Tribological Properties of Copper-Based Composites with Lubricating Phase Particles

• Autorzy: Juszczyk B. , Kulasa J. , Malara S. , Czepelak M. , Malec W. , Cwolek B. , Wierzbicki Ł.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amm-2014-0101

Warianty tytułu

PL

Właściwości tribologiczne kompozytów na osnowie miedzi z udziałem cząstek faz smarnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The results of research into influence of chemical composition on structure and tribological properties of copper-based composites intended for slide bearings are presented in this paper. The study was focused on copper alloys with lubricating phase particles in form of graphite, tungsten disulphide (WS₂), molybdenum disulphide (MoS₂) and glassy carbon. The metallic matrix of composite materials was composed of alloys from Cu-Sn-Zn system. The mass content of lubricating phase particles was from 5 to 20%. The process of production of subject materials included the processes conducted with full or partial contribution of liquid phase and it was conducted by two methods. Both the method of classic powder metallurgy and stir casting method were used for the production of composites. Lubricating phase particles heated to the temperature of 200°C were introduced to liquid metal bath and then the process of stirring and casting to moulds was performed. In case of production of composites by powder metallurgy, the process included mixing of bronze powders and lubricating phase particles, and then their consolidation. Sintering process was conducted in temperature between 750-800°C. The produced materials were tested in terms of microstructure and tribological properties with the CSM Instruments tribometer.

PL

W pracy zamieszczono wyniki badań dotyczące wpływu składu chemicznego na strukturę oraz właściwości tribologiczne materiałów kompozytowych na osnowie miedzi przeznaczonych na łożyska ślizgowe. Przedmiot badań stanowiły stopy miedzi z udziałem cząstek faz smarnych w postaci grafitu, dwusiarczku wolframu (WS₂)), dwusiarczku molibdenu (M0S₂) oraz węgla szklistego. Metaliczną osnowę materiałów kompozytowych stanowiły stopy z układu Cu-Sn-Zn. Udział masowy cząstek faz smarnych wynosił od 5 do 20%. Proces wytwarzania badanych materiałów obejmował procesy przebiegające z całkowitym oraz częściowym udziałem fazy ciekłej i przebiegał dwutorowo. Do wytwarzania kompozytów zastosowano zarówno metodę klasycznej metalurgii proszków, jak i metodę topienia i odlewania z jednoczesnym mieszaniem tzw. stir casting. Do ciekłej kąpieli metalicznej wprowadzono podgrzane do temperatury 200°C cząstki faz smarnych a następnie realizowano proces mieszania i odlewania do form. W przypadku otrzymywania kompozytów na drodze metalurgii proszków proces obejmował mieszanie proszków brązu oraz cząstek faz smarnych, a następnie ich konsolidację. Proces spiekania prowadzono w temperaturze z zakresu 750+800°C. Wytworzone stopy poddano badaniom mikrostruktury oraz oceny właściwości tribologicznych na tribometrze CSM Instruments.

Słowa kluczowe

EN

copper matrix composites; bearing materials; microstructure; tribological properties; friction coefficient

PL

kompozyty miedzi; łożyska ślizgowe; mikrostruktura; właściwości trybologiczne; współczynnik tarcia

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, iss. 2
• Strony: 615--620
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys.

Twórcy

autor

Juszczyk B.

• Institute of Non-Ferrous Metals, 5 Sowińskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

autor

Kulasa J.

• Institute of Non-Ferrous Metals, 5 Sowińskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

autor

Malara S.

• Institute of Non-Ferrous Metals, 5 Sowińskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

autor

Czepelak M.

• Institute of Non-Ferrous Metals, 5 Sowińskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

autor

Malec W.

• Institute of Non-Ferrous Metals, 5 Sowińskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

autor

Cwolek B.

• Institute of Non-Ferrous Metals, 5 Sowińskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

autor

Wierzbicki Ł.

• Institute of Non-Ferrous Metals, 5 Sowińskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] J. Myalski, Influence of glassy carbon on the tribological characteristics of metal matrix composites (Wpływ dodatku węgla szklistego na charakterystyki tribologiczne materiałów kompozytowych z osnową metaliczną), Composites 3, 317-321 (2003).
• [2] J. Wieczorek, J. Śleziona, J. Myalski, A. Dolata-Grosz, M. Dyzia, G. Służałek, Zużycie i struktura powierzchni po współpracy w warunkach tarcia technicznie suchego w kompozytach AK12-cząstki ceramiczne, Composites 2, 212-216 (2002).
• [3] H. Kato, M. Takama, Y. Iwai, K. Washida, Y. Sasaki, Wear and mechanical properties of sintered coppertin composites containing graphite or molybdenum disulfide, Wear 255, 573-578 (2003).
• [4] J. Wieczorek, J. Śleziona, Tribological properties of silver matrix composites, Archives of Foundry Engineering 7, 181-185 (2007).
• [5] J. Myalski, Friction aluminum matrix composites with a low coefficient of friction (Kompozyty cierne z osnową aluminiową o niskim współczynniku tarcia), Composites 2, 191-194 (2002).
• [6] Y. Kimura, T. Wakabayashi, K. Okada, T. Wada, H. Nishikawa, Boron nitride asalubricant additive, Wear 232, 199-206 (1999).
• [7] Deonath, R. T. Bhat, P. K. Rohatgi, Fluidity of mica particle dispersed aluminium alloy, Journal of Materials Science 15 (11), 2777-2784 (1980).
• [8] J. Śleziona, Fundamentals of composites technology (Podstawy technologii kompozytów), WPS, Gliwice (1998).
• [9] P. Darłak, J. Sobczak, K. Saja, R. Żuczek, A. Kudyba, Technological tests fabrication of cast brake discs with aluminum-based composites, reinforced with Si Cparticles dispersion (Próby technologiczne wykonania odlewów tarcz hamulcowych z kompozytów na bazie aluminium, zbrojonych dyspersyjnie cząstkami Si C), Innovations in foundry (Innowacje w odlewnictwie), Instytut Odlewnictwa, 229-238 (2007).
• [10] J. Kovacik, S. Emmer, J. Bielak, L. Kelesi, Effect of composition on friction coefficient of Cu-graphite composites, Wear 265, 417-421 (2008).
• [11] J. Hashim, L. Looney, M. S. J. Hashmi, Metal matrix composites: production by the stir casting method, Journal of Materials Processing Technology 92-93, 1-7 (1999).
• [12] P. K. Rohatgi, J. Sobczak, N. Sobczak, J. K. Kim, Cast copper matrix composites reinforced with graphite particles (Odlewane kompozyty o osnowie miedzi zbrojone cząsteczkami grafitu), Rudy Metale 9, 380 (1997).
• [13] P. K. Rohatgi, Development of lead-free copper alloy-graphite castings, U.S. Department of Energy - Final Report DOE/ID/13236-4.
• [14] M. Kestursatya, J. K. Kim, P. K. Rohatgi, Wear performance of copper-graphite composite and leader copper alloy, Mater. Sci. Eng. A339, 150-158 (2003).
• [15] J. K. Kim, P. K. Rohatgi, Formation ofagraphite-rich zone in centrifugally cast copper alloy graphite composites, Journal of Materials Science 33, 2039-2045 (1998).
• [16] J. K. Kim, M. Kestursatya, P. K. Rohatgi, Tribological properties of centrifugally cast copper alloy-graphite particle composite, Metall. Mater. Trans. 31A, 1283-1293 (2000).
• [17] W. Ames, A. T. Alpas, Wear Mechanisms In Hybrid Composites of Graphite-20 Pct Si C In A356 Aluminium Alloy, Met. And Mat. Trans. 26 a, 1, 85-97 (1995).
• [18] M. Łagiewka, Z. Konopka, A. Zyska, M. Nadolski, Examining of abrasion resistance of hybrid composites reinforced with Si Cand Cgr particles, Archives of Foundry Engineering, Polish Academy of Science, The Katowice Branch Commission of Foundry Engineering 8, 59-62 (2008).
• [19] J. Wieczorek, J. Śleziona, J. Myalski, Tribological properties of composites AK12-Si C,AK12-Ci AK12-Si C/C (Właściwości tribologiczne kompozytów AK12-Si C, AK12-C i AK12-Si C/C). Innovations in foundry (Innowacje w odlewnictwie) (Instytut Odlewnictwa), 217-223 (2008).
• [20] J. Śleziona, J. Wieczorek, A. Dolata-Grosz, M. Dyzia, J. Myalski, Verification of fabrication technology of composites - the procedures of the manufacture of composites cast (Weryfikacja parametrów technologii wytwarzania kompozytów - procedury wytwarzania odlewów kompozytowych). Innovations in foundry (Innowacje w Odlewnictwie), Instytut Odlewnictwa, 163-168 (2009).
• [21] R. Noor Ahmed, C. S. Ramesh, Tribological properties of castcopper-Si C-Graphite hybryd composies, International Sympsium of Research Students on Materials Science and Engineering, (2004).
• [22] M. Cholewa, Technological aspects of the study of flow and solidification of composites with particles (Technologiczne aspekty badań płynięcia i krzepnięcia kompozytów z cząstkami). Innovations in foundry (Innowacjew Odlewnictwie), 207-216 (2008).
• [23] J. Śleziona, Technological aspects of production of suspensions composites type Al-Si C/C (Uwarunkowania technologiczne wytwarzania zawiesin kompozytowych typu Al-Si C/C), Innovations in foundry (Innowacjewodlewnictwie), Instytut Odlewnictwa, 181-186 (2007).
• [24] C. S. Ramesh, R. Noor Ahmed, M. A. Mujeebu, M. Z. Abdullah, Fabrication and study on tribological characteristic of cast copper-TiO2-boric acid hybrid composites. Materials and Design 30, 1632-1637 (2009).
• [25] C. S. Ramesh, R. Noor Ahmed, M. Safiualla, Strength and wear properties of cast copper-TiO2-Boric acid hybrid composites. Proceeding of the International Conference ICMAT-2004, Kaula Lumpur, 836-839 (2004).