本发明涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种含钛的铜基粉末冶金摩擦材料。
背景技术：
粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的工业技术。粉末冶金技术已被广泛应用于交通、机械、电子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工业等领域，成为新材料科学中最具发展活力的分支之一。粉末冶金技术具备显著节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好等一系列优点，非常适合于大批量生产。部分用传统铸造方法和机械加工方法无法制备的材料和复杂零件也可用粉末冶金技术制造，备受工业界的重视。
钛是一种稀有金属，在自然界中其存在分散并难于提取。但其相对丰富，在所有元素中居第十位。钛的矿石主要有钛铁矿及金红石，广布于地壳及岩石圈之中。钛亦同时存在于几乎所有生物、岩石、水体及土壤中。从主要矿石中萃取出钛需要用到克罗尔法或亨特法。钛最常见的化合物是二氧化钛，可用于制造白色颜料。
技术实现要素：
本发明的目的是为了改善铜基粉末冶金的硬度、耐磨性，设计了一种含钛的铜基粉末冶金摩擦材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
含钛的铜基粉末冶金摩擦材料的制备原料包括：粒度小于80μm的cu粉，粒度小于100μm的fe粉，粒度小于200μm的la粉，粒度小于100μm的sic粉，粒度小于350μm的石墨粉，粒度小于80μm的ti粉。
含钛的铜基粉末冶金摩擦材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入球磨机中进行湿磨，球磨介质为直径8mm的硬质合金球，球磨时间为40h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后加入5.0%的石蜡作为成形剂进行制粒。将制好的粉末加至单柱液压机中进行压制成形，随后放入真空烧结进行烧结，烧结温度为1250℃，保温时间为120min。
含钛的铜基粉末冶金摩擦材料的检测步骤为：密度采用阿基米德排水法测得，硬度采用hb30布氏硬度计测得，磨损表面采用js651扫描电镜观察，磨损试验在磨损试验机上进行，磨损量采用电子分析天平称量。
所述的含钛的铜基粉末冶金摩擦材料，钛元素的添加有利于提高材料的硬度和相对密度。随着钛的质量分数由1％增加到5％，烧结材料的摩擦因数和磨损量减小。当钛质量分数高于5％时，铜基摩擦材料的磨损量降低的趋势不明显。
所述的含钛的铜基粉末冶金摩擦材料，钛的添加对铜基摩擦材料的摩擦形貌变化产生一定的影响。随着钛含量的增加，材料表面的犁沟变窄，剥落坑尺寸减小。钛对材料的固溶强化作用随其含量增加而增大，铜基摩擦材料的硬度增加，降低了摩擦面的损伤程度，使材料的摩擦因数和磨损量降低。
本发明的有益效果是：
采用fe粉、la粉、sic粉、石墨粉和ti粉为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、成形、烧结工艺成功制备了具有优异力学性能的含钛的铜基粉末冶金摩擦材料。其中，钛元素的添加有利于提高材料的硬度和相对密度，使铜基摩擦材料的硬度增加，降低了摩擦面的损伤程度，使材料的摩擦因数和磨损量降低。所制得的含钛的铜基粉末冶金摩擦材料，其硬度、致密化程度、耐磨性都得到大幅提升。本发明能够为制备高性能的铜基粉末冶金摩擦材料提供一种新的生产方法。
具体实施方式
实施案例1：
含钛的铜基粉末冶金摩擦材料的制备原料包括：粒度小于80μm的cu粉，粒度小于100μm的fe粉，粒度小于200μm的la粉，粒度小于100μm的sic粉，粒度小于350μm的石墨粉，粒度小于80μm的ti粉。含钛的铜基粉末冶金摩擦材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入球磨机中进行湿磨，球磨介质为直径8mm的硬质合金球，球磨时间为40h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后加入5.0%的石蜡作为成形剂进行制粒。将制好的粉末加至单柱液压机中进行压制成形，随后放入真空烧结进行烧结，烧结温度为1250℃，保温时间为120min。含钛的铜基粉末冶金摩擦材料的检测步骤为：密度采用阿基米德排水法测得，硬度采用hb30布氏硬度计测得，磨损表面采用js651扫描电镜观察，磨损试验在磨损试验机上进行，磨损量采用电子分析天平称量。
实施案例2：
烧结材料的相对密度随着钛含量的增加而增大。钛的密度小于铜的密度，材料中的组元配比随着钛含量的升高发生了变化，烧结材料的理论密度随着钛含量增加而降低。随着钛的质量分数增加，烧结材料的相对密度增加，孔隙率降低，钛可以改善铜和石墨界面的湿润性，增加金属颗粒和非金属颗粒间接触颈缩面积，降低对压制和烧结过程的阻碍作用，提高了材料的烧结性能，加快了烧结试样的致密化程度，降低了材料的孔隙率，烧结材料的相对密度增加。
实施案例3：
当钛的质量分数由1％增加到10％时，烧结试样的硬度由60hb提高到80hb。钛原子与铜原子在烧结过程中发生相互扩散，导致晶格畸变，形成弹性引力场，高密度位错阻碍位错滑移变形，是材料硬度提高的缘故。硬度较高的钛颗粒均匀分散于较软的铜基体中，钛硬质颗粒的弥散强化作用，提高了铜基摩擦材料的的硬度。
实施案例4：
随着钛含量增加，在两种摩擦速度条件下，烧结试样的摩擦因数均减小。钛对摩擦因数的影响与钛改变了材料的硬度有关。钛含量较少时，微凸体的硬度较低，摩擦剪切力使之容易变形，微凸体的接触面积增加，磨面上凸出的硬质颗粒对配偶件表面的犁削作用加剧，使材料具有较高的摩擦因数。随着钛含量增加，沉淀强化作用使微凸体的硬度得到了提高，降低了微凸体的变形程度，微凸体的真实接触面积减小，导致材料的摩擦因数降低。随摩擦速度的增加，摩擦产生的热量来不及散失，摩擦表面温度升高，容易引起表面材料的软化和氧化，降低了微凸体间的剪切强度，使材料的承载力降低，形成的第三体层覆盖在摩擦表面，通过变形和流动起到润滑作用，减轻磨损面的塑性变形，有利于摩擦因数降低。当摩擦速度增加时，烧结材料的摩擦因数减小。
实施案例5：
当钛质量分数低于3％时，烧结材料的磨损量随钛含量的增加而明显减小，当钛质量分数增加到3％以上时，烧结试样的磨损量减小的趋势变缓。钛含量对材料耐磨性的影响与硬度密切相关。钛对材料的颗粒强化作用随其含量增加而增加，铜基摩擦材料抵抗摩擦损伤程度的作用随着硬度增加而增大，烧结材料的磨损量随钛含量增加而减小。钛颗粒添加到铜基摩擦材料中，提高了烧结材料的相对密度，降低了孔隙率，有利于提高材料的抗塑性流变和犁削能力，减轻了摩擦面的损伤程度，材料的摩擦因数和磨损量降低。钛在铜中的固溶度较小，材料中的钛质量分数较高时，出现不同程度的游离态钛，游离的钛对铜基体起到了分割作用，破坏了摩擦工作面基体的连续性，烧结材料的硬度继续增加，磨损量降低的趋势不明显。
实施案例6：
钛可减小铜基体与石墨及碳化硅间结合的润湿角，促进界面结合，降低铜基摩擦材料中的孔隙率。高温下钛在a相中的固溶度较大，温度下降时，固溶度明显减小。350℃时，钛在铜中的溶解度约为1％，钛在铜中能形成cu，ti相，cu，ti从过饱和固溶体中析出时，产生沉淀强化。钛含量越多，形成的固溶体和中间相cu，ti相也越多，造成材料的硬度越高。
实施案例7：
复合材料的摩擦表面均由剥落坑和犁沟构成。随着钛的质量分数由1％增加到10％，烧结试样摩擦表面上的犁沟变窄，深度变浅，剥落坑尺寸减小。当钛含量较少时，形成的摩擦面为粗糙覆盖形态，摩擦形成的第三体致密程度有限，难于对表面形成连续的覆盖，存在尺寸较大的黑色剥落坑。随着钛含量的增加，形成的摩擦面为致密光滑状覆盖形态，温度效应逐渐起主导作用，增加了第三体致密程度，摩擦表面剥落坑逐渐变小。材料的硬度钛的颗粒强化作用明显增加，表面微凸体强度提高，减缓了磨损面在摩擦热作用下所产生的软化，减轻了磨损面的损伤程度，降低了材料的磨损量，烧结材料的耐磨性得到了提高。