无压浸渍锰白铜合金-W2C复合涂层磨损特性研究.pdf

无压浸渍锰白铜合金-W C复合涂层磨损特性研究1 2 马红玉，王镇全，张嗣伟，王德国 中国石油大学(北京)机电工程学院(102200) email：hongyum2006@ 摘要：研究了W C粒度不同的两种锰白铜-W C复合涂层与钻机盘式刹车块专用新型摩擦材料对 2 2 摩时的磨损特性。结果表明：比压在0.18～0.54MPa 范围内时，两种涂层的磨损量随着比压 的增大而增加；W2C粒度较大的涂层I的抗磨性优于涂层II的。转速在500～1000rpm范围内时， 涂层I的磨损量变化出现波动，涂层II的磨损量则在锯齿状的波动中呈现出增加的趋势；转 速在1000～1500rpm范围内时，涂层I的磨损量随转速的增大而增加；多数情况下，W2C粒度 较大的涂层I的磨损较少，对对偶件的磨损也较少。涂层I的磨损机理主要是磨粒磨损，粘着 磨损，并出现W2C颗粒被抛光以至疲劳裂纹萌生、扩展、剥落等特征；而涂层II的磨损机理 除具有上述特征外，还具有W2C颗粒直接脱落的特征。 关键词：锰白铜合金；W2C粒度；无压浸渍；磨损特性；钻机盘式刹车 1.引言 盘式刹车是石油工业深井和超深井钻机中重要部件之一，它具有独特的制动工况，即长 期周期性的重复制动，一般持续8小时以上，井越深，持续时间越长，工况十分繁重，其制 动性能和使用寿命都亟待进一步改善和提高。而且，刹车盘尺寸大，低质材料往往不能满足 要求，大都采用昂贵的整体金属材料，成本高，材料利用很不合理。到目前为止，对刹车副 的研究大多针对汽车、火车、飞机等的制动装置，国内外对石油工业用深井和超深井钻机刹 车这类重载和大尺寸的刹车副的研究鲜有报道，有关表面工程技术在钻机刹车盘上应用的研 究更是寥寥无几。王新华等[1~4]在20＃和35＃钢表面分别堆焊了两种材料作为石油钻机刹车盘 试件，对其与无石棉摩擦材料作为对偶件的摩擦磨损性能进行了试验研究，并与16Mn钢刹 车盘试件进行比较，结果表明，前者的摩擦系数均高于后者，且具有优良的高温耐磨性能。 此外，他们还对刹车副材料筛选作了灰色关联分析[4] [5] 。易茂中等 对等离子喷涂Fe-Ni-Co-WC 涂层的重载制动摩擦特性进行了试验研究，他们分别以石棉摩擦材料和半金属摩擦材料为对 偶件，在相同的试验条件下发现等离子喷涂涂层的摩擦系数均比基体35CrMo钢的高，且制 动时间短，制动效率和耐磨性能都明显提高。 有关锰白铜合金-W [6] C复合材料方面的研究也取得一些进展。刘宁 认为W C相具有很高 2 2 的硬度和熔点，作为强化相在钢中获得应用，特别是对钢的二次硬化效应起主要作用。研究 表明[7,8]，锰白铜Cu-20Ni-20Mn合金是高弹性合金，具有高的机械强度、硬度、弹性和 1 本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金（项目编号：20020425005 ）资助 - 1 - 工作温度，在 400 ℃的温度下仍然具有接近铍青铜的室温性能，是一种理想的抗磨粒磨损的 复合材料的基体材料。张长军等人[9] 的研究结果表明，锰白铜基铸造碳化钨WC(W C)颗粒增 2 强复合材料抗磨粒磨损的性能比合金白口铸铁更优，采用不同硬度磨粒时锰白铜基铸造碳化 钨复合材料的耐磨性比高铬铸铁的耐磨性均有大幅度提高，