陶瓷材料摩擦副的摩擦磨损特性研究

发布时间：2020-04-28 17:20

【摘要】：新型陶瓷材料以其高硬度、高强度、抗腐蚀和低密度，以及优异的化学稳定性和高温下优良的力学性能等优点，正在逐渐被人们认识，尤其作为耐磨损材料，在许多领域得到了广泛的应用。但在使用过程中发现，不同陶瓷材料组成的摩擦副的摩擦磨损特性是不同的。因此，，研究哪些类型的陶瓷适合配对组成摩擦副，日益引起人们的重视。本文研究以氧化锆(Y—TZP)、氧化铝(Al2O3)、氮化硅(Si3N4)、不锈钢、冷激铸铁作为摩擦盘，以碳化硅(SiC)、硅碳化钛(Ti3SiC2)、氮化硅(Si3N4)、浸铜石墨作为摩擦销，组成的九对摩擦副：SiC/ZrO2、Si3N4/ZrO2、SiC/1Cr18Ni9Ti、Si3N4/Si3N4、Si3N4/冷激铸铁、Ti3SiC2 /1Cr18Ni9Ti、Si3N4/Al2O3 、SiC/Al2O3、浸铜石墨/1Cr18Ni9Ti(销/盘)的摩擦磨损特性。摩擦磨损试验在室温、干摩擦、滑动速度恒定、载荷变化的条件下进行，采用动态应变仪测定磨损过程中的摩擦系数。通过实验获得各种摩擦副的摩擦系数与载荷的关系曲线、各种摩擦副在不同载荷下磨损率随时间变化的关系曲线。经过对实验结果的研究，划分了九对摩擦副的磨损等级，揭示了各摩擦副存在分层磨损、粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、晶粒脆性断裂和脱落、化学反应磨损等摩擦磨损过程。应用ANSYS软件计算分析了摩擦盘的应力分布，以及陶瓷缺陷对摩擦盘表面应力分布的影响，论证了摩擦盘发生疲劳磨损的机理。对九组摩擦副摩擦磨损的研究，丰富和完善了摩擦学的研究系统，对今后选择陶瓷摩擦副提供了参考数据与理论依据。
【图文】：

示意图,陶瓷表面,层结构,示意图

第陶瓷表面的吸附膜影响它们(1)陶瓷表面被一层薄膜所质取决于陶瓷材料的类型。对于对于氧化物陶瓷，由于其本身就大多是由大气中凝聚的水蒸气膜所构成的[ 2 2 ]。(2)在吸附层下还有一个变一是陶瓷材料本身在成形过程映在这个表层上；二是陶瓷材料的应变较大，内层的应变较小变小

示意图,磨损过程,摩擦副,Si3N4陶瓷

从而加速陶瓷的磨损，但如果磨屑能够及时排除，则磨粒磨损不会成为主要的磨损形式。在正常情况下，这些摩擦副的磨损属于粘着磨损和磨粒磨损，当载荷和速度达到一定值时或者试验条件严重时，由于摩擦生热严重。使得金属表面局部软化，因而造成非常严重的粘附磨损。使磨损率急剧增大；对于陶瓷，其磨损过程是在压力和摩擦力的共同作用下，表面粘附膜不断形成、破裂并随陶瓷晶粒一起脱落的过程。[67， 68-70]。对于 Si3N4陶瓷摩擦化学反应也是其主要的磨损机理之一。Si3N4陶瓷表面在不同的温度范围内发生不同的氧化反应，且在室温下也可能发生氧化反应，并影响其摩擦磨损行为。其磨损机理主要是由于Si3N4陶瓷中含有许多添加剂，降低了接触点的融化温度，在摩擦过程中产生摩擦热，陶瓷的导热性差，接触区的温度足可以使 Si3N4发生氧化生成 SiO2，以及陶瓷晶粒间的玻璃相融化，其主要成分也是 SiO2，因此 Si3N4陶瓷的摩擦化学反应造成的磨损应归因于 SiO2颗粒的形成与转移[71.72]。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TB321

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