先进粉末材料--多孔材料

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1、3. 多孔材料 粉末冶金多孔材料:又称多孔烧结材料。由 球状或不规则形状的金属或合金粉末经成 型、烧结制成。材料内部孔道纵横交错、 互相贯通，一般有1560的体积孔隙 度 ，孔径1100微米。透过性能和导热、 导电性能好，耐高温 、低温，抗热震，抗 介质腐蚀。用于制造过滤器、多孔电极 、 灭火装置、防冻装置等。 多孔材料3.1 概述 3.2 含油轴承3.2.1 定义、分类与特点3.2.2自润滑原理3.2.3 工艺流程 3.3 过滤器3.3.1 分类3.3.2 使用性能3.3.3制备方法简介3.1 概述 定义：孔隙度大于15%的材料 孔隙的作用：不是削弱材料的强度等性能 的缺点，而是一种有用的结

2、构。 分类 高温高压的过滤与分离冶金、化工 催化（比表面大）化工 油类、气体的过滤与净化航空 发汗冷却航空、航天 润滑材料3.2 含油轴承3.2.1 定义、分类与特点 含油轴承：Oilless bearing, Oil impregnated bearing 定义：在含连通孔隙为1030%的多孔材料中 填充润滑油，使其在使用过程中能够自己 润滑的轴承。 开发思路：天然的木质属于多孔材料，利用 这一特性制成木质含油轴承，用于纺织机 、卷烟、食品机械已经有很久的历史。含油轴承 粉末冶金含油是一类孔隙中含浸有润滑油的多孔性合金制 品。当轴旋转时，因轴与含油轴承之间的摩擦使含油轴承 的温度升高和泵吸作

3、用 。润滑油含渗出于含渗出于含油 轴承之内径或外径的摩擦表面，当轴停止转动时。润滑油 又回流于含油轴承内部。 因此，润滑油的消耗量是非常 的小，可在不从外部供给润滑油的情况下，长期运转使用 。非常适合于供油困难与避免润滑油污染的场合。 含油轴承大量的应用于：电机行业、说摩行业、家电行 业、数码产品、办公设备、电动工具、纺织机械 、包装 机械等各类机械设备。 历史 木质含油轴承 树脂含油轴承 1928年 铸铁含油轴承 1942年 烧结含油轴承最早出现 19世纪末 实用化（美国通用电气公司） 1916年 大量使用（汽车工业） 1930发展状况二战后以铁代铜 前苏联与日本比较重视含油轴承的研究 以日

4、本为例 1951年22t （铜基） 1960年102t （铁基） 1990年 9032t 约10亿只/年 10只/人发展状况 1949年之前，我国没有粉末冶金工业 解放后，百废待兴（遭经济封锁） 20世纪50年代，上海纺织机械厂：6-6-3青 铜粉，青铜含油轴承 1958年，华北无线电器材厂，铁基含油轴 承开发 1963年，铁基含油轴承生产 2002年，9025t分类与用途 分类 铁基：65% 铜基：35% 其他（铝基等）很少主要特点 自润滑性能：无须加润滑油 成分与孔隙度的可调性 减震、隔音作用 磨合性优异（宏观硬度的降低）粉末冶金含油轴承的特点 粉末冶金含油轴承一般来说主要是用原料粉经压制

5、，烧 结，整形，浸油等工序制造而成的。现在的机器大都是自动化 程度比较高。日产量比较大，大部分产品一次就能成形，因此 批量越大越好生产。而且现在用的模具少一点的话可能做几十 万只，多的话可能做百万只以上。但模具费用比较高，因此批 量少的话就不好做了，而且更换模具的时间也长。粉末冶金含油轴承一般来说一次就能成形，基本不用切削 加工。成本比机加工轻，材料浪费也少，价格因此比较便宜。 也符合现在提倡节约能源的国家政策,因此被认为这是一个不 会落伍的技术。粉末冶金含油轴承其基体里已经用真空含浸的方法充满了 润滑油，并且在运转时由于温升和泵吸的原因，其中的润滑油 会渗出到运转表面，故可用于不另加润滑油的

6、场合。优点：1、比滚珠轴承噪音小 2、震动小 3、制品简易 4、少量油汁飞溅损失，可长久无给油运转 5、减少后加工作业及即省材料浪费 6、多孔给油特性，不必特殊的给油设备 7、形状设计自由 8、可得到熔制金属无法制造的数种金属以及金属与非金属复合体，适于大量生产，价格便宜。 3.2.2自润滑原理 轴承是支撑旋转轴的机械元件。可以分为 两大类。轴承的内径面与轴的轴面直接接 合，呈滑动摩擦的称为滑动轴承（sliding bearing）；通过滚珠或滚柱支撑轴进行旋 转的称为滚动轴承（rolling bearing）。烧 结含油轴承虽然属于前者，但该类轴承具 有一些特点。 自润滑原理 在轴承的内径面

7、与轴的轴面之间被一层流 体油膜相隔离，使旋转能够轻松圆滑地进 行。这是基于在轴的旋转过程中使油膜发 生了流体力学压力p0。伴随着轴的旋转， 润滑油在楔形空间里沿着旋转方向由较宽 的部分被压入较窄的部分，会产生与因载 荷而产生的负荷p方向相反的油膜压力p0， 以支撑旋转轴。这与水上滑板、水中翼船 、或倾盆大雨中快速行进汽车的浮上现象 （即hydro-planning现象）相类似。 自润滑原理水上滑板 倾盆大雨中快速行走汽车的浮上现象 水上滑板 倾盆大雨中快速行走汽车的浮上现象 自润滑原理自润滑原理 热作用：工作时温度上升，油黏度下降， 膨胀，从轴承的孔隙中流出，在摩擦面上 形成油膜，维持润滑；停

8、止时，温度下降 ，油收缩，由于毛细作用，回到多孔体。 泵作用：轴旋转的力使油从一个方向打入 孔，从另一方向渗出工作面。决定润滑性能的因素 孔的多少 工作面上开孔的多少 孔的连通程度3.2.3 工艺流程金属或合金粉润 滑 剂配 料混 合成 形烧 结整 形浸 油成 品流体润滑轴承 关于摩擦系数 p（2V）（Cp）（2dN）（Cp）式中pPetroff 流体润滑轴承的摩擦系数；润滑油的粘性系数，Pas；V轴表面的速度， ms-1；间隙（clearance, 轴承内径与轴的外径之差）， m；P0油膜压力，Pa； N轴的旋转数，s；d轴径，m；b轴承宽度，m。 流体润润滑轴轴承中摩擦系数HH与（d ）（

9、 p）的关系关于温度上升 摩擦所产生的热量 PIW V 载荷，N ; V轴表面的速度， ms-1 ; 摩擦系数 温度的升高 T=T1T2= P I / KW V /Kp0 V d b/ KK热损失系数，W 关于摩擦系数-负荷压力曲线以及温度上升-负荷压力曲线 在实际的运转性能评价中，摩擦系数与温度上升是主要因素，将它们用负荷压力与速度变化来表示，就容易判断。但是，如果考虑流体润滑轴承的负荷压力、速度与摩擦系数之间的关系，则必须在润滑油的粘性、间隙、轴承宽度以及轴径等都确定的情况下才能表征。首先讨论润滑油的粘性。摩擦系数P与负荷压力p的关系曲 线 温度上升T与负荷压力p的关系曲线 温度上升温度上

10、升TT随着负荷压力p减小愈接近于零，摩擦系数将无限增大；反之，当负荷压力p 无限增大时，摩擦系数将趋于零。而且，还表现出随着速度增大，摩擦系数下降的倾向。 常规轴承 关于摩擦系数 （a）低负荷侧 Wa150MPa。 2 钢轴 材质： 85碳钢；热处理：未进行； 硬度：mHv300左右； 表面粗糙度：0.2m左右。3 运转条件速度：0.33m/s(20m/min或 1000r/min)；压力：0.17MPa或4.9N；工作间隙：约0.015mm； pV值： 0.056MPam/S(3.4MPam/min) ； 运转时间；60min或2000h。4 润滑油：SAE30#机油。影响含油轴承运转时滑动

11、噪音的主要 因素 烧结青铜含油轴承的特性对滑动噪音的 影响 透气性与运转时滑动噪音的关系 随着透气性降低，其滑动噪音声压级也降低。这种倾向在500Hz以后开始显出，到1200Hz最为明显。滑动噪音声压级与透气性的 关系 使用三种粒度不同的 雾化青铜粉末，制备 了轴承试样，测试了 通过4001200Hz的滑动噪音声压级。当透 气性为2310-3 darcy时，滑动噪音有一极 小值。与该透气性相 当的连通孔隙度约为 9。滑动噪音与透气性之间的关 系 在轴旋转时，由于泵吸作用，润滑油会从轴承壁的孔隙中渗 出，供给到轴与轴承的间隙并形成油膜。但该油膜一部分会 从滑动面下部的孔隙漏掉。这就使得滑动接近边

12、界润滑状态 ，使轴与轴承之间金属接触的机会增加，因此滑动噪音增大 。当轴承材料的透气性下降时，由于能够减少或防止润滑油 的泄漏，利于保护油膜的厚度，使轴与轴承之间金属接触的 机会减少，即能够使滑动接近流体润滑状态，所以滑动噪音 降低。然而，当透气性过度下降时，虽然能够防止滑动面润 滑油的泄漏掉，但是，从轴承体上部孔隙中渗出的润滑油也 不足，致使金属接触的机会增多，由于对滑动面供油量减小 ，滑动噪音反而趋于增大。 轴承滑动面的粗糙度对滑动噪音的 影响 无论轴承滑动面的粗糙度如何，滑动噪音在透气性为210-3darcy附近达到最小值。其次，含油轴承滑动面的粗糙度增大时，滑动噪音增大，但幅度不大。因

13、此，可认为青铜含油轴承滑动面的粗糙度对滑动噪音影响不大。 合金组织中的相对滑动噪音的影 响 青铜含油轴承的显微组织 添加了约25wt%的相粉 的青铜含油轴承试样的 显微组织。该试样的密 度为7.3g/cm3，透气性 约为1810-3darcy，连通 孔隙度为18（体积分数 ）%，连通孔隙度与总 孔隙度之比为100%，压 溃强度为60MPa。该试 样在700烧结5min， 可以看出，锡由相粉向 青铜合金粉的扩散较少 ，但是二者发生了结合 ，因此形成了两相组织 。 相粉末添加量对滑动噪音的影 响 滑动噪音到透气性约为 210-3darcys时达到最 小值。添加相粉末对滑动噪音的影响很小， 即使是添

14、加0%与75%相粉末的轴承相比，其 滑动噪音的差异也仅有 大约3dB。而且，该影响还与试验条件有关。 运转时间对添加相粉末的轴承滑动噪音的影响 滑动噪音都在约0.9ks （15min.）内实现稳定 ，随后则基本保持一 定的值。而且，即使 是延长时间至7.2Ms（ 2000h）添加相粉末 50wt%的轴承与纯相 组织（添加0%相粉末 ）的轴承相比，其滑 动噪音的差异也很小 ，在1dB以下。也就是 说，在连续运转2000h 的范围内，相对滑动 噪音的影响都是很小 的。 含油量对滑动噪音的影响 对于由添加有0、25、50及75 相粉的预合金雾化Cu- 8%Sn粉制造的烧结金属含油 轴承，含油率/连通

15、孔隙度之 比值越小，滑动噪音越大。 比值小致使从轴承体上部不 能再通过孔隙向滑动面充分 供油；这时，在滑动面上形 成的油膜将变得不稳定，和 金属接触的几率增大。当形 成这种摩擦状态时，相有可 能划伤硬度为mHV300左右 的钢轴，致使钢轴表面的粗 糙度增大，结果滑动噪音增 高。 连通孔隙度与滑动噪音的关 系 短时间运转时，当含 油轴承的透气性从 4010-3darcy减小到约 210-3darcy时，滑动 噪音明显减低。透气 性相同，而连通孔隙 度不同时，滑动噪音 的特性曲线相差只有 1dB。因此，可认为 透气性对滑动噪音影 响大，而连通孔隙度 没有什么影响。 运转时间对连通孔隙度不同的轴承 的滑动噪音的影响 首先，两种含油轴承 的滑动噪音差很小， 即运转时间对滑动噪 音的影响不大。其次 ，在全部的运转时间 范围内，两种含油轴 承的滑动噪音之差都 在1dB以内。由此可 以看出，孔隙度对滑 动噪音的影响不大。 含油率/连通孔隙度之比值对滑动噪音的 影响 不论是含油率/连通孔隙度之 比为何值的轴承试样。都是 随着透气性减低，轴承的滑 动噪音也减小，到透气性为 210-3darcy左右达到最小值 。而后，则随着透气性减低 ，轴承的滑动噪音反而增大 。 当含油率/连通孔隙度之比值 为100%时，即轴承的孔隙充 满