类耐磨材料在今后的应用提供更多理论
            影响到液压柱塞泵的正常运行和工作寿命.                                支持.
                为了减少磨损失效，常选用具有良好减摩耐磨性
                                                               1    试验部分
            能的铅锡青铜作为摩擦副材料. 铅锡青铜中Pb不能固
            溶于Cu基体中，而是以独立相存在于Cu基体中. Pb具                        1.1    试验材料及制备
            有良好的滑移性能，在摩擦过程中可以克服润滑油膜                                ZCuPb Sn 合金铸件在井式电阻熔炼炉(SG2-12-
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            变薄而造成的磨损失效，从而达到润滑和减摩的作用                    [8-9] .  13)中熔炼、坩埚材质为石墨. 合金的化学成分按表1
            铅锡青铜不仅具有较小的摩擦系数和良好的耐磨性                             进行配比. 浇注温度为(1 200±20)℃，浇铸试块为铜合
            能，而且具有导热性好和疲劳强度高的特点，其导热                            金金属型铸造用试块，参照国家标准GB/T 1 176-2013 ，
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            率相当于普通锡青铜的4倍，因而被广泛应用于各类                            模型如图1所示. 图中红色区域1为用于摩擦磨损分析
            泵中  [10-11] .                                      的ZCuPb Sn 合金销取样位置，摩擦面为分割面，即
                                                                       20
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                目前，对铅锡青铜合金材料的耐磨性能研究，主                          箭头指示处. 黄色区域2为用于硬度分析试样的取样
            要在干摩擦条件和油润滑条件下进行. 对于试验材料                           位置，HB-3000B型布氏硬度机测试硬度，取其30个不
            为ZCuPb Sn 、对偶材料为钢、摩擦方式采用销盘式                        同 位 置 的 平 均 值 ， 测 得 ZCuPb Sn 合 金 硬 度 为
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            的干摩擦耐磨性能研究，目前主要集中在50~160 N载                        HB80±3. 蓝色区域3和绿色区域4分别为金相和成分
            荷、0.05~0.25 m/s线速度和PV值小于20 MPa·m/s的条               分析试样的取样位置. 45钢盘在试验前调质处理(820 ℃
            件下进行    [12-16] . 该类研究得出：销和盘之间的磨损机制                淬火+520 ℃回火+空冷)，其硬度为HB282±3. 用金相
            主要是黏着磨损和磨粒磨损，摩擦系数为0.2~0.4，磨                        显 微 仪 (AXIO  Scope.A1)和 扫 描 电 子 显 微 镜 (SEM，
            损率随载荷的增加而增加. 当载荷小于100 N时，随着                        SU5000)，观察摩擦试验后磨损表面的显微组织形貌.
            载荷的增加，摩擦系数增加. 摩擦副之间由于摩擦升
            温及变形挤压的作用，少量游离态的铅会被挤压出铅                                     表 1    ZCuPb 20 Sn 5 合金的化学成分
            锡青铜合金摩擦副表面，铜层表面局部形成软质的断                              Table 1    Chemical Composition of ZCuPb 20 Sn 5  Alloy

            续铅润滑膜；当载荷超过100 N后，断续软质铅润滑膜                          w (Cu)/%  w (Pb)/%  w (P)/%  w (Zn)/%  w (Sn)/%  w (Ni)/%
                                                                  bal.    20     0.3    1.75     5       2
            面积开始逐渐增多，摩擦系数呈减小趋势；当达到120 N
            时，软质铅润滑膜全面覆盖在摩擦表面，摩擦系数达                                                              3 Organization
            到最小值；当超过160 N时，随着载荷的增加，铅膜逐
                                                                          1 Friction sampling position
            渐被破坏，软质铅和铜从销试样不断向摩擦副移动，
                                                                                        2 Hardness
            从而导致磨损率大幅度增加，摩擦系数增加.
                                                                                           4 Ingredient
                油润滑条件下的耐磨性能研究相对较少，多数研
            究者  [17-25] 对于润滑油的研究更偏向于具有优良减摩抗
            磨性能的含磷氮和含氟硅油添加剂等方向，主要利用
            磷、氮和氟等在摩擦表面生成的摩擦化学产物来提高

                                          [26]
            摩擦副的减摩抗磨性能. 栾振辉等 研究了基于乳化                                    Fig. 1    Casting model of ZCu Pb 20Sn 5
                                            [27]
            液的铅锡青铜摩擦磨损特性，崔向坡 研究了航空液                                        图 1    ZCuPb 20 Sn 5 浇铸模型
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