镍铝基自润滑复合材料的摩擦学性能研究

发布时间：2017-09-23 13:29

  本文关键词：镍铝基自润滑复合材料的摩擦学性能研究

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【摘要】：室温到高温都具有良好摩擦学性能的固体润滑材料是摩擦学领域的研究热点。固体润滑剂与传统液体润滑剂相比在高温摩擦领域具有明显优势,但常用的固体润滑剂石墨、MoS2、WS2和低熔点金属等在高温下易氧化而失去润滑性能。合理运用多种润滑剂的协同润滑效应是实现室温到高温宽温度范围润滑的有效方法之一 本论文从固体润滑剂组元及添加量等方面设计宽温域镍铝基自润滑复合材料,采用放电等离子烧结法制备了含MoS2、WS2、Ti3SiC2和PbO的镍铝基自润滑复合材料。研究了镍铝基自润滑复合材料的力学性能；研究了含不同润滑相组合(Ti3SiC2、MoS2-Ti3SiC2、WS2-Ti3SiC2和PbO)的镍铝基自润滑复合材料从室温到800℃的摩擦学性能；研究多种润滑剂的协同润滑作用；采用X射线衍射仪观察分析镍铝基复合材料的表面组份,利用扫描电子显微镜、场发射扫描电镜、电子探针和能谱仪表征磨痕、磨屑形貌及其成分,并进行相应磨损机理分析。 含Ti3SiC2镍铝基自润滑复合材料中,部分Ti3SiC2在复合材料制备过程中分解生成TiC,其极高的硬度与耐磨性提高了镍铝基体的力学性能,TiC在材料中起到了增强相的作用。在不同的工况条件下,复合材料的摩擦系数随着载荷的增加而降低,磨损率随着载荷的增加而增加；随着滑动速度的增加,摩擦磨损过程中的摩擦系数和磨损率逐渐降低。添加Ti3SiC2有利于改善镍铝基复合材料高温段的摩擦学性能。当Ti3SiC2添加量为10wt.%时,材料在高温段的摩擦系数降低为0.26,磨损率降低为1.7x10-Smm3(Nm)-1。 含有不同润滑相的镍铝基自润滑复合材料中,不同润滑相组合(PbO、MoS2-Ti3SiC2和WS2-Ti3SiC2)之间表现出差异性的协同润滑效应。含Ti3SiC2-MoS2的镍铝基自润滑复合材料在宽温度范围内表现出低的摩擦系数与磨损率。相对于镍铝合金来说,添加Ti3SiC2-MoS2后,材料在宽温度范围内的摩擦系数下降明显,且一直稳定在0.30以下,磨损率则下降了一个数量级,从1.2×10-4mm3(Nm)-1下降到4.7x10-55mm3(Nm)-1。MoS2在低中温段润滑,Ti3SiC2在高温段润滑。Ti3SiC2-MoS2复合固体润滑剂是一种解决镍铝基自润滑复合材料实现宽温域自润滑的有效手段。 含Ti3SiC2-MoS2的镍铝基自润滑复合材料的自润滑性能随着MoS2含量的增加变化不大。当MoS2含量从3wt.%增加到5wt.%时,复合材料在宽温度范围内的摩擦系数从0.38-0.43减小为0.12-0.32,磨损率从4.1-5.6×10-5mm3(Nm)-1上升到4.2-6.4×l0-5mm3(Nm)-1。随着MoS2含量增加到7.5wt.%,复合材料在宽温度范围内的摩擦系数从0.12-0.32增加到0.30-0.41。磨损率从4.2-6.4x10-5mm3(Nm)-1上升到3.9-7.4×10-5mm3(Nm)-1。
【关键词】：镍铝 Ti_3SiC_2 固体自润滑复合材料 摩擦磨损
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB33;TH117
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究背景10
• 1.2 摩擦学协同理论10
• 1.3 固体润滑剂10-12
• 1.3.1 层状固体润滑剂11
• 1.3.2 氧化物润滑剂11-12
• 1.3.3 复合固体润滑剂12
• 1.4 镍铝基自润滑复合材料摩擦学研究概况12-14
• 1.5 摩擦物理化学现象14-15
• 1.5.1 摩擦氧化反应14
• 1.5.2 摩擦选择性转移14
• 1.5.3 摩擦釉化14
• 1.5.4 存在的问题14-15
• 1.6 论文的研究内容15-16
• 1.6.1 研究意义及目的15
• 1.6.2 研究内容15-16
• 1.7 项目来源16-17
• 第二章 实验材料与方法17-21
• 2.1 技术路线17-18
• 2.2 材料制备18
• 2.3 微观组织表面分析18-19
• 2.4 性能测试19-21
• 2.4.1 密度测试19
• 2.4.2 硬度测试19
• 2.4.3 摩擦磨损性能测试19-21
• 第三章 含Ti_3SiC_2镍铝基自润滑复合材料的摩擦学性能研究21-52
• 3.1 自润滑材料组织分析21-25
• 3.2 自润滑材料力学性能25-26
• 3.3 Ti_3SiC_2添加量对摩擦学性能的影响26-32
• 3.3.1 自润滑材料磨痕形貌与组份分析26-30
• 3.3.2 自润滑材料磨屑形貌与组份分析30-31
• 3.3.3 摩擦副磨痕形貌与组份分析31-32
• 3.4 载荷对摩擦学性能的影响32-39
• 3.4.1 自润滑材料磨痕形貌与组份分析33-35
• 3.4.2 自润滑材料磨痕断口形貌与组份分析35-37
• 3.4.3 自润滑材料磨屑形貌与组份分析37-38
• 3.4.4 摩擦副磨痕形貌与组份分析38-39
• 3.5 速度对摩擦学性能的影响39-44
• 3.5.1 自润滑材料的磨痕形貌与组份分析40-42
• 3.5.2 自润滑材料的磨屑形貌与组份分析42-43
• 3.5.3 摩擦副磨痕形貌与组份分析43-44
• 3.6 温度对摩擦学性能的影响44-50
• 3.7 本章小结50-52
• 第四章 含不同润滑相的镍铝基自润滑复合材料的摩擦学性能研究52-73
• 4.1 含不同润滑相的镍铝基自润滑复合材料的表面组织分析52-57
• 4.2 含不同润滑相的镍铝基自润滑复合材料的力学性能57-58
• 4.3 含不同润滑相的镍铝基自润滑复合材料的摩擦学性能58-67
• 4.3.1 添加PbO对自润滑材料的摩擦学性能影响60-62
• 4.3.2 添加Ti_3SiC_2-MoS_2对自润滑材料的摩擦学性能影响62-64
• 4.3.3 添加Ti_3SiC_2-WS_2对自润滑材料的摩擦学性能影响64-65
• 4.3.4 自润滑材料磨痕断口形貌分析与讨论65-67
• 4.4 含不同润滑相的镍铝基自润滑复合材料的磨损机理67-72
• 4.5 本章小结72-73
• 第五章 含5wt.%Ti_3SiC_2-Xwt.%MoS_2镍铝基自润滑复合材料的摩擦学性能研究73-80
• 5.1 不同MoS_2添加量的镍铝基自润滑复合材料的力学性能73
• 5.2 不同MoS_2添加量镍铝基自润滑复合材料的摩擦学性能73-78
• 5.3 不同MoS_2添加量镍铝基自润滑复合材料的磨损机理78-79
• 5.4 本章小结79-80
• 第六章 总结80-82
• 6.1 主要结论80-81
• 6.2 创新点81
• 6.3 研究展望81-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-86
• 附录 硕士期间发表的论文和申请的专利86-87

【参考文献】

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本文编号：905534