铜_钢双金属柱塞泵缸体的铜层制备及性能研究.pdf

摘要

随着当今汽车技术的快速发展，柱塞泵作为传动系统的重要部件之一，担负着

防止系统过载、减振、动力传递等非常重要的作用。柱塞泵缸体作为柱塞泵的重要

零部件，其缸体端面覆有Cu-10Sn-10Pb耐磨层，该铜层存在不环保、耐磨性差、

铜层易脱落等缺陷。本文研究了一种无铅的铜基摩擦材料，开展了铜合金粉末的配

比、球磨工艺和烧结工艺对铜基耐磨材料的孔隙率和硬度的影响规律；探讨了TiBN

的配比、烧结工艺对铜/钢异种材料的界面结合、铜层耐磨性的影响机理，为制备

环保、耐磨的铜基耐磨材料提供可参考的基础数据，得出如下结论：

（1）研究了铜合金粉末的粉末配比(Bi含量)、球磨工艺和烧结工艺对铜层的

组织、孔隙率和硬度的影响。结果发现：当铜合金粉末配比为Cu-10%Sn-5%Bi；

球磨工艺为球料比15：1，先低速150r/min，球磨10h，然后高速450r/min，球磨

18h，最后中速250r/min，球磨10h；两次压制烧结均为680℃，保温40min时，制

备出的铜合金粉末粒径约为4μm，分布弥散，无团聚现象；铜层组织形态呈圆形，

分布较均匀；孔隙率为4.5%，硬度为116.6HV。

（2）研究了TiBN粉末的添加以及烧结工艺对Cu-10%Sn-5%Bi合金的组织、

孔隙率和硬度的影响。结果发现：当TiBN含量为2wt.%；两次压制烧结均为800℃，

保温40min时，制备出的铜合金粉末粒径约为3μm；铜层组织形态呈蠕虫状，Sn

从Cu基体中析出；孔隙率为3.8%，与Cu-10%Sn-5%Bi合金相比降低了15.5%；

硬度为118.3HV，与Cu-10%Sn-5%Bi合金相比提高了1.45%。

（3）研究了TiBN含量以及烧结工艺对铜/钢双金属柱塞泵缸体铜层的组织、

界面结合、摩擦磨损性能的影响。结果发现：当TiBN含量为0.5wt.%；烧结工艺

为970℃，保温90min时，制备出的铜/钢复合材料铜层组织无明显孔洞，组织分

布均匀，厚度均匀，约为3mm；铜/钢界面结合良好，界面处硬度最高，为110HV，

与Cu-10%Sn-5%Bi/钢双金属材料相比，提高了3.8%；铜层硬度最高，为119.467HV，

与国产件相比，提高了8.9%；耐磨性能最佳，摩擦系数为0.25，比国产件降低了

44%，磨损试样表面磨痕较浅，平均磨损深度为0.351μm，Cu-10%Sn-5%Bi/钢双金

属材料平均磨损深度为0.515μm，国产件平均磨损深度为1.809μm。

关键词：TiBN；Cu-10%Sn-5%Bi；柱塞泵缸体铜层；摩擦磨损性能

Abstract

Thepistonpumpisacrucialcomponentofthetransmissionsystem,responsiblefor

preventingsystemoverload,dampingvibration,andtransmittingpower.Itplaysavital

roleinmodernautomotivetechnologysrapiddevelopment.Thepistonpumpcylinderis

acrucialcomponentofthepump.Toenhanceitswearresistance,aCu-10Sn-10Pblayer

isappliedtothecylindersendface.However,thislayerhasseveraldrawbacks,including

poorenvironmentalfriendliness,lowabrasionresistance,andatendencytopeeloff.This

paperinvestigatesacopper-basedfrictionmaterialthatisfreeoflead.Itexaminesthe

effectoftheratioofcopperalloypowder,ballmillingprocess,andsinteringprocesson