【摘要】：高溫、真空、重載、腐蝕、放射性等惡劣環(huán)境下,無法采用油／脂潤滑,固體潤滑可解決其摩擦磨損問題。固體潤滑大致有三類：1.高分子材料+固體潤滑劑的復(fù)合材料,其摩擦磨損低,價格低廉,但不耐高溫重載；2.薄膜固體潤滑材料,可承受重載,摩擦磨損低,膜厚可控,用于精密機(jī)械零件。但膜厚有限,極惡劣環(huán)境中壽命短；3.以金屬或無機(jī)材料+固體潤滑劑的自潤滑復(fù)合材料,是整體材料,耐高溫重載,壽命長,摩擦磨損低,但基體材料與潤滑劑的選擇、制備工藝等對其性能影響很大。冶金用自潤滑軸承因高溫重載、急冷急熱、振動、多粉塵等苛刻工況,對軸承材料要求很高,目前常用Fe基,Cu基,Al基等復(fù)合材料,但高溫強(qiáng)度不夠。而Ni、W、Co基復(fù)合材料成本太高,難在民用設(shè)備中推廣。本研究針對該情況,采用鎳基高溫合金返回料作原料,用水霧化的方法制備合金粉,添加合適的固體潤滑劑,可制備出滿足高溫環(huán)境的Ni-W-Cr基系列高溫固體自潤滑軸承材料。 做了以下幾點(diǎn)研究并獲得相關(guān)結(jié)果： 1.本文以飛機(jī)發(fā)動機(jī)等高溫合金加工廢料,成功制備出Ni-W-Cr基水霧化合金粉。通過調(diào)整熔煉預(yù)熱溫度、漏包溫度、霧化水壓、氮?dú)鈿鈮杭斑�原工藝參數(shù),研究其對合金粉的物理/化學(xué)性能的影響。水霧化時,熔煉溫度1200℃,霧化水壓15MPa時,可獲得更細(xì)粒度的Ni-W-Cr合金粉,100目細(xì)粉率可達(dá)92%；采用N2保護(hù),粉的氧含量降低52%左右,易獲得不規(guī)則的椎體狀霧化顆粒,利于提高復(fù)合材料的綜合強(qiáng)度。適當(dāng)?shù)倪�原工藝參數(shù)(還原溫度、還原時間、料層厚度和還原氣體流量)對合金顆粒團(tuán)聚、氧還原量、成品粉末性能有較大影響。 2用粉末冶金技術(shù)制備含不同潤滑系列的Ni-W-Cr基高溫自潤滑復(fù)合材料。測試其力學(xué)性能,通過XRD和SEM分析材料的組織結(jié)構(gòu),用UMT-2摩擦試驗(yàn)機(jī)測試其高溫摩擦磨損性能。 (1)采用冷壓(CP)真空燒結(jié)、熱壓(HP)燒結(jié)制備添加不同石墨和二硫化鉬含量的Ni-W-Cr基系列復(fù)合材料�？疾炝藷Y(jié)工藝、環(huán)境溫度和試驗(yàn)載荷等對自潤滑復(fù)合材料性能的影響。用HP制備的Ni-W-Cr基自潤滑復(fù)合材料,其密度可達(dá)7.42g/cm3、壓縮強(qiáng)度430MPa,性能提高明顯。隨著燒結(jié)溫度的提高,密度變大,燒結(jié)樣品溫度達(dá)1250℃時,出現(xiàn)過燒現(xiàn)象,1150～1200℃為合適的燒結(jié)溫度,在燒結(jié)過程中,有WC相出現(xiàn),起彌散強(qiáng)化作用。Ni與Cu及Fe生成無限固溶體,呈網(wǎng)格狀,提高了復(fù)合材料的強(qiáng)度。MoS2部分分解,與基體的金屬骨架相互反應(yīng),生成低剪應(yīng)力的CrxSx+1、WS2和FeS潤滑相,改善了復(fù)合材料的高溫摩擦學(xué)性能。隨著溫度的提高,復(fù)合材料的摩擦系數(shù)都有所變化。300℃時,隨著載荷的增加,復(fù)合材料的摩擦系數(shù)降低,600℃時,摩擦系數(shù)增大緩慢,表現(xiàn)出復(fù)合材料高溫下較好的承載能力。Ni-W-Cr基復(fù)合材料中加入4.5wt.%的MoS2和2.5wt.%鱗片狀石墨時,具有較好的潤滑協(xié)同作用,在摩擦表面發(fā)生轉(zhuǎn)移潤滑膜,實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料在室溫到600℃的寬溫度摩擦學(xué)性能。復(fù)合材料在室溫下主要以疲勞磨損為主,高溫時則以粘著磨損和氧化磨損為主。 (2)以Ni-W-Cr為基體,適當(dāng)添加二硫化鎢和氧化鉛制備自潤滑復(fù)合材料,真空燒結(jié),獲得很低的摩擦系數(shù)和磨損率,復(fù)合材料生成新的潤滑物相如PbWO4、 CrxSx+1。添加5wt.%WS2和4wt.%PbO時,其在高溫下摩擦系數(shù)和磨損率達(dá)到最小值,且摩擦系數(shù)隨時間變化波動較小,反映了該材料在高溫段具有優(yōu)異的摩擦性能。承受90MPa的載荷時,平均摩擦系數(shù)低至f=0.16,且比較穩(wěn)定。 (3)將Ni-W-Cr合金粉、銅粉與h-BN、石墨按一定比例混合壓制,氬氣氣氛保護(hù),制備出固體自潤滑復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：隨著h-BN的增加,復(fù)合材料的密度、壓潰強(qiáng)度呈下降趨勢；隨著溫度的升高,復(fù)合材料的摩擦系數(shù)減小,具有寬溫度潤滑性能,但復(fù)合材料磨損率增大明顯,高溫下以疲勞磨損和粘著磨損為主。 3.針對冶金連鑄連軋?jiān)O(shè)備的高溫部件(結(jié)晶器足輥,拉矯機(jī)輥?zhàn)拥?,設(shè)計(jì)關(guān)節(jié)滑動軸承,并調(diào)整軸承的轉(zhuǎn)角和運(yùn)轉(zhuǎn)間隙,制備Ni-W-Cr系列高溫自潤滑復(fù)合材料滑動軸承,安裝在沙鋼集團(tuán)連鑄機(jī)結(jié)晶器足輥上的關(guān)節(jié)軸承實(shí)際應(yīng)用考量表明：本文所制備的Ni-W-Cr系列高溫固體自潤滑復(fù)合材料軸承,可連續(xù)工作4-6個工作周期,具有優(yōu)異的抗磨減摩性能,徑向磨損量只有0.4,mm左右,承載能力高,大大提高了輥?zhàn)釉O(shè)備的使用壽命,降低了漏鋼率和鋼坯劃傷率,延長了維護(hù)周期,提高了經(jīng)濟(jì)效益。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TB33;TH133.3

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本文編號：2475759