钛基非晶复合材料的组织结构及其摩擦学性能研究

发布时间：2018-01-10 02:26

本文关键词：钛基非晶复合材料的组织结构及其摩擦学性能研究　出处：《太原理工大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：大块非晶合金具有许多优异的性能,如高强度、高硬度、优异的软磁性能等,吸引了国内外广大学者的广泛关注与研究报道。但是由于塑性变形集中形成剪切带,因此大块非晶合金加载后几乎没有塑性,严重限制了其工程应用前景。经过长期的研究,科学家们通过调节成分和控制冷却工艺,得到了一系列兼具大块非晶合金优异性能和良好室温塑性的非晶复合材料,使其拥有更广阔的应用前景。本文重点研究了四种新型钛基内生枝晶增韧非晶基复合材料的显微组织及其在不同环境下的摩擦学性能。文中,通过WKFEI非自耗真空电弧熔炼炉制备了四种不同成分的非晶复合材料:Ti_(40)Zr_(24)V_(12)Cu_5Be19,Ti_(52)Zr_(22)V_(10)Cu_4Be_(12),Ti_(56)Zr_(18)V_(10)Cu_4Be_(12)和Ti58Zr16V_(10)Cu_4Be_(12)。之后,采用HVS-_(10)00型维氏硬度计测量了材料的显微硬度,并采用金相显微镜、日本理光D/MAX—RB型X射线衍射仪、JEOL JSM-6390型扫描电镜等分析仪器测量四种非晶复合材料的形貌及组织结构,并计算非晶复合材料枝晶相体积分数。同时采用MFT-R_(40)00型往复摩擦磨损试验机研究非晶复合材料在干燥环境、去离子水和酸雨中的摩擦磨损性能,重点分析了载荷、摩擦环境以及枝晶相体积分数对材料摩擦学性能的影响。得到如下结论:(1)非晶复合材料Ti_(40)Zr_(24)V_(12)Cu_5Be19,Ti_(56)Zr_(18)V_(10)Cu_4Be_(12),Ti_(52)Zr_(22)V_(10)Cu_4Be_(12)和Ti58Zr16V_(10)Cu_4Be_(12)的枝晶相体积分数分别为55%、57%、61%和63%,随着其树枝晶体积分数的升高,材料的硬度依次下降,分别为6_(22)、514、4_(22)和_(40)8 HV。(2)在干燥环境下,Ti_(40)Zr_(24)V_(12)Cu_5Be19的磨损率随着载荷增大线性下降,在17 N时达到最小值2.73×_(10)-4 mm3/(N m)。此外,其他三种钛基非晶复合材料的磨损率随着载荷增大均呈现出先减小后增大的趋势。其中Ti_(52)Zr_(22)V_(10)Cu_4Be_(12)和Ti_(56)Zr_(18)V_(10)Cu_4Be_(12)的磨损率在_(10) N时达到最小值3.99和2.64×_(10)-4 mm3/(N m)。而Ti58Zr16V_(10)Cu_4Be_(12)的磨损率随着载荷升高在5N时达到最小值4.68×_(10)-4 mm3/(N m)。钛基非晶复合材料的磨损机制以磨料磨损和粘着磨损为主。在磨损试验过程中发生了氧化。氧化产物主要为Ti O2、Zr O2和Cu2O。(3)在去离子水和酸雨环境中,四种非晶复合材料的磨损率随载荷增大呈现出的规律与干摩擦时相同。均为Ti_(40)Zr_(24)V_(12)Cu_5Be19的磨损率随着载荷增大线性下降,而其他三种钛基非晶复合材料的磨损率随着载荷增大呈现出先减小后增大的趋势。表明在摩擦磨损过程中,复合材料的摩擦磨损主要受到载荷、氧化保护膜和摩擦热三种因素的影响,当材料的硬度较大时,以载荷的影响为主,当材料的硬度较小时,低载荷时以载荷的影响为主,高载荷时以氧化保护膜和摩擦热的影响为主。(4)与干摩擦时的磨损率相比,去离子水环境下复合材料的磨损率整体较小,表明去离子水的润滑作用可以减轻磨损,而酸雨环境下复合材料的磨损率整体较大,表明酸雨的腐蚀作用会使磨损增大,腐蚀和磨损之间的协同作用会加速磨损。在酸雨环境中,复合材料的磨损表面上发生了氧化和腐蚀。其中,氧化产物为Zr O2、Ti O2和Cu2O,腐蚀产物主要为金属氯化物、金属碳酸盐和金属硫酸盐。(5)研究表明,Ti_(52)Zr_(22)V_(10)Cu_4Be_(12)和Ti58Zr16V_(10)Cu_4Be_(12)非晶复合材料比Ti_(40)Zr_(24)V_(12)Cu_5Be19和Ti_(56)Zr_(18)V_(10)Cu_4Be_(12)非晶复合材料的耐磨性差,但耐腐蚀性能好。表明树枝晶体积分数的增大会造成材料耐磨性能的降低,但却有利于提高材料的耐腐蚀性能。
[Abstract]:A series of amorphous composites with high strength , high hardness and excellent soft magnetic properties have attracted extensive attention and research from scholars at home and abroad . The results are as follows : ( 1 ) The microstructure of amorphous composites and their tribological properties in dry environment , deionized water and acid rain are studied by means of the WKFEI non - consumable vacuum arc melting furnace . In addition , the wear rate of other three kinds of Ti - based amorphous composites increased with the increase of load . The wear rate of Ti _ ( 52 ) Zr _ ( 22 ) V _ ( 10 ) Cu _ 4Be _ ( 12 ) and Ti _ ( 56 ) Zr _ ( 18 ) V _ ( 10 ) Cu _ 4Be _ ( 12 ) reached a minimum of 3.99 and 2.64 脳 _ ( 10 ) -4 mm3 / ( N m ) at _ ( 10 ) N . The wear rate of Ti58Zr16V _ ( 10 ) Cu _ 4Be _ ( 12 ) reached a minimum of 4.68 脳 _ ( 10 ) -4 mm3 / ( N m ) with increasing load . The wear mechanism of Ti _ ( 40 ) Zr _ ( 24 ) V _ ( 12 ) Cu _ 5Be19 and Ti _ ( 56 ) Zr _ ( 18 ) V _ ( 10 ) Cu _ 4Be _ ( 12 ) amorphous composites have been investigated .

【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG139.8;TB33

【参考文献】