液相烧结SiC陶瓷的耐腐蚀、耐磨损性能研究

发布时间：2017-10-22 09:08

  本文关键词：液相烧结SiC陶瓷的耐腐蚀、耐磨损性能研究

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【摘要】：SiC陶瓷具有硬度大,强度高,热膨胀系数低,耐磨损,抗腐蚀等优异性能,作为机械密封件及耐磨、耐腐蚀件应用前景广阔。本课题组前期研发出了以BaO-Al2O3-Y2O3为烧结助剂液相烧结的致密SiC陶瓷(LPS-SiC),该陶瓷结构致密,强度高,综合性能优良。本文以此为对象,分别研究其在常温及70℃酸、碱水溶液中的化学腐蚀行为,并与反应烧结SiC陶瓷(RB-SiC)对比,评价其耐化学腐蚀性能。以LPS-SiC为摩擦块,常压烧结SiC陶瓷(S-SiC)为对磨环,采用环块式摩擦磨损方式,研究LPS-SiC陶瓷在干态和滴油状态下的摩擦磨损行为。LPS-SiC陶瓷在不同酸溶液介质中的腐蚀程度不同,在HNO3溶液中腐蚀最严重,HCI溶液中次之,H2SO4溶液中腐蚀程度最轻。在酸溶液介质中腐蚀后,LPS-SiC陶瓷腐蚀表面形成竹叶状的腐蚀坑,在此区域外其它部分腐蚀不明显。LPS-SiC陶瓷的腐蚀机理主要为酸对氧化物第二相的腐蚀,由于BaAl2Si2O8、 Y2Si207的耐酸腐蚀性存在明显差异,LPS-SiC陶瓷的酸腐蚀具有选择性。腐蚀导致LPS-SiC陶瓷失重和强度衰减明显,在3.53 mol/L HNO3溶液中常温腐蚀75天后,LPS-SiC陶瓷形成了约100 μm厚的腐蚀层,失重2.63 mg/cm2,抗弯强度下降到255 MPa。在70-C酸溶液中,LPS-SiC陶瓷的腐蚀加速,其腐蚀速率约为常温腐蚀的6倍。在常温和70℃的6.12 mol/L NaOH溶液中,LPS-SiC陶瓷发生氧化物第二相的均匀化学腐蚀,为反应控制的动力学过程。LPS-SiC陶瓷的碱腐蚀导致陶瓷表层SiC颗粒脱落,腐蚀失重、表面粗糙度增大,强度降低。尽管在70℃ NaOH水溶液中LPS-SiC陶瓷的腐蚀机理不变,但腐蚀加剧,腐蚀失重及强度降低愈加明显。LPS-SiC陶瓷在常温腐蚀75天后的抗弯强度为467 MPa,而70℃腐蚀9天后的抗弯强度降低到408MPa。在碱腐蚀介质中,LPS-SiC的耐腐蚀性比RB-SiC陶瓷有显著提高。LPS-SiC陶瓷干态磨损包含跑合磨损、稳定磨损和剧烈磨损三个阶段,磨损机理为磨粒磨损和脆性剥落,磨损量大。在滴油润滑状态下,该摩擦副的摩擦系数大大降低,LPS-SiC陶瓷的磨损仅包含跑合磨损和稳定磨损两个阶段,其磨损机理主要为脆性剥落和疲劳磨损,磨损量小。摩擦块的磨损量随载荷的增大而增大,随滴油速率的增大而减小。不论在干态还是滴油润滑状态下,LPS-SiC陶瓷的耐磨性也高于RB-SiC陶瓷。
【关键词】：碳化硅 液相烧结 第二相 化学腐蚀 摩擦磨损
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.758.12
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 绪论16-25
• 1.1 引言16
• 1.2 SiC陶瓷的基本结构及性质16-18
• 1.2.1 SiC的结构16-17
• 1.2.2 SiC的性质17-18
• 1.3 SiC陶瓷在机械密封领域的应用18-20
• 1.3.1 机械密封件对密封环材料性能的要求18-19
• 1.3.2 SiC陶瓷在机械密封领域的应用19-20
• 1.3.3 SiC陶瓷在其他领域的应用20
• 1.4 SiC陶瓷的制备技术进展20-23
• 1.4.1 常压烧结SiC陶瓷21-22
• 1.4.2 热压烧结SiC陶瓷22-23
• 1.4.3 反应烧结SiC陶瓷23
• 1.5 本论文研究意义及内容23-25
• 1.5.1 研究意义23-24
• 1.5.2 研究内容24-25
• 第二章 实验材料及方法25-31
• 2.1 实验原料25
• 2.2 常压烧结SiC陶瓷试样制备25-27
• 2.2.1 配料25
• 2.2.2 混料25-26
• 2.2.3 造粒26
• 2.2.4 压制成形26
• 2.2.5 脱蜡26
• 2.2.6 烧结26-27
• 2.3 常压烧结SiC陶瓷的腐蚀试验27
• 2.4 常压烧结SiC陶瓷的摩擦磨损试验27-28
• 2.5 腐蚀及磨损试样的测试分析28-29
• 2.5.1 密度28
• 2.5.2 抗弯强度与弹性模量28-29
• 2.5.3 物相分析29
• 2.5.4 显微组织结构与断口形貌分析29
• 2.6 主要仪器及设备29-31
• 第三章 LPS-SiC陶瓷的酸腐蚀31-44
• 3.1 初始表面状态及结构31-33
• 3.2 常温腐蚀33-37
• 3.2.1 腐蚀对SiC陶瓷质量的影响33-34
• 3.2.2 腐蚀形貌分析34-35
• 3.2.3 物相分析35-37
• 3.3 温度对SiC陶瓷耐酸腐蚀性能的影响37-39
• 3.3.1 失重分析37-38
• 3.3.2 腐蚀形貌分析38
• 3.3.3 物相分析38-39
• 3.4 腐蚀试样的强度及断口形貌39-43
• 3.4.1 腐蚀对SiC陶瓷抗弯强度的影响39-40
• 3.4.2 断口形貌分析40-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 LPS-SiC陶瓷的碱腐蚀44-52
• 4.1 常温腐蚀44-46
• 4.1.1 腐蚀对SiC陶瓷质量的影响44-45
• 4.1.2 腐蚀形貌分析45-46
• 4.2 70℃腐蚀46-49
• 4.2.1 失重分析46-47
• 4.2.2 腐蚀形貌分析47-48
• 4.2.3 物相分析48-49
• 4.3 腐蚀试样的强度及断口形貌49-51
• 4.3.1 碱腐蚀对SiC陶瓷抗弯强度的影响49-50
• 4.3.2 断口形貌分析50-51
• 4.4 本章总结51-52
• 第五章 LPS-SiC陶瓷的摩擦磨损行为52-61
• 5.1 干态下的摩擦磨损52-55
• 5.1.1 摩擦磨损过程52-54
• 5.1.2 磨损表面形貌及磨损机制54-55
• 5.2 滴油润滑条件下的摩擦磨损55-58
• 5.3 低载荷、干态/滴油润滑条件下LPS-SiC摩擦块磨损量的对比58-59
• 5.4 LPS-SiC与RB-SiC的耐磨性能对比59-60
• 5.5 本章小结60-61
• 第六章 全文总结61-62
• 6.1 结论61
• 6.2 创新点61-62
• 参考文献62-67
• 攻读硕士学位期间研究成果目录67

【参考文献】

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本文编号：1077666