鄒芹，馮紹亮，王明智

(燕山大學(xué) a.機(jī)械工程學(xué)院；b.亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室,河北 秦皇島 066004)

鐵基滑動(dòng)軸承于20世紀(jì)30年代后期在德國(guó)出現(xiàn)，20世紀(jì)50年代鐵基滑動(dòng)軸承材料快速發(fā)展，并在很多領(lǐng)域開(kāi)始取代青銅石墨軸承。鐵基滑動(dòng)軸承價(jià)格低，具有優(yōu)異的自潤(rùn)滑性能和耐疲勞、高強(qiáng)度等力學(xué)性能。新型鐵基材料[1-4]研究逐漸增多，鐵基滑動(dòng)軸承材料研究隨之深入，應(yīng)用范圍也不斷拓展，由低速輕載工況提升到高溫、高載荷及腐蝕介質(zhì)等復(fù)雜工況[5-7]。目前，對(duì)于鐵基滑動(dòng)軸承材料的開(kāi)發(fā)主要集中在2個(gè)方面：首先，研發(fā)新型硬質(zhì)顆粒材料作為第二增強(qiáng)相[8]使材料整體強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能大幅度提升；其次，研發(fā)更優(yōu)異的潤(rùn)滑相改善滑動(dòng)軸承的自潤(rùn)滑性。除了添加增強(qiáng)顆粒組元和潤(rùn)滑組元，還可以通過(guò)一定的熱處理等后處理工藝[9-10]增強(qiáng)材料的抗疲勞性和耐磨性。經(jīng)過(guò)熱處理加工的鐵基合金材料表面硬度整體上升，耐磨性增強(qiáng)，摩擦因數(shù)較熱處理前降低[11-12]，常見(jiàn)的后處理方式有退火、淬火、回火、激光表面熱處理以及激光涂覆等處理技術(shù)[13-17]。通過(guò)調(diào)節(jié)退火等熱處理時(shí)間改變材料的微觀相成分和組織位錯(cuò)密度，達(dá)到改善力學(xué)性能、摩擦磨損等性能的目的[18-20]。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)鐵基滑動(dòng)軸承的不同工況要求研發(fā)出了多種產(chǎn)品，如Fe-C系、Fe-Cu-C以及Fe-Mo-C系列等[21]。

1 Fe-C系軸承材料

第二次世界大戰(zhàn)前，鐵基粉末冶金材料就應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)零件、刀具及耐磨零件等領(lǐng)域[22-23]。工況條件僅限轉(zhuǎn)速1 000 r/min 左右、抗壓強(qiáng)度低于為200 MPa的場(chǎng)合，由于鑄鐵軸承價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛。20世紀(jì)30年代后期研究發(fā)現(xiàn)，鑄鐵軸承材料中添加石墨可以有效提升材料的潤(rùn)滑性能，改善磨損嚴(yán)重的問(wèn)題，但力學(xué)強(qiáng)度相對(duì)較低。為了研究力學(xué)性能更優(yōu)的鐵基滑動(dòng)軸承材料，在鐵基石墨材料中添加各種增強(qiáng)力學(xué)性能的硬質(zhì)顆粒，并取得優(yōu)異成果[24]。顆粒增強(qiáng)鐵基石墨復(fù)合軸承材料具有高強(qiáng)度、高彈性模量、耐磨等優(yōu)異的綜合性能，逐漸成為材料界研究的熱點(diǎn)。

20世紀(jì)50年代末期，文獻(xiàn)[25]首次通過(guò)顆粒增強(qiáng)改善鐵基石墨滑動(dòng)軸承材料性能，利用粉末冶金的方法制備Al2O3顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)Al2O3增強(qiáng)顆粒均勻分布在鐵基復(fù)合材料表面，具有彌散強(qiáng)化的作用，可明顯提高鐵基材料整體的抗蠕變性能和強(qiáng)度。

為了進(jìn)一步探究Al2O3增強(qiáng)鐵基石墨復(fù)合材料的微觀組織以及增強(qiáng)顆粒對(duì)性能的影響，文獻(xiàn)[26]采用熔鑄法制備Al2O3增強(qiáng)鐵基石墨復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)Al2O3增強(qiáng)顆粒均勻分布在整個(gè)鐵基體中，增強(qiáng)相與基體之間沒(méi)有反應(yīng)層；隨著Al2O3含量不斷增加，細(xì)小的Al2O3晶粒不斷變粗變大，并開(kāi)始出現(xiàn)裂紋，分析原因是Al2O3具有較脆的陶瓷材料屬性，隨著晶粒不斷變大變粗和溫度下降，晶粒內(nèi)部受到的應(yīng)力逐漸增大，最后導(dǎo)致晶粒破裂；適量的Al2O3對(duì)鐵基復(fù)合材料力學(xué)性能有明顯提升作用。

Al2O3的化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，具有陶瓷材料的特性，與鐵密度相差很大，二者之間的理論潤(rùn)濕角高達(dá)150°，導(dǎo)致潤(rùn)濕性較差，改善二者間的潤(rùn)濕性可以提升材料整體的綜合性能。通過(guò)在Al2O3顆粒表面采用化學(xué)鍍或氣相沉淀等方法鍍膜的方式可以極大的提高復(fù)合材料強(qiáng)度和耐磨性，常用的鍍膜種類有鍍鎳、鍍銅等。

文獻(xiàn)[27]在Al2O3顆粒表面鍍制一層銅膜以制備燒結(jié)鐵基石墨材料，探究鍍膜和不鍍膜顆粒對(duì)材料性能的影響，結(jié)果表明，鍍膜材料摩擦因數(shù)提高5%～10%，而磨損率下降5%～8%，鍍膜技術(shù)可以改善鐵基石墨材料摩擦磨損性能。

隨著增強(qiáng)顆粒研究不斷深入，顆粒種類和性能也隨之增多，由Al2O3逐漸發(fā)展到高性能碳化物，如碳化鈦、碳化鎢、碳化釩等[28-30]，以碳化鈦為代表的碳化物成為關(guān)注焦點(diǎn)[31-33]，碳化物和鐵基之間的潤(rùn)濕角較小，在高溫等復(fù)雜條件下也能保持良好的界面結(jié)合狀態(tài)，此外，這類碳化物高硬度和高熔點(diǎn)決定了其優(yōu)異的抗磨性和耐高溫性能，對(duì)鐵基石墨滑動(dòng)軸承在高溫重載條件下的應(yīng)用有一定優(yōu)勢(shì)。

文獻(xiàn)[34]用原位合成法制備碳化鈦增強(qiáng)鐵基石墨材料，發(fā)現(xiàn)碳化鈦顆粒均勻分布在鐵基石墨材料表面，與基體結(jié)合優(yōu)異，TiC顆粒可增強(qiáng)材料的硬度和耐磨性，添加后整體平均硬度可達(dá)2 354 HV,遠(yuǎn)高于一般增強(qiáng)顆粒鐵基復(fù)合材料。文獻(xiàn)[35]采用鑄造與原位合成技術(shù)制備了TiC顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料，從抗高溫氧化性及微觀結(jié)構(gòu)耐磨性方面對(duì)制備的鐵基復(fù)合材料進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)鐵基復(fù)合材料表面有極細(xì)的TiC顆粒，直徑均小于3 μm，TiC顆粒與基體表面結(jié)合良好；在干磨損條件下，尤其在重載時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性；在高溫900 ℃時(shí)表現(xiàn)出極好的抗氧化性。文獻(xiàn)[36]用粉末冶金法制備了TiC增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)其耐磨性遠(yuǎn)優(yōu)于淬火45#鋼材料。文獻(xiàn)[37]為改善鐵基石墨材料耐磨性能，利用激光涂覆的方法制備TiC增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)TiC涂層質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí)，涂層組織最致密、尺寸較小、分布均勻，熔覆層平均維氏硬度為7.838 GPa，磨損率為45#鋼基體的1/38。文獻(xiàn)[38-39]對(duì)碳化鈦顆粒直接增強(qiáng)鐵基石墨復(fù)合材料性能方面進(jìn)行了論證，得出了類似結(jié)論。

為尋求間接改善增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料性能的方法，文獻(xiàn)[40]利用化學(xué)鍍的方法制備鍍鎳TiC增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料，制備后鐵基復(fù)合材料表面組織更細(xì)化均勻、界面結(jié)合良好，摩擦磨損性能優(yōu)異，在高速重載以及對(duì)磨損要求較為嚴(yán)格的條件下表現(xiàn)較好。

WC具有高硬度、耐磨、線膨脹系數(shù)小、抗腐蝕性、穩(wěn)定性良好以及耐高溫等優(yōu)良特性，與鐵基石墨材料的潤(rùn)濕角幾乎為零，界面結(jié)合能力較好，對(duì)鐵基石墨材料的耐磨性能有顯著提升，在高溫高速、腐蝕和磨損較嚴(yán)重的軸承材料應(yīng)用方面具有一定的優(yōu)勢(shì)[41]。

為改良鐵基石墨復(fù)合材料耐腐蝕性，文獻(xiàn)[42]進(jìn)行了WC顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料耐腐蝕性研究，以高鉻鑄鐵材料為對(duì)照組，改變復(fù)合材料中WC含量進(jìn)而測(cè)定抗腐蝕參數(shù)，研究表明，隨著WC含量增多，材料抗腐蝕能力提升至最高后開(kāi)始下降，體積分?jǐn)?shù)為36%時(shí)磨損率最小，平均抗腐蝕能力優(yōu)于高鉻鑄鐵材料1.38～2.93倍。文獻(xiàn)[43]發(fā)現(xiàn)，在含WC的鐵基石墨復(fù)合材料中添加一定含量的鉻對(duì)材料的抗腐蝕性有明顯提升。

為探究WC鐵基石墨材料在高溫環(huán)境下的摩擦機(jī)理，文獻(xiàn)[44]通過(guò)真空實(shí)型鑄滲法制備WC鋼基表面復(fù)合材料，考察了復(fù)合材料在200，300，500，600 ℃時(shí)的高溫磨損率及機(jī)理，發(fā)現(xiàn)200 ℃時(shí)表現(xiàn)為粘著磨損和疲勞磨損，而在300，500，600 ℃時(shí)表現(xiàn)為氧化磨損和疲勞磨損，其磨損過(guò)程為氧化與剝落交替進(jìn)行的動(dòng)態(tài)磨損過(guò)程。

VC具有高熔點(diǎn)、高硬度、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，與熔融鐵間的潤(rùn)濕角為28°，當(dāng)VC顆粒與鐵基體凝固時(shí)，很容易被凝固界面捕捉，導(dǎo)致VC顆粒均勻分布在鐵基體表面，VC顆粒與上述碳化物有類似的優(yōu)良特性，突出的是VC顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料優(yōu)異的耐磨性。文獻(xiàn)[45]研究表明，在相對(duì)重載干滑動(dòng)磨損條件下，VC顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料的耐磨性比淬火45#鋼提高了近53倍，比激冷鑄鐵提高了約6倍，其主要磨損機(jī)制為輕微的磨粒磨損。

文獻(xiàn)[46]利用SiC顆粒改善鐵基石墨復(fù)合材料耐磨性，采用粉末冶金法制備SiC顆粒增強(qiáng)鐵基石墨復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)SiC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～10%時(shí)可獲得較理想的綜合性能，與不含SiC相比，鐵基粉末冶金材料的耐磨性可以提高10～20倍。

為尋求合適的熱處理工藝改善鐵基石墨復(fù)合材料摩擦磨損等性能，文獻(xiàn)[47]研究了配方Fe-2%Ni-0.3%C在不同熱處理工藝前后的摩擦磨損特性，發(fā)現(xiàn)在臨界區(qū)790 ℃退火且水淬處理后材料的摩擦學(xué)特性較好；文獻(xiàn)[48]探究了含鎳鐵基石墨材料受熱處理工藝的性能影響，發(fā)現(xiàn)經(jīng)淬火和回火后的磨損組織變形較小，表面材料出現(xiàn)細(xì)小的滑痕犁溝和輕微剝離。回火硬度為40 HRC時(shí)磨損率達(dá)到最小，性能明顯優(yōu)于對(duì)照組；文獻(xiàn)[49]驗(yàn)證了合適的熱處理工藝對(duì)鐵基合金材料的磨損和疲勞等特性有很大改良作用：選定鐵基復(fù)合材料為Fe-1.75 %Ni-1.5%Cu-0.5%Mo-0.6%C，在可控氣氛中進(jìn)行奧氏體化，溫度800～850 ℃，保溫30 min，油中淬火后在300～350 ℃內(nèi)回火1 h，測(cè)得疲勞強(qiáng)度和硬度等性能參數(shù)明顯優(yōu)于熱處理前對(duì)照組。

2 Fe-Cu-C系軸承材料

20世紀(jì)60年代初，隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，滑動(dòng)軸承使用工況復(fù)雜程度加大，對(duì)滑動(dòng)軸承材料性能提出了更高要求，單純添加Al2O3或TiC等一些顆粒增強(qiáng)體對(duì)鐵基材料性能有一定局限性，如添加增強(qiáng)顆粒不能有效改善鐵基滑動(dòng)軸承材料的順應(yīng)性、嵌入性、自潤(rùn)滑性及長(zhǎng)時(shí)間抗疲勞等問(wèn)題，為滿足不同工況下滑動(dòng)軸承特殊需求，探索新的滑動(dòng)軸承材料勢(shì)在必行。實(shí)踐證明，銅具有減磨性好、抗疲勞特性強(qiáng)、嵌入性以及順應(yīng)性優(yōu)良等特性，較適于工作周期較長(zhǎng)和對(duì)抗疲勞性要求較高的工況，此時(shí)出現(xiàn)了有代表性的Fe-Cu-C系軸承材料，研究發(fā)現(xiàn)，含銅鐵基石墨材料抗拉強(qiáng)度高達(dá)400 MPa,與可鍛鑄鐵相當(dāng),已經(jīng)遠(yuǎn)超鑄鐵的強(qiáng)度，因此，在Cu對(duì)Fe-Cu-C系軸承材料自潤(rùn)滑性和力學(xué)性能影響方面展開(kāi)了大量研究。

文獻(xiàn)[50]為提升鐵基石墨軸承材料的力學(xué)性能以及摩擦學(xué)性能，在鐵基石墨軸承材料中加入一定劑量的銅粉，采用粉末冶金法進(jìn)行燒結(jié)制備，發(fā)現(xiàn)適量Cu可明顯提升材料硬度、壓潰強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度及摩擦學(xué)性能，從微觀組織上發(fā)現(xiàn)Cu固溶于鐵基組織表面，產(chǎn)生的金屬間化合物Fe4Cu3和Cu均勻分布在鐵基復(fù)合材料表面，起到彌散強(qiáng)化作用，此外Cu還能夠抑制V-Fe晶粒長(zhǎng)大，進(jìn)而細(xì)化晶體，間接提高了材料的強(qiáng)度、塑性以及韌性等。

普通碳素鋼含有鐵素體和珠光體，導(dǎo)致在摩擦過(guò)程中碳素鋼表面材料脫落嚴(yán)重，極大損耗了基體材料，文獻(xiàn)[51]向鐵基石墨材料中添加Cu作為第二增強(qiáng)相以改善材料摩擦學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)Cu有利于提升鐵碳基體材料的耐磨性，在保證摩擦因數(shù)達(dá)標(biāo)情況下，適量的Cu可明顯降低材料在高速狀態(tài)下的磨損率，這是由于Cu可以增強(qiáng)材料表面硬度等性能，在高速環(huán)境下磨損機(jī)制由原來(lái)嚴(yán)重的分層磨損向輕微的氧化磨損機(jī)制轉(zhuǎn)變。

文獻(xiàn)[52]從微觀角度解釋了Cu對(duì)Fe-Cu-C復(fù)合材料性能的作用機(jī)理，發(fā)現(xiàn)不含銅的鐵基復(fù)合材料組織含有馬氏體、貝氏體以及較大的孔隙，含Cu的鐵基材料組織孔隙率明顯降低，這是由于銅在燒結(jié)過(guò)程中形成的液相很好填補(bǔ)了合金顆粒之間的孔隙，形成液相的張力作用導(dǎo)致Cu在組織中分布均勻，這也很好地解釋了Fe-Cu-C復(fù)合材料的高度致密性和優(yōu)異的韌性。文獻(xiàn)[53-54]也指出Cu在Fe-Cu-C復(fù)合材料中起到提高材料強(qiáng)度和耐磨性，延長(zhǎng)疲勞壽命等作用。

摩擦學(xué)[55]性能作為鐵基粉末冶金材料的重要性能指標(biāo),也是衡量鐵基滑動(dòng)軸承性能的重要指標(biāo)，為進(jìn)一步優(yōu)化鐵銅基滑動(dòng)軸承摩擦學(xué)性能，添加自潤(rùn)滑特性較好的合金元素后研究發(fā)現(xiàn)，合金元素可以通過(guò)固溶強(qiáng)化組織提升材料力學(xué)性能、耐磨性及自潤(rùn)滑性。如V元素對(duì)鐵基材料在高溫環(huán)境下的粘著磨損有著明顯改善作用，Ni，B，MoS2等[56-57]能促進(jìn)碳原子擴(kuò)散，使材料微觀組織得到細(xì)化并變得更均勻，對(duì)鐵銅基復(fù)合材料摩擦學(xué)特性有明顯優(yōu)化作用。

文獻(xiàn)[58]從微觀角度解釋了Ni改善鐵銅基合金材料在干摩擦?xí)r的潤(rùn)滑機(jī)理，發(fā)現(xiàn)改善材料潤(rùn)滑性的關(guān)鍵點(diǎn)是Ni可以和原材料中的奧氏體形成富Ni奧氏體，這種富Ni奧氏體組織比貝氏體和馬氏體更軟，具備更優(yōu)異的潤(rùn)滑特性。

有學(xué)者嘗試用稀土元素的氧化物改善鐵基滑動(dòng)軸承材料摩擦學(xué)性能，文獻(xiàn)[59]研究了不同含量CeO2對(duì)Fe-C-Cu-CeO2軸承材料自潤(rùn)滑等性能的作用機(jī)理，發(fā)現(xiàn)適量CeO2可活化燒結(jié)、改善組織、增大材料的徑向壓潰強(qiáng)度和表觀硬度、降低摩擦因數(shù)及磨損量。

文獻(xiàn)[60]在鐵銅基復(fù)合材料中添加鉻來(lái)改善復(fù)合材料整體摩擦學(xué)特性，采用冷壓燒結(jié)法制備Fe-Ni-Mo-Cu-xCr復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%時(shí),材料具有高燒結(jié)密度、高硬度及低磨損率；通過(guò)SEM觀察磨損后的形貌表面，發(fā)現(xiàn)磨損形態(tài)以細(xì)小犁溝、塑性變形和微裂紋為主；在摩擦過(guò)程中,接觸面的溫升加快了氧化膜的形成,氧化膜在磨損過(guò)程中不斷破壞后又形成,磨損機(jī)制為粘著磨損和氧化磨損。

國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者通過(guò)向鐵銅基滑動(dòng)軸承材料中添加MoS2來(lái)改善材料的自潤(rùn)滑性。文獻(xiàn)[61]探討了不同含量MoS2對(duì)Fe-0.6%C-2.5%Cu-x%MoS2燒結(jié)塊體的摩擦磨損性能影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)潤(rùn)滑情況達(dá)到最優(yōu)，原因是磨損掉落的帶有潤(rùn)滑性顆粒填補(bǔ)了接觸表面上的孔隙，隨著MoS2含量的增加，過(guò)多的顆粒出現(xiàn)在接觸表面，導(dǎo)致磨損情況開(kāi)始惡化。文獻(xiàn)[62]對(duì)MoS2在粉末材料摩擦磨損等性能作用機(jī)理方面做了進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)在制備燒結(jié)過(guò)程中，MoS2分解生成Mo和S，Mo元素提高了表面硬度和抗彎性，S元素易和表面材料形成各種硫化物并以光滑潤(rùn)滑膜的形式滯留在材料表面，該潤(rùn)滑膜對(duì)于降低材料的摩擦因數(shù)起著至關(guān)重要的作用。

對(duì)于文獻(xiàn)[62]研究中的光亮潤(rùn)滑膜，國(guó)外相關(guān)學(xué)者也有類似研究。文獻(xiàn)[63]對(duì)金屬的高溫滑動(dòng)摩擦進(jìn)行了研究，給出了金屬材料摩擦機(jī)理的一般規(guī)律：隨著摩擦反復(fù)進(jìn)行，接觸表面磨損趨緩，這是由于溫度升高使得摩擦接觸表面不斷生成氧化物，氧化物不斷脫落并部分粘結(jié)滯留在接觸表面，形成一層堅(jiān)硬光亮的潤(rùn)滑層，該氧化物潤(rùn)滑層使材質(zhì)具有了一系列優(yōu)異性能，如高硬度及優(yōu)異的潤(rùn)滑性等。該摩擦過(guò)程對(duì)應(yīng)的磨損形式為：軸承起步到跑合過(guò)程為磨粒磨損，隨著溫度逐漸升高，接觸表面不斷被氧化，此時(shí)摩擦為氧化磨損，載荷較大、溫度較高時(shí)為粘著磨損。

文獻(xiàn)[64]對(duì)MoS2強(qiáng)化鐵基復(fù)合材料性能的作用機(jī)理作了深入分析，研究發(fā)現(xiàn)MoS2在燒結(jié)過(guò)程中分解成S和Mo，S與基體鐵發(fā)生反應(yīng)生成了FeS，Mo固溶于基體α-Fe相中。燒結(jié)溫度超過(guò)989 ℃時(shí)，F(xiàn)eS與基體Fe發(fā)生溶晶反應(yīng):Y-Fe+FeS→L，燒結(jié)過(guò)程中出現(xiàn)的液相促進(jìn)燒結(jié)的進(jìn)行，硫化物對(duì)材料的潤(rùn)滑有明顯改善作用，固溶于基體鐵中的Mo提高了材料的強(qiáng)度和硬度，MoS2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)表現(xiàn)出良好的綜合性能和摩擦磨損性能。文獻(xiàn)[65]研究了不同含量的MoS2對(duì)鐵基滑動(dòng)軸承材料摩擦磨損的性能影響，將MoS2粉末和基體316L(鐵粉的一種型號(hào))粉末進(jìn)行燒結(jié)，研究發(fā)現(xiàn)MoS2有助于材料硬度和抗拉強(qiáng)度的提升，MoS2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)復(fù)合材料的綜合性能相對(duì)最佳(摩擦因數(shù)最低，潤(rùn)滑效果優(yōu)異，硬度和抗拉強(qiáng)度均較高)。

3 Fe-Mo-C系軸承材料

20世紀(jì)60年代，繼Fe-Cu-C系軸承材料之后，為大幅度提升鐵基石墨軸承材料的摩擦磨損和力學(xué)性能，添加各種硬質(zhì)合金元素成為研究熱點(diǎn)，Mo由于其硬且堅(jiān)韌的特點(diǎn)而作為顆粒增強(qiáng)相廣泛應(yīng)用于鐵基石墨軸承材料中，研究表明[21]：添加Mo的鐵基石墨滑動(dòng)軸承材料抗拉強(qiáng)度可增至600 MPa，經(jīng)熱處理等后續(xù)工藝強(qiáng)化后可達(dá)1 000～1 100 MPa。

為探究Fe-Mo-C系材料的最佳燒結(jié)溫度，文獻(xiàn)[66]研究了燒結(jié)溫度對(duì)Fe-Mo-C合金組織和性能的影響，利用機(jī)械合金化和粉末冶金的方法制備Fe-Cu-Mo-C合金，發(fā)現(xiàn)燒結(jié)溫度升高到1 100 ℃時(shí)，合金組織孔隙數(shù)量減少，孔隙尺寸極小；材料表現(xiàn)出高硬度、高密度及高抗拉強(qiáng)度等優(yōu)異力學(xué)性能。

文獻(xiàn)[67]通過(guò)添加Mo來(lái)提高鐵基石墨摩擦學(xué)性能和力學(xué)性能，采用粉末冶金的工藝制備Fe-Mo-石墨復(fù)合材料，考察了Mo含量對(duì)該鐵基材料的力學(xué)性能、以及在室溫和高溫320 ℃摩擦磨損性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)Mo的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的高溫潤(rùn)滑性，材料的力學(xué)性能有明顯提升。文獻(xiàn)[68]也研究了Mo對(duì)鐵基石墨自潤(rùn)滑材料力學(xué)及摩擦學(xué)性能的影響,發(fā)現(xiàn)Mo可以在合金中形成硬質(zhì)點(diǎn)，使材料的耐磨性能得到大幅度的提升。

文獻(xiàn)[69]在鐵基石墨軸承材料中添加了Mo作為第二增強(qiáng)相來(lái)改善材料強(qiáng)度以及摩擦磨損等性能，發(fā)現(xiàn)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的Mo可以有效改善材料整體硬度以及潤(rùn)滑性，在掃描電鏡下可看出劃痕表面質(zhì)量明顯優(yōu)于對(duì)比材料；隨著載荷的不斷增加，磨損情況由輕微的氧化磨損逐漸加劇為分層磨損機(jī)制；改變燒結(jié)壓力和燒結(jié)溫度可以改變氣孔數(shù)目及氣孔形狀等，氣孔越圓，材料的潤(rùn)滑性越好;氣孔邊緣的毛刺越多,潤(rùn)滑性越差。研究表明[70-71]，氣孔對(duì)材料的力學(xué)性能和摩擦磨損性能有明顯作用：氣孔產(chǎn)生局部應(yīng)力和裂紋體，加速裂紋擴(kuò)展；氣孔屬性可通過(guò)調(diào)節(jié)生胚密度、燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間及原始粉體的顆粒度等參數(shù)，顯著改善材料的潤(rùn)滑狀況。在材料力學(xué)性能滿足要求的前提下，適當(dāng)調(diào)整氣孔參數(shù)可提升材料摩擦學(xué)性能。

為改善含鐵鉬基復(fù)合材料在高溫條件下的自潤(rùn)滑性能，在鐵鉬基復(fù)合材料中添加MoS2,Al2O3,Cu,Ni等進(jìn)行性能改進(jìn)。文獻(xiàn)[72]在鐵鉬基復(fù)合材料中添加適量MoS2和Al2O3，分別討論了在室溫和600 ℃下材料的摩擦學(xué)性能，研究發(fā)現(xiàn)，在600 ℃下材料表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，原因是摩擦表面形成了復(fù)合潤(rùn)滑膜，其由PbMoO4，F(xiàn)e3O4，F(xiàn)e2O3和少量的Pb組成，其中PbMoO4對(duì)潤(rùn)滑起決定性作用。文獻(xiàn)[73]通過(guò)同時(shí)向鐵鉬基復(fù)合材料中添加Cu和Ni，考察其在室溫，320，450 ℃下的摩擦學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)，添加Cu和Ni后復(fù)合材料的力學(xué)性能增強(qiáng)，摩擦學(xué)性能明顯得到改善，在高溫摩擦過(guò)程中，鐵基自潤(rùn)滑復(fù)合材料摩擦表面生成的由石墨,CuFe5O8，F(xiàn)e3O4和Fe2.6Ni0.4O4組成的復(fù)合潤(rùn)滑膜是導(dǎo)致其具有良好高溫潤(rùn)滑性的主要原因。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著材料科學(xué)研究的不斷深入，滑動(dòng)軸承材料性能越來(lái)越完善，但滑動(dòng)軸承應(yīng)用工況復(fù)雜，繼續(xù)研發(fā)高強(qiáng)度及高度自潤(rùn)滑鐵基滑動(dòng)軸承材料將成為該領(lǐng)域研發(fā)的新常態(tài)。強(qiáng)度方面應(yīng)著重探索更硬、更穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)硬質(zhì)顆粒，嘗試更多的合金元素或氧化物等；在高溫重載及高速場(chǎng)合，鐵基滑動(dòng)軸承的磨損及潤(rùn)滑情況受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，經(jīng)常導(dǎo)致卡死等失效現(xiàn)象，尋求更優(yōu)質(zhì)的自潤(rùn)滑材料已成為急需解決的問(wèn)題。另外，對(duì)材料摩擦磨損理論方面的研究應(yīng)繼續(xù)深入，為未來(lái)開(kāi)發(fā)更優(yōu)質(zhì)的自潤(rùn)滑材料提供更明確的理論指導(dǎo)。