Page 61 - 《摩擦学学报》2020年第4期

第 4 期 任晓燕, 等: ZCuPb 20 Sn 5 合金耐磨性能研究 471

2.3 PV值对摩擦系数与磨损率的影响 磨损试验测定，得到PV值与摩擦系数和磨损率的关系
对ZCuPb Sn 合金销进行不同PV值条件下摩擦 柱状图，如图6所示.
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5
0.11 17.07
0.10 0.085 0.092 0.09 0.088 0.094 16
Friction coefficient 0.08 0.063 0.069 0.082 0.08 0.073 0.07 0.081 Wear rate/[10 −7 mm 3 /(N·m)] 12 8 4.561 8.639
0.09

0.07
0.06
0.05 4 1.516 1.797 3.525 2.695 2.281 2.21 4.15 3.386 2.972
0.04 0
17 26 34 51 77 85 102 119 128 171 179 239 17 26 34 51 77 85 102 119 128 171 166 239
PV/(MPa·m/s) PV/(MPa·m/s)
(a) Friction coefficient (b) Wear rate

Fig. 6 Variations of friction coefficient and wear rate under different PV values
图 6 不同PV值条件下摩擦系数与磨损率的变化规律

从图6可以看出，随着PV值的增加，摩擦系数和磨 2.4 摩擦机理分析
损率均呈现增-减-增-减-增的趋势. PV值最小值为 为了判断ZCuPb Sn 合金材料的相组织结构，对
5
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17 MPa·m/s时，摩擦系数与磨损率也最小，摩擦系数 该材料做XRD以及DTA分析，如图图7所示，其中
3
−7
为0.063，磨损率为1.516×10 mm /(N·m). 当载荷为 图 7(a)为 合 金 的 差 热 数 据 变 化 曲 线 图 ， 图 7(b)为
150 N，线速度为3.61 m/s，PV值为77 MPa·m/s时，摩擦 XRD数据结果图. 从图7(a)可以看出，该组织在935.84 ℃
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系数出现第二次极小值，此处摩擦系数为0.073. PV值为 处峰值比较强，根据铜的相关二元相图 ，铜的熔点
85 MPa·m/s时，磨损率出现第二次极小值. 当载荷为 为1 083 ℃，该峰值表示以铜为基体的富锡的α相的析
250 N，线速度为3.610 m/s PV值为128 MPa·m/s时，摩 出，第二处放热峰在900.35 ℃处. 根据相图分析，(α+δ+
擦系数和磨损率再次达到极小值，摩擦系数为0.070. Cu P)共析相的熔点为628 ℃，并且δ相的形成温度为
3
PV值在最大值239 MPa·m/s时，摩擦系数与磨损率也 520 ℃，Cu P相的析出温度为1 022 ℃，所以，可以初
3
最大，此时，摩擦系数平均值为0.094，磨损率高达 步判断该峰值处可能为α+ (α+δ)+Cu P的共析体相的
3
3
−7
17.07×10 mm /(N·m). 析出点，具体可结合XRD数据来分析. 第三处放热峰
可以得出，在低载荷50 N时，ZCuPb Sn 合金销 在300~329 ℃之间，铅的熔点为328 ℃，所以该处为铅
20
5
摩擦系数以及磨损率比较低，并且随着线速度的增加 颗粒析出相的峰值点.
而增加. 当载荷超过50 N时，随着转速的增加摩擦系 图7(b)为ZCuPb Sn 合金XRD数据分析图，通过
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5
数呈先减小后增加的趋势，3.610 m/s的线速度条件 峰值比对，可以确定该组织中的第二相主要为Cu P相.
3
[30]
下，润滑条件比较好，相对摩擦系数最小. 对此，前期已进行过相关研究，结合前期试验 结果，
0 3 000 
300.49 ℃   Pb
2 500  α
−5 2 000  δ
Cu 3 P

Heat flow/(W/g) −10 900.35 ℃ Intensity/a.u. 1 500 
935.84 ℃
1 000
−15
   
500   
−20
200 400 600 800 1 000 20 30 40 50 60 70 80 90
Sample Temperature/℃ 2θ/(°)
(a) DTA curve of the alloy (b) XRD pattern of the alloy

Fig. 7 DTA curve and XRD pattern of the alloy
图 7 合金相组成数据分析图