Tribological Properties of Copper-Based Composites with Lubricating Phase Particles

• Published in: Archives of metallurgy and materials Vol. 59; no. 2; pp. 615 - 620
• Main Authors: Juszczyk, B., Kulasa, J., Malara, S., Czepelak, M., Malec, W., Cwolek, B., Wierzbicki, Ł.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Warsaw De Gruyter Open 01.01.2014; Polish Academy of Sciences
• Subjects: Bearing alloys; bearing materials; Bearings; Carbon; Chemical composition; Composite materials; Copper; Copper base alloys; copper matrix composites; Disulfides; Friction; friction coefficient; Glassy carbon; Graphite; Liquid metals; Liquid phases; Lubricants & lubrication; Lubrication; Mechanical properties; microstructure; Molybdenum; Molybdenum disulfide; Particulate composites; Powder metallurgy; Sintering (powder metallurgy); tribological properties; Tribology; Tungsten disulfide
• ISSN: 2300-1909; 1733-3490; 2300-1909
• DOI: 10.2478/amm-2014-0101

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 (WS ), molybdenum disulphide (MoS ) 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. 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.