Page 32 - 摩擦学学报2025年第9期

1286 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

长度对自润滑材料力学和摩擦学性能的影响，研究工 1.3 材料制备和性能表征
作将为高性能无铅FeS/Cu-Bi自润滑材料开发设计和 化学镀铜和机械合金化片状粉末冶金制造FeS/Cu-
工程应用提供参考. Bi自润滑材料的工艺如图1所示，参照前期低速球磨6 h
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后经1 h高速球磨(6 h+1 h)的变速球磨研究 ，将镀铜
1 试验部分 钢纤维、镀铜FeS、Bi和CuSn10混合粉末进行球磨并
1.1 原材料 采用粉末冶金冷压高温烧结制备材料，其中镀铜钢纤
采用平均颗粒直径为100 μm的球形CuSn10粉末 维的质量分数为5%，镀铜FeS和Bi粉末的质量分数均
为基体相，润滑相FeS和Bi的平均直径分别为40 μm和 为6%，将镀铜钢纤维长度设置为1、3、5、7、9、11 mm.
80 μm. 采用直径为150~260 μm的钢纤维作为增强相，其 分别采用MH-300A密度计、HBRVU-187.5硬度
抗拉强度为2 850~3 000 MPa. 试验中所使用的试剂主 计、WDW-100M万能电子试验机、300J摆锤式冲击
要包含氢氧化钠、碳酸钠、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、 试验机和M200环-块滑动摩擦计(摩擦对偶件为45钢)
氯化亚锡、硝酸银、无水硫酸铜、乙二胺四乙酸钠、甲 分别测试自润滑复合材料的密度、硬度、压溃强度、
醛溶液和2,2-联吡啶，这些试剂均为分析纯，购自国药 冲击韧性和摩擦学性能. 采用场发射扫描电子显微
镜(FESEM)以及能量色散谱(EDS)对粉末、钢纤维以
集团化学试剂合肥有限公司.
1.2 FeS粉末和钢纤维化学镀铜 及复合材料微观形貌和元素成分进行表征.
采用化学镀铜方法分别对FeS和钢纤维进行镀铜
2 结果和讨论
处理，首先将钢纤维或FeS颗粒置于由2.00%氢氧化
钠、2.00%碳酸钠和0.05% SDBS (质量分数)组成的溶 2.1 粉末和纤维改性表征
液中，在室温下超声搅拌5 min后用去离子水清洗. 然 图2(a)和(b)以及图2(c)和(d)所示分别为镀铜前后
后将钢纤维或FeS颗粒放置于由20 mL/L盐酸(质量分 FeS颗粒和钢纤维的SEM与EDS照片. 可以看出，经镀
数为36.5%)和20 g/L氯化亚锡组成的敏化液中，在50 ℃ 铜后FeS颗粒和钢纤维表面依附了大量较小的球形颗
条件下放置30 min后用去离子水清洗. 将敏化后的钢 粒[图2(b)和(d)]，镀铜FeS和镀铜钢纤维经EDS元素检
纤维或FeS颗粒放置于由30 g/L硝酸银组成的活化液 测可知，粉末颗粒表面和钢纤维表面的球形颗粒中均
中于40 ℃下反应1 h，之后再次用去离子水洗涤. 最后 含有大量Cu元素，这表明在FeS颗粒和钢纤维表面成
将活化后的钢纤维或FeS颗粒置于60 ℃的化学镀液中 功镀上了铜层，这为提升润滑相FeS和钢纤维与铜合
搅拌1 h后，用去离子水清洗2~3遍并置于80 ℃干燥箱 金基体的界面湿润性及结合强度奠定了基础.
内进行烘干. 化学镀液由浓度为15.0 g/L的无水硫酸 2.2 复合粉末的微观结构
铜、40.0 g/L乙二胺四乙酸钠、25 mL/L 37%甲醛溶液 图3(a~c)所示为含不同长度镀铜钢纤维的混合粉
和0.05 g/L 2,2-联吡啶组成，并用浓度为10 g/L的氢氧 末经6 h+1 h变速球磨后的SEM照片，从图3(a~c)中可
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化钠溶液调节pH值为12~13 . 看出含不同长度镀铜钢纤维的混合粉末球磨后呈现

FeS powder Cu@FeS CuSn10 Cu@FeS Rotate
Steel fiber Cu@steel fiber Bi Cu@steel fiber
9
FeS and steel fiber copper plating Mixed powder mechanical alloying

Cu@FeS Bi
Cu@steel fiber

Friction sample Impact sample Crushing sample Sintering Cold-pressing
Sintered sample
Fig. 1 Preparation schematic of FeS/Cu-Bi self-lubricating materials by chemical copper plating and
mechanical alloying flake powder metallurgy process
图 1 化学镀铜与机械合金化片状粉末冶金工艺制造FeS/Cu-Bi自润滑材料的示意图