原位合成MoSi_2及其复合材料的摩擦磨损行为

以Mo、Si和C粉末为对象,利用SPS技术合成致密的MoSi2和MoSi2-SiC复合材料。着重研究了MoSi2及其复合材料的摩擦磨损行为。结果表明,随着载荷的增加,合成材料的摩擦因数减小,磨损率在150N达到最小值;SiC含量的增加,使得材料磨损率逐渐减小,耐磨性优于单一的MoSi2材料;MoSi2的主要磨损机制为粘着、轻微氧化疲劳磨损,而粘附转移、疲劳磨损和犁削磨损是MoSi2-SiC复合材料磨损的主要机制。     

MoSi2对CoCrNiW合金干摩擦磨损性能的影响研究

目的 系统研究MoSi2含量对Co基合金干摩擦磨损性能的影响,以开发摩擦学性能优异的CoCrNiW基复合材料。方法 利用热压烧结技术,设计制备CoCrNiW-MoSi2(质量分数分别为0%、3%、7 %、11%)抗磨复合材料。采用往复式球–盘摩擦磨损试验机,研究不同载荷和滑动速度对复合材料干摩擦磨损性能的影响,进一步优化MoSi2的含量。采用XRD、SEM、EDS等技术分析材料的物相组成、微观结构及磨损形貌。结果 MoSi2的添加有效提高了材料的硬度及致密度,MoSi2质量分数为7%的试样,硬度为386HV。复合材料的物相包括γ–fcc、ε-hcp、MoSi2、CrSi2、Mo1.24Ni0.76、MoSi2.43W0.211相。摩擦系数随载荷和滑动速度的增加而减小,磨损率随载荷的增加而增大,随滑动速度的增加而减小。硅化物硬质颗粒起到了弥散强化作用,提高了磨损表面的承载能力。其中,添加7%和11% MoSi2的试样,磨损率较低且接近,高载和高速下,磨损率较未添加试样分别下降约31.3%和25.5%。适当含量的MoSi2具有一定的减摩性,添加7% MoSi2的试样,摩擦系数始终最低,变化范围为0.24~0.53。结论 CoCrNiW-7wt.% MoSi2表现出了最佳的摩擦学性能,其磨损机理在高载条件下主要为磨粒磨损,在高速条件下主要为磨粒磨损和轻微氧化磨损。     

La2O3-Mo5Si3/MoSi2复合材料的力学性能和高温氧化行为

通过自蔓延高温合成了稀土协同Mo5Si3复合强韧化MoSi2的复合粉末,研究了La2O3-Mo5Si3/MoSi2复合材料的室温力学性能和高温氧化特性。结果表明:与纯MoSi2相比,稀土和Mo5Si3细化了材料的晶粒,提高材料的室温弯曲强度和断裂韧性,其强化机制为细晶强化,韧化机制为细晶韧化、裂纹偏转、裂纹分支和微桥接;当Mo5Si3含量不超过30%(摩尔分数)时,随着Mo5Si3含量的增加,材料的抗氧化性能降低,而RE-40%Mo5Si3/MoSi2(摩尔分数)复合材料出现粉化现象;RE-Mo5Si3/MoSi2复合材料抗氧化性的降低,主要是由于Mo5Si3较差的抗氧化性、材料致密度的降低以及晶粒细化的结果;0.8%稀土(质量分数)协同5%Mo5Si3(摩尔分数)的RE-Mo5Si3/MoSi2复合材料具有较好的综合力学性能和高温抗氧化特性。     

不同基体炭C/C复合材料的摩擦磨损性能

以炭纤维针刺毡为预制体,采用化学气相沉积法(CVI)和结合液相浸渍树脂或沥青法制备了热解炭为粗糙层与光滑层结构的准三维C/C复合材料,并研究了这些材料在0.6 MPa的模拟刹车压力下的摩擦磨损性能与磨损机理.研究表明:基体炭为粗糙层热解炭与树脂炭的C/C复合材料摩擦表面能形成较厚且连续的自润滑摩擦膜,摩擦稳定性最好,摩擦因数适中,氧化磨损小,磨损机理主要为膜的部分脱落、氧化磨损与相对较小的磨粒磨损;基体炭为光滑层热解炭与树脂炭或沥青炭的C/C复合材料摩擦表面形成的摩擦膜较薄且不连续,摩擦稳定性差,摩擦磨损较大,磨损机制主要为膜的部分脱落、磨粒磨损与更严重的氧化磨损;随着密度的升高,C/C复合材料摩擦稳定性增加,摩擦因数增加,磨损降低;基体炭为单一沥青炭的C/C复合材料,由于没有热解炭对纤维的保护,纤维断裂多,线性磨损尤其大,磨损机理主要为大量的磨粒磨损与氧化磨损.     

不同Al含量Mo(Si_(1-x),Al_x)_2材料的高温氧化行为

以MoSi2、Mo和Al粉末为原料,采用真空热压烧结制备不同Al含量的Mo(Si1-x,Alx)2材料,考察Al含量对MoSi2材料微观结构和高温氧化行为的影响。结果表明,当x=0和0.05时,Mo(Si1-x,Alx)2材料主要由呈C11b结构的MoSi2组成;当x=0.1时,该材料主要由呈C40结构的Mo(Si0.9,Al0.1)2和MoSi2组成;当x=0.2~0.4时,该材料由呈C40结构的Mo(Si1-x,Alx)2相组成。随着Al含量的增加,Mo(Si,Al)2晶格膨胀增大。1200℃氧化时,不同Al含量Mo(Si1-x,Alx)2材料的氧化动力学均呈抛物线规律;Mo(Si,Al)2中Al含量越高,氧化增量越大,抗氧化能力越低。当x=0和0.05时,材料表面氧化生成了连续致密的SiO2氧化膜;当x=0.1时,氧化层由SiO2·Al2O3混合氧化膜组成;当x=0.2~0.4时,材料表面氧化生成连续的Al2O3氧化膜。由于Si和Al的扩散,氧化膜与Mo(Si1-x,Alx)2界面处形成了Mo5(Si,Al)3过渡区。     

两种不同气氛下钢铜摩擦副摩擦磨损特性研究

利用MMS-1G销盘式高温高速摩擦磨损试验机,研究了氧气和二氧化碳两种气氛下CrNiMo钢/H96黄铜配副的干滑动摩擦磨损特性,并分析了其磨损机理。结果表明:摩擦系数随载荷和速度的增加而减小;磨损率随着载荷和速度的增加而增加,在改变速度与载荷的过程中,存在着摩擦磨损机制的转变,氧气气氛下,CrNiMo钢材料的磨损机理主要表现为氧化磨损、磨粒磨损;二氧化碳气氛下,CrNiMo钢材料的磨损机理主要表现为磨粒磨损、粘着磨损。     

EM42与Si3N4陶瓷干摩擦磨损性能的研究

在HT-1000型高温摩擦磨损试验机上对EM42高速钢与氮化硅(Si3N4)陶瓷配副进行干滑动摩擦磨损试验,利用SEM观察并分析了摩擦面的磨损形貌及磨损机理。结果表明:EM42高速钢与氮化硅(Si3N4)陶瓷在干摩擦条件下,随着摩擦速度的增加,摩擦系数的变化幅度和磨损量都逐渐降低。摩擦表面由低速的犁沟、硬质相(MC)的剥离脱落,转向表面硬质相(MC)磨粒对EM42高速钢的挤压犁沟、疲劳脱落,再到摩擦表面润滑膜的最终形成;其磨损机理由低速的EM42高速钢表面的硬质相被撞击破碎或剥落而形成磨粒磨损,氧化疲劳磨损转变为高速表面的氧化疲劳磨损和磨粒磨损。     

MoSi2基复合材料的摩擦学行为

采用热压烧结工艺,制备了TiC、TiCN和TiB2增强的MoSi2基复合材料.考察了MoSi2基复合材料的力学性能和摩擦学性能,采用扫描电子显微镜观察了复合材料的磨损表面形貌.结果表明MoSi2-TiB2显示出了良好的烧结性能;第2相陶瓷的加入明显地提高了MoSi2的力学性能和摩擦学性能,其中MoSi2-TiC尤为明显.MoSi2磨损表面粗糙,并伴有一些微裂纹;MoSi2-TiC和MoSi2-TiCN磨损表面存在微犁削现象及一些剥落坑;MoSi2-TiB2磨损机制为轻微的磨粒磨损.     

制动条件对动车进口刹车片制动性能的影响

对现有动车进口刹车材料,在MM-1000Ⅱ型摩擦磨损性能试验机上进行性能测试,摩擦速度为80～200 km/h,摩擦压力为0.4～1.0 MPa.利用JEM-2100型扫描电镜(SEM)对其磨损表面和磨屑进行微观形貌观察.结果表明:当制动速度为160 km/h时,仍具有较高摩擦系数(0.292),制动速度大于160 km/h时,摩擦系数迅速下降;当制动速度为80km/h时,材料磨损量较小.低速制动下的磨损机理主要为疲劳磨损,高速制动时主要为磨粒磨损和氧化磨损.     

三维连续网络Ti2AlC/TiAl复合材料高温摩擦磨损行为研究

采用真空热压制备了三维连续网络Ti2AlC/TiAl复合材料,在明晰其高温氧化行为的基础上,利用摩擦磨损试验机对复合材料的高温氧化磨损行为及其机理进行了研究。结果表明,高温氧化条件下,复合材料表面在600℃以下生成Al2O3藓状氧化物,在800℃时生成TiO2聚集团以及TiO2和Al2O3的氧化物混合层;随着温度的升高,氧化膜的润滑作用使得摩擦系数降至0.3237,基材的软化与TiO2聚集团的突出生长使得磨损速率逐渐升至4.5×10-4mm3/(N.m),磨损机理由磨粒磨损转变为磨粒磨损与氧化磨损的混合磨损。     

W的添加对MoSi2显微组织的影响

以Mo、W、Si粉为原料,采用机械活化结合热压烧结的方法制备了不同W含量的MoSi2合金试样.结果表明,合金元素W加入后,其主要物相为MoSi2、(Mo,W)Si2固溶体及少量Mo4.8Si3C0.6碳化物,引起MoSi2显微应变增大,晶粒尺寸减小,从而细化了晶粒,晶粒尺寸在59.7～78.6 nm之间,具有纳米晶结构,强化了基体;随着W含量的增多,MoSi2合金材料的晶格参数和晶格体积增大,晶格密度减小.     

稀土元素对9Cr2Mo冷轧辊钢组织和性能的影响

制备了不加稀土及稀土元素含量(质量分数,下同)为0.1%的9Cr2Mo冷轧辊钢,进行了金相夹杂物形貌分析,抗拉强度和抗回火性能检测,在MM-200型环/块磨损机上进行了磨损试验,根据磨损表面形貌分析了磨损机理.讨论了稀土元素对9Cr2Mo钢奥氏体晶粒长大过程的影响.结果表明,9Cr2Mo冷轧辊钢中添加0.1%的稀土元素后其抗拉强度和抗回火性能及耐磨性明显高于不加稀土元素,磨损机理主要是犁削和疲劳剥落;组织中的硫化物和氧化物夹杂形态由质软的长条状转变为较硬的粒状;加入0.1%的稀土元素时显著细化了该钢的奥氏体晶粒.     

2％C／MoSi2复合材料的组织结构与性能

采用热压烧结工艺制得了2％C／MoSi2（质量分数）复合材料,并测定了材料的显微组织和结构、室温和高温力学性能、耐磨性能以及电阻率。结果:C／MoSi2复合材料由大量的MoSi2、多量的Mo5Si3和少量的β－SiC组成,其硬度Hv为1060,抗弯强度为470MPa,断裂韧性为5．12MPa.m^1/2,800℃的硬度Hv为750,1200℃的抗压强度为450MPa,1400℃的抗压强度为142MPa;在Al2O3和SiC磨盘上表现出优异的耐磨性能,材料的电阻率为349n.m。与纯MoSi2相比,2％C／MoSi2复合材料在硬度、抗弯强度、断裂性、高温抗压强度、弹性模量和耐磨性能等方面都有较大的提高。     

MoSi2—WSi2复合体系的自蔓延燃烧合成

自蔓延燃烧合成法制备了ＭｏＳｉ２－ＷＳｉ２ 事粉体,并对合成产物进行了Ｘ射线衍射分析。研究表明,通过自蔓延燃烧合成反应既可实现ＭｏＳｉ２与ＷＳｉ２的复合,又可通过调整尖物Ｍｏ,Ｗ,Ｓｕｉ的比例,在ＭｏＳｉ２中引入ＷＳｉ２的同时还能引入足够量的Ｍｏ５Ｓｉ３－Ｗ５Ｓｉ３相。Ｗ量的境加使体系的绝热温度降低,对自蔓延燃烧合成反应产生影响,研究还表明ＭｏＳｉ２－ＷＳｉ２和Ｍｏ５Ｓｉ３－Ｗ５Ｓｉ３均以固溶体的     

MoSi_2-WSi_2复合体系的自蔓延燃烧合成

利用自蔓延燃烧合成法制备了 Mo Si2 - WSi2 复合粉体 ,并对合成产物进行了 X射线衍射分析。研究表明 ,通过自蔓延燃烧合成反应既可实现 Mo Si2 与 WSi2 的复合 ,又可通过调整反应物 Mo,W,Si的比例 ,在 Mo Si2 中引入 WSi2的同时还能引入足够量的 Mo5 Si3- W5 Si3相。W量的增加使体系的绝热温度降低 ,对自蔓延燃烧合成反应产生影响。研究还表明 Mo Si2 - WSi2 和 Mo5 Si3- W5 Si3均以固溶体的形式存在。     

MoSi2 oxidation resistance coatings for Mo5Si3/MoSi2 composites

In order to improve the oxidation resistance properties of 30 at.% Mo5Si3/MoSi2 composite at high temperature in air, a molybdenum disili-tide coating was prepared on its surface by a molten salt technology. XRD and SEM analysis showed that only tetragonal MoSi2 phase ex-isted in the coating after being siliconized for 5 h at 900℃. The oxidation film formed on the uncoated sample was not dense, so that oxygen diffused easily through it. The volatilization of MoO3 resulted in the oxidation film separating from the substrate. The MoSi2coating was proved to be an effective method to prevent 30 at.% MosSi3/MoSi2 composites from being oxidized at 1200℃. A dense glassy SiO2 film was formed on the MoSi2 coating surface, which acted as a barrier layer for the diffusion of oxygen atoms to the substrate. The 30at.% Mo5Si3/MoSi2 composites with a MoSi2 coating showed much better oxidation resistance at high temperature.     

钛合金表面激光熔覆Ti/Ni+Si3N4/ZrO2复合涂层组织与性能研究

目的 提高TA15合金的表面硬度,改善其耐磨性能.方法 以Ti/Ni+Si3 N4/ZrO2混合粉末为原料,利用激光熔覆技术,在TA15钛合金表面制备出以ZrO2颗粒和原位生成Ti5 Si3、TiN为增强相,以金属化合物TiNi、Ti2 Ni为基体的复合涂层.采用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪等手段分析激光熔覆涂层的显微组织及磨损表面,通过硬度测试、摩擦磨损实验,对熔覆层的显微硬度和耐磨性进行评估.结果 熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,熔覆层组织中TiNi和Ti2 Ni金属化合物基体上弥散分布着Ti5 Si3、TiN树枝晶和ZrO2颗粒;与不含ZrO2熔覆层相比,含有ZrO2熔覆层组织的晶粒得到细化;熔覆层中原位生成的TiN桥接在裂纹上,具有增韧的作用;熔覆层的显微硬度分布在835~1050 HV区间内,约为基体硬度的3倍左右;在干滑动摩擦磨损下,熔覆层的磨损量约为钛合金基体磨损量的1/6,其主要磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损.结论 熔覆层中高硬度、耐磨陶瓷相和高韧性相的共同配合,显著提高了钛合金表面的硬度和耐磨性.     

稀土Ce对HMn64-8-5-1.5合金组织及耐磨性能的影响

本文系统地研究了稀土Ce对HMn64-8-5-1.5合金显微组织及摩擦磨损性能的影响。研究表明,稀土Ce在熔炼过程中起到脱氧、脱硫、除氢和除杂的作用,可以净化合金基体,使晶粒尺寸显著细化。摩擦磨损实验表明,稀土Ce能明显改善材料的摩擦磨损性能,添加0.2wt%Ce时,较无Ce的合金磨损量减小了25%。添加0.2wt%Ce后,合金的主要磨损形式从严重的黏着磨损转变为磨粒磨损。结合两种摩擦磨损模型对合金的磨损机理进行了深入分析,添加稀土Ce前后合金的磨损机制发生变化的主要原因是Ce的去除杂质、细化晶粒的作用,使合金本身的表面强度、极限变形值增大。     

激光熔覆Mo2Ni3Si／NiSi金属硅化物复合材料涂层组织与耐磨性

以39Mo-35Ni-26Si(w％)合金粉末为原料，采用激光熔覆技术，在1Cr18Ni9Ti不锈钢基材表面翩得以Mo2Ni3Si金属硅化物为初生相，以Mo2Ni3Si／NiSi共晶相为基体的金属硅化物耐磨复合材料涂层。涂层的常温干滑动磨损试验结果表明，在磨损过程中，Mo2Ni3Si／NiSi共晶相轻微地优先磨损，Mo2Ni3Si金属硅化物微微凸出于磨损表面，起到抗磨的骨干作用。由于Mo2Ni3Si金属硅化物具有很高的硬度和很强的原子间键合力，在磨损过程中难于变形和粘着，激光熔覆Mo2Ni3Si／NiSi金属硅化物复合材料涂层具有优异的耐磨性，与1Cr18Ni9Ti标样相比，涂层的耐磨性提高了56倍。     

基于稀土调控的激光熔覆Ni60强化铝合金的高温摩擦磨损性能研究

目的 提高铝合金的综合使用性能。方法 采用激光熔覆技术对6063铝合金表面分别进行了Ni60、Ni60+4%CeO2、Ni60+5%Y2O3和Ni60+5%La2O3激光熔覆处理，然后进行了硬度和高温摩擦磨损实验，通过分析各试样的摩擦系数、磨痕轮廓、磨损量、物相、成分和磨损后微观形貌，进而分析各试样的耐磨性能和磨损机理，以及稀土对熔覆层耐磨性能和磨损机理的影响。结果 熔覆层的硬度呈梯度分布，加入稀土Ni60熔覆层的硬度明显提升。6063铝合金随着载荷和磨损温度的升高，磨损机制从二体磨粒磨损，到粘着磨损，再到严重的熔融磨损和氧化磨损，由轻微向严重磨损转变。Ni60熔覆层的磨损机制主要为剥层磨损、氧化磨损和轻微的犁削磨损，并随着载荷和磨损温度的升高，剥层磨损的程度越来越严重。添加最佳稀土含量的熔覆层随着载荷和磨损温度的升高，磨损机制逐渐由以犁削磨损为主过渡为以剥层磨损为主，并含有氧化磨损和犁削磨损。与Ni60熔覆层相比，加入最佳稀土含量的熔覆层的高温摩擦磨损性能均有明显提高。结论 对比三种稀土熔覆层，高温摩擦磨损性能由好到差的顺序为Ni60+4%CeO2熔覆层>Ni60+5%Y2O3熔覆层>Ni60+5%La2O3熔覆层。