本文關(guān)鍵詞：新型廣域溫度自潤滑金屬基復(fù)合材料的研究

  更多相關(guān)文章： Cr2AlC 金屬基復(fù)合材料 摩擦學(xué)性能 高溫自潤滑

【摘要】：航天航空領(lǐng)域以及空間技術(shù)對材料的要求日益嚴(yán)格,許多極端工況超出了液體潤滑油脂的承受范圍,因此固體潤滑材料便應(yīng)運(yùn)而生。本文采用固相反應(yīng)法制備了具有MAX結(jié)構(gòu)的三元層狀化合物Cr_2AlC,并添加到鎳鉻合金基體中。采用放電等離子燒結(jié)法(SPS)制備了三種Ni基高溫自潤滑復(fù)合材料,其中Cr_2AlC的含量分別為10wt.%、20wt.%、30wt.%。分別采用XRD、SEM、TEM、EDS、XPS、維氏硬度儀、高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)等測試手段,考察了復(fù)合材料的物相組成、組織形貌、表面元素構(gòu)成、磨損表面形貌與成分、硬度及摩擦學(xué)性能。分析了三元層狀化合物Cr_2AlC合成機(jī)理,系統(tǒng)地研究了固體潤滑劑含量及溫度對復(fù)合材料的微觀組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和高溫摩擦學(xué)性能的影響,探討了復(fù)合材料在廣域溫度下的自潤滑機(jī)理。利用固相反應(yīng)法制備三元層狀化合物Cr_2AlC,由于原料粉體熔點(diǎn)及飽和蒸汽壓不同,計(jì)算并選擇了適當(dāng)比例進(jìn)行合成。采用XRD分析產(chǎn)物相組成,確定Cr:Al:C=2:1.2:1的原料摩爾比,并合成了純度高、粒徑小的Cr_2AlC。根據(jù)三元相圖以及合成路徑,探究了Cr_2AlC合成中原材料組分對產(chǎn)物的影響機(jī)理。放電等離子燒結(jié)得到的復(fù)合材料中Cr_2AlC能保持層狀結(jié)構(gòu)。復(fù)合材料致密度高,復(fù)合材料的密度隨固體潤滑劑含量增加而降低,材料的維氏硬度隨Cr_2AlC含量的增加而增加。當(dāng)添加固體潤滑劑的含量為20wt.%時(shí),復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能達(dá)到最好,在測試溫度下的磨損率均低于5.0×10-5 mm3/Nm;400℃及600℃下,摩擦系數(shù)僅為0.3,摩擦過程十分穩(wěn)定。室溫及200℃下復(fù)合材料發(fā)生輕微氧化,產(chǎn)物為NiO、Cr2O3、Al2O3,氧化層脆性高,摩擦過程中伴隨著剝離,因此摩擦系數(shù)較高且摩擦過程波動(dòng)較大。磨損機(jī)理為脆性斷裂和剝層磨損。200℃下氧化膜與磨損表面的結(jié)合力高,磨損率降低。室溫下對磨球表面不平整。在400℃、600℃高溫下,復(fù)合材料表面氧化嚴(yán)重,氧化膜的成分為NiO、Cr2O3、Al2O3以及具有良好潤滑性能的NiCr2O4。同時(shí)在高溫軟化作用下,磨屑“釉化”形成覆蓋性好、連續(xù)的潤滑膜,能夠顯著降低摩擦系數(shù)及摩擦過程的波動(dòng)。對磨球表面光滑、平整。當(dāng)Cr_2AlC含量過高,會(huì)引入過多CrxCy硬質(zhì)相,這會(huì)導(dǎo)致前期磨合期時(shí)波動(dòng)很大,影響穩(wěn)定性,因此要合理控制Cr_2AlC的含量。
【關(guān)鍵詞】：Cr2AlC 金屬基復(fù)合材料 摩擦學(xué)性能 高溫自潤滑
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB333
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-20
• 1.1 課題背景8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 高溫固體潤滑復(fù)合材料12-18
• 1.3.1 主要高溫固體潤滑材料分類13-15
• 1.3.2 高溫固體潤滑劑的特性及分類15-18
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容18-20
• 第2章 試驗(yàn)材料與研究方法20-27
• 2.1 試驗(yàn)用原材料20-21
• 2.2 試驗(yàn)材料制備21-23
• 2.2.1 固相反應(yīng)制備固體潤滑劑粉體21
• 2.2.2 放電等離子燒結(jié)制備鎳鉻基體及自潤滑復(fù)合材料21-23
• 2.3 材料組織結(jié)構(gòu)分析及力學(xué)性能測試23-24
• 2.3.1 相對密度的測定23
• 2.3.2 XRD物相分析23
• 2.3.3 掃描電鏡觀察及分析23-24
• 2.3.4 透射電鏡觀察及分析24
• 2.3.5 X射線光電子能譜分析24
• 2.3.6 塊體材料的維氏硬度24
• 2.4 材料摩擦學(xué)性能測試24-27
• 2.4.1 摩擦系數(shù)24-25
• 2.4.2 磨損率25-27
• 第3章 Cr_2AlC粉末的制備與合成機(jī)理27-34
• 3.1 固相反應(yīng)法制備Cr_2AlC粉末27-29
• 3.1.1 固相反應(yīng)法制備Cr_2AlC粉末工藝路線27-28
• 3.1.2 固相反應(yīng)法制備Cr_2AlC粉末成分及形貌分析28-29
• 3.2 不同原材料配比對合成產(chǎn)物的影響29-31
• 3.2.1 原材料配比的選擇29-30
• 3.2.2 不同原材料配比對合成產(chǎn)物的影響30-31
• 3.3 固相反應(yīng)法制備Cr_2AlC的合成機(jī)理31-33
• 3.4 本章小結(jié)33-34
• 第4章 鎳基體及復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能34-41
• 4.1 鎳基體材料的組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能34-36
• 4.1.1 放電等離子燒結(jié)獲得鎳基體材料的相組成分析34-35
• 4.1.2 鎳基體材料的組織形貌及元素分布35
• 4.1.3 鎳基體材料的力學(xué)性能35-36
• 4.2 鎳基復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能36-40
• 4.2.1 不同固體潤滑劑含量的鎳基復(fù)合材料的相組成分析36-38
• 4.2.2 鎳基復(fù)合材料的組織形貌及元素分布38-39
• 4.2.3 鎳基基體及鎳基復(fù)合材料的密度及致密度39
• 4.2.4 鎳基復(fù)合材料的維氏硬度39-40
• 4.3 本章小結(jié)40-41
• 第5章 鎳基體及復(fù)合材料摩擦學(xué)性能和磨損機(jī)理41-63
• 5.1 鎳基體材料的摩擦磨損性能及磨損表面分析41-46
• 5.1.1 溫度對鎳基體摩擦磨損性能的影響41-42
• 5.1.2 鎳基體材料在不同溫度下的摩擦磨損表面形貌42-46
• 5.2 鎳基復(fù)合材料的摩擦磨損性能及磨損表面分析46-58
• 5.2.1 溫度對鎳基復(fù)合材料摩擦磨損性能的影響46-48
• 5.2.2 復(fù)合材料的磨損表面形貌及成分分析48-58
• 5.3 固體潤滑劑含量對鎳基復(fù)合材料摩擦磨損性能的影響58-61
• 5.3.1 固體潤滑劑含量對鎳基復(fù)合材料的摩擦系數(shù)的影響58-60
• 5.3.2 固體潤滑劑含量對鎳基復(fù)合材料磨損率的影響60-61
• 5.4 鎳基復(fù)合材料在高溫下的自潤滑機(jī)理61
• 5.5 本章小結(jié)61-63
• 結(jié)論63-64
• 參考文獻(xiàn)64-70
• 致謝70

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