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随着现代工业的快速发展,矿山机械、船舶、航天等领域对低速重载滑动轴承的使用提出了更苛刻的要求,现有的轴承材料已经无法满足需求。本论文基于逆向设计思想,根据需求导向筛选轴承材料,利用机器学习指导材料设计和工艺优化。研究了 Cu-Al粉末合金烧结机理,并研究了不同合金元素的加入对合金组织和性能的影响机理。研究内容主要包括以下几个方面:(1)对低速重载滑动轴承服役需求进行分析,得出了滑动轴承服役所需性能指标。然后,利用Ashby法绘制材料性能图,并对各种可用材料进行比较和筛选后,选择Cu-Al合金作为轴承材料。最后,确定采用粉末冶金法制备滑动轴承材料。(2)研究了单质粉为原料的Cu-9Al合金的烧结机理和膨胀机理。结果表明,在480℃,在Cu颗粒与Al颗粒间形成了 Al4Cu9、AlCu和Al2Cu三个连续的相,Al2Cu首先出现;在500℃,Al和Al2Cu相逆共晶反应形成液相,当液相渗透到铜颗粒之间的间隙时发生膨胀,烧结密度降低;在565℃以上,A14Cu9和α-Cu转变为AlCu3;在1000℃,残余的纯铜转化为AlCu3,孔隙率下降。(3)利用机器学习方法建立了 Cu-Al合金的力学性能和烧结密度的预测模型。首先,在六种抗拉强度和硬度预测模型中,支持向量回归的序列最小优化算法(SMOreg/puk)模型的相关系数最高,误差最小。利用SMOreg/puk模型指导铜铝合金的成分设计以达到力学性能的目标值。其次,在五种粉末合金烧结密度预测模型中,多层感知器(MLP)模型的预测值与实验值吻合良好,误差值小。MLP模型用于预测Cu-Al合金的烧结密度,并为选择工艺参数以达到预期烧结密度提供指导。最后,根据机器学习模型设计的成分和选定的工艺参数制备了 Cu-12Al-6Ni粉末合金,其孔隙率为11.22%,抗拉强度为390 MPa,硬度为139 HB,实验结果达到了目标值。(4)研究了 Ni含量对Cu-12Al粉末合金的微观组织演变和性能影响。结果表明,随着Ni含量的增加,α-Cu相逐渐增加,而Al4Cu9相逐渐减少;当Ni含量大于4wt.%时,NiAl相在晶界处析出。随着Ni含量的增加,合金的硬度逐渐降低,而合金的抗拉强度急剧变化,当Ni含量为6wt.%时,合金的抗拉强度和断裂应变达到最大值,同时,其摩擦系数最低。(5)研究了 Cu-12Al-6Ni-xB(x=0,0.2)合金的烧结行为。结果表明,在500℃,两种合金中纯铝消失,组织中均出现了大孔洞和大量Al4Cu9,烧结密度急剧降低;在600℃,两种合金中均出现马氏体AlCu3;在700℃,加B合金中Al4Cu9相和纯Cu消失;在1000℃,加B合金孔洞更少,且组织更细。并研究了 B含量对Cu-12Al-6Ni粉末合金组织和性能影响。当B含量为0.2wt.%时,合金组织被细化,组织中出现了大量的层错和位错,合金的烧结密度、硬度和抗拉强度均达到最大值,分别为91.7%、165.6 HB和476 MPa,同时磨损量最低。随着B含量继续增加,合金的烧结密度、强度、硬度逐渐降低,而摩擦系数和磨损量逐渐增加。(6)研究了 Ti含量对Cu-12Al-6Ni粉末合金组织和性能影响。添加0.2wt.%Ti,合金组织明显被细化,且组织中析出细小球状X相((Cu,Ni)2AlTi),随着Ti含量增加,X相增多并粗化,且其中心出现孔洞。合金的抗拉强度随着Ti含量增加先增后降,Ti的添加量为0.2wt.%时抗拉强度最高(412 MPa)。添加0.2wt.%Ti后,合金的摩擦系数和磨损量最低,随着Ti含量继续增加,摩擦系数和磨损量逐渐增加。(7)研究了石墨的添加对Cu-12Al-6Ni粉末合金组织和性能影响。随着石墨含量增加,孔隙增多,组织中Al4Cu9和NiAl相也逐渐增多;随着合金中石墨含量增加,合金的硬度和抗拉强度逐渐减小,而合金的摩擦系数和磨损量都先增后减。