添加钼酸锶和钒酸锶的TZ3Y20A复合材料的摩擦性能研究

发布时间：2020-04-25 21:19

【摘要】：航空航天、汽车工业、燃气轮、高温轴承等工业领域的发展对自润滑复合材料提出了越来越高的要求。氧化物陶瓷因其良好的机械性能和抗氧化性能而被选做自润滑复合材料的基体材料,但其高温摩擦性能不佳。近年来研究表明,含氧酸盐(如硫酸盐、铬酸盐、钼酸盐和钒酸盐等)因具有低剪切强度可作为固体润滑添加剂,用以优化自润滑复合材料在广域温度条件下的摩擦学性能。本课题分别采用直接沉淀法和固相反应法制备钼酸锶(Sr Mo O4)和钒酸锶(Sr3V2O8)粉体作为固体润滑剂,并对所制得的钼酸锶和钒酸锶粉体的微观形貌和热稳定性进行分析。以Zr O2(3 mol.%Y2O3)-20 wt.%Al2O3(TZ3Y20A)陶瓷作为基体,分别将钼酸锶、钒酸锶、Ag、Mo S2和Sr SO4粉体作为固体润滑剂,通过放电等离子烧结(SPS)的方法制备出不同组分的陶瓷基自润滑复合材料,分析不同组分复合材料的物相组成、微观形貌、致密度、维氏硬度以及室温到800 o C范围内的摩擦学性能,获得复合材料在广域温度条件下的磨损机制和自润滑机理。通过直接沉淀法制备的钼酸锶粉体呈尺寸均一的球形,粉体具有二次团聚结构,颗粒尺寸在13.10μm左右。通过调整煅烧温度,最终在1150oC条件下通过固相反应法制得纯相的Sr3V2O8粉体。钼酸锶和钒酸锶粉体在室温到1200oC范围内具有良好的热稳定性。采用放电等离子烧结法制备的TZ3Y20A陶瓷材料主要由t-Zr O2和α-Al2O3组成,其致密度为99.8%,硬度为14.56 GPa。随着固体润滑剂的加入,通过放电等离子烧结法制备的不同组分的复合材料的致密度和硬度均小于纯相的TZ3Y20A陶瓷材料。采用球盘式高温摩擦试验机测试TZ3Y20A陶瓷材料和不同组分的复合材料的摩擦学性能。对于TZ3Y20A陶瓷材料,室温到600oC条件下,其磨损机制为脆性断裂和微切削,在800oC条件下,其磨损机制为脆性断裂和剥层磨损。当加入20 wt.%Sr Mo O4时,TZ3Y20A-Sr Mo O4复合材料在室温到800oC范围内的摩擦系数在0.22~0.55之间,明显低于TZ3Y20A陶瓷材料,但在高温条件下,复合材料的磨损率较高,达到10-4 mm3/(N·m)。为了改善复合材料在高温条件下的耐磨性能,分别将10 wt.%Ag、Mo S2和Sr SO4加入到TZ3Y20A-20 wt.%Sr Mo O4复合材料中,在多种固体润滑剂的协同作用下,复合材料在高温条件下的摩擦性能有所改善,在高温条件下具有较低的摩擦系数和磨损率。当在TZ3Y20A陶瓷材料中同时加入10 wt.%Sr3V2O8和10wt.%Ag时,在室温到600oC条件下,复合材料的摩擦系数和磨损率均随温度升高而升高,摩擦系数在0.31~0.61之间,均低于TZ3Y20A陶瓷材料,磨损率在10-8~10-5mm3/(N·m)数量级,结果分析表明,Ag以及因摩擦化学反应而生成的Ag VO3、Ag3VO4相的协同作用有效的改善了TZ3Y20A-Sr3V2O8-Ag复合材料的摩擦学性能。
【图文】：

结构示意图

BaMoO4结构示意图

示意图,润滑膜,复合材料磨损,液相

图 1-2 高温条件下复合材料磨损表面形成 AgVO3液相润滑膜原理示意图[34]Liu Eryong 等[35]在 NiAl/Mo 基体中添加 AgVO3纳米线作为固体润滑擦试验结果表明 NiAl/Mo-AgVO3复合材料在广域温度范围内具有良好擦性能。在高温条件下进行摩擦实验，AgVO3相完全分解为 Ag 和 VxO
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33

【参考文献】