Microstructure and Tribological Properties of the Copper Matrix Composite Materials Containing Lubricating Phase Particles

• Autorzy: Juszczyk B. , Kulasa J. , Malec W. , Malara S. , Czepelak M. , Ciura L.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amm-2014-0061

Warianty tytułu

PL

Mikrostruktura oraz właściwości tribologiczne materiałów kompozytowych na osnowie miedzi z udziałem cząstek faz smarnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents results of the studies into influence of individual particles of lubricating phase on microstructure and tribological properties of copper based composite materials for slide bearings. The studied material was composed of copper alloys with lubricating phase particles, e.g. in a form of graphite and glassy carbon. The metallic matrix of composite materials consisted of Cu-Sn type alloys. Production of the examined materials included processes with complete or partial participation of liquid phase and was conducted in two ways. In production of composites both classical powder metallurgy technology was applied and a method of melting with simultaneous mechanical stirring in liquid state (stir casting). Particles of lubricating phases were heated up to the temperature of 200°C and introduced into a liquid metal and then stirring process at constant rate of 1500 rpm rotational speed was applied. To improve wettability of graphite and glassy carbon particles titanium was introduced into the metallic matrix. In production of the composites by powder metallurgy methods the process consisted of mixing of bronze powders and particles of non-metallic phases and then their consolidation. Both quantitative and qualitative structure analysis of the produced composites was performed. Also through evaluation of tribological properties (friction coefficient, wear) with CSM Instruments high temperature tribometer THT was conducted.

PL

W pracy zamieszczono wyniki badań dotyczące wpływu poszczególnych cząstek faz smarnych na mikrostrukturę oraz właściwości tribołogiczne materiałów kompozytowych na osnowie miedzi przeznaczonych na łożyska ślizgowe. Przedmiot badań stanowiły stopy miedzi z udziałem cząstek faz smarnych m.in. w postaci: grafitu oraz węgla szklistego. Metaliczną osnowę materiałów kompozytowych stanowiły stopy z układu Cu-Sn 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 z jednoczesnym mieszaniem mechanicznym w stanie ciekłym (stir casting). Do ciekłego metalu wprowadzono podgrzane do temperatury 200°C cząstki faz smarnych, a następnie prowadzono proces mieszania stosując stałą prędkość obrotową na poziomie 1500 obr/min. W celu poprawy zwilżalności cząstek grafitu i węgla szklistego do osnowy metalicznej wprowadzono tytan. W przypadku otrzymywania kompozytów na drodze metalurgii proszków proces obejmował mieszanie proszków brązu oraz cząstek faz niemetalicznych, a następnie ich konsolidację. Wytworzone materiały kompozytowe poddano analizie struk- tury zarówno w ujęciu ilościowym, jak i jakościowym. Dokonano również szczegółowej oceny właściwości tribologicznych (współczynnik tarcia, zużycie) przy wykorzystaniu tribometru wysokotemperaturowego THT firmy CSM Instruments.

Słowa kluczowe

EN

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

PL

kompozyty o osnowie 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. 1
• Strony: 365--369
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Juszczyk B.

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

autor

Kulasa J.

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

autor

Malec W.

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

autor

Malara S.

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

autor

Czepelak M.

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

autor

Ciura L.

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

Bibliografia

• [1] B. Leszczyńska-Madej, M. Madej, The properties of babbitt bushes in steam turbine sliding bearings, Archives of Metall. and Mater. 56, 3, 805-812 (2011).
• [2] Z. Lawrowski, Bezobsługowe łożyska ślizgowe. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej. Wrocław 2006.
• [3] H. Kato, M. Takama, Y. Iwai, K. Washida, Y. Sasaki, Wear and mechanical properties of sintered copper-tin composites containing graphite or molybdenum disulfide, Wear 255, 573-578 (2003).
• [4] M. Kallio, P. Vuorinen, E. Fuentes, O. Marana, V. Ruusila, Tribological behaviour of bronze alloys with solid lubricants, Key Eng. Mater. 527, 205-210 (2013).
• [5] B. Juszczyk, J. Kulasa, W. Malec, S. Malara, Ł. Wierzbicki, B. Cwolek, L. Ciura, Study on the production of copper matrix composites using lubricating phase particles, Proceedings of the Euro PM2012 Congress, p. 181-186.
• [6] J. Wieczorek, J. Śleziona, Tribological properties of silver matrix composites, Archives of Foundry Engineering 7, 181-185 (2007).
• [7] J. Myalski, Kompozyty cierne z osnową aluminiowa o niskim współczynniku tarcia, Kompozyty 2, 191-194 (2002).
• [8] Y. Kimura, T. Wakabayashi, K. Okada, T. Wada, H. Nishikawa, Boron nitride asalubricant additive, Wear 232, 199-206 (1999).
• [9] 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).
• [10] P. K. Rohatgi, J. Sobczak, N. Sobczak, J. K. Kim, Odlewane kompozytyoosnowie miedzi zbrojone cząsteczkami grafitu, Rudy Metale 9, 380, (1997).
• [11] A. J. Dolata, M. Dyzia, Aspects of fabrication aluminium matrix heterophase composites by suspension metod, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 35 (1), 012020, 1-7.
• [12] J. K. Kim, P. K. Rohatgi, J. O. Choi, C. O. Choi, Wear properties and effect of molds on microstructure of graphite reinforced copper alloy composites made by centrifugal casting. Metals and Materials International 11, 4, 333-340 (2005).
• [13] 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).
• [14] P. K. Rohatgi, Development of lead-free copper alloy-graphite castings, U.S. Department of Energy - Final Report DOE/ID/13236-4.
• [15] 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).

Uwagi

The study was conducted as part of Innovative Economy Operational Programme’s Strategic Project 01.01.02-00-015/09-00 entitled ”Advanced materials and their production technologies”. The Project is co-financed from European Regional Development Fund resources as part of Innovative Economy Operational Programme, 2007-2013.