MoSi2基高温结构材料的研究现状与发展

MoSi2因优异的性能被认为是最有前途的高温结构材料,然而其低温脆性、低温“PEST”氧化及高温蠕变限制了实际应用。因此重点评述了近年来国内外对其高低温力学性能和氧化性能研究的新成果,并展望了其发展趋势。     

不同温度下MoSi2的高温磨损行为研究

采用XP-5型高温摩擦磨损试验机考察了MoSi2/Al2O3配对副在700～1100℃间的摩擦学性能.利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪观察与分析了MoSi2的磨损表面与相组成.结果表明:MoSi2/Al2O3摩擦副低于900℃时摩擦因数随温度升高而增加,MoSi2的磨损率较低,氧化与粘着磨损是MoSi2的主要磨损形式;高于900℃时摩擦因数略有下降,但基本维持在0.6～0.8之间, MoSi2的磨损率却显著增加,这是由于塑脆转变特性的影响,MoSi2磨损表面还发生磨粒磨损、变形与断裂,粘着和氧化磨损加剧;偶件Al2O3的磨损形式为粘着磨损.     

载荷对MoSi2/Si3N4配对副高温磨损性能的影响

在XP-5高温摩擦磨损试验机上考察了MoSi2/Si3N4配对副在1 000 ℃、0.126 m/s滑动速度以及不同载荷条件下的摩擦磨损性能,通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对MoSi2/Si3N4配对副磨损表面进行了分析.结果表明:MoSi2/Si3N4配对副在1 000 ℃高温滑动时,MoSi2的摩擦因数随载荷的增大而降低,其磨损率则呈上升的趋势;随着载荷的增加,MoSi2的磨损机制依次表现为氧化、粘着、研磨和疲劳断裂.Si3N4盘的主要磨损形式为粘着和氧化,氧化增重引起其磨损率为负值.     

稀土强韧化MoSi2材料的摩擦学性能

采用高温自蔓延和真空烧结合成了含0.8%（质量分数）稀土/MoSi2复合材料。在MRH-5A型环-块摩擦磨损试验机上,考察了其与调质45#钢配对时的摩擦磨损特性。运用带有微探针的KYKY2800型扫描电镜分析了其磨损表面形貌,探讨了该材料的磨损机制。结果表明：在干摩擦同等条件下,稀土/MoSi2复合材料比纯MoSi2材料具有更好的抗磨损性能,其磨损率比纯MoSi2至少降低了68%。低速（200r/min）时,RE/MoSi2复合材料的磨损机制主要是粘着磨损,随着载荷的增加,粘着磨损脱落更为严重;在高速（400r/min）和低载荷（78N）下,RE/MoSi2复合材料的磨损机制仍以粘着磨损为主,在重载荷（274N）下,RE/MoSi2复合材料的磨损机制主要为粘着磨损和疲劳脆性断裂。     

ZrO2—MoSi2复合材料中ZrO2的强韧化机理

采用热压工艺制备ＺｒＯ２－ＭｏＳｉ２复合材料。结果表明,ＺｒＯ２对ＭｏＳｉ２基体显著强韧化作用;并探讨了ＺｒＯ２的强韧化机理。     

MoSi2发热元件表面保护膜的形貌与结构

采用SEM和EDS技术研究了国外某MoSi2发热元件表面保护膜的成分和微观组织.结果表明:在MoSi2发热元件外表面存在一层光滑致密的厚度超过10μm的玻璃保护膜,膜和基体之间界面清晰,结合紧密,该膜是一种以SiO2为主,含有少量铝、钠、镁和钙氧化物的复合成分的玻璃保护膜;在最外层玻璃保护膜和基体之间存在1～2μm厚的Mo5Si3过渡层;复合成分玻璃保护膜和Mo5Si3过渡层的出现有利于调整保护膜和基体之间热膨胀系数的差异,提高保护膜和基体结合的稳定性,有利于发热元件的高温使用.     

含二硫化钼镍铬基高温复合材料的高温氧化行为

采用粉末冶金方法制备了添加质量分数为6％二硫化钼的镍铬基复合材料;对其在800,900和950℃的高温氧化行为进行了研究,绘制了氧化动力学曲线;用扫描电镜对其氧化表面形貌和横截面组织进行了观察。结果表明：该镍铬基复合材料在800℃以及900℃氧化100h后,其氧化动力学符合抛物线规律,在材料表面生成了Cr2O3和NiCr2O4氧化膜,具有一定的抗氧化性能;在950℃氧化时,表面氧化膜出现剥落。     

油润滑下MoSi2材料的摩擦磨损性能

运用M-200型摩擦磨损试验机测定了油润滑条件下MoSi2与45调质钢、45淬火钢和CrWMn钢配对时的摩擦磨损性能，采用扫描电镜和微探针分析了摩擦副表面的形貌，探讨了磨损机理：结果表明：采用20号机械油润滑可有效地降低MoSi2材料的磨损率及摩擦因数；与低硬度的45调质钢和45淬火钢对摩时，MoSi2材料的主要磨损机制为晶间断裂、疲劳断裂、轻微粘着磨损和磨粒磨损；MoSi2材料与高硬度的CrWMn钢对摩时，主要磨损机制表现为粘着磨损、微犁削式磨粒磨损，并在偶件表面材料凸点的前端形成楔块。     

微弧氧化电源占空比对陶瓷基自润滑复合涂层性能的影响*

为提高柴油机铝合金活塞的可靠性和耐用性,在不同电源占空比下通过微弧氧化实验在铝合金基体上制备得到微弧氧化陶瓷层,利用电泳技术将MoS_2微纳米粒子引入陶瓷层的孔隙中,制备得到陶瓷基自润滑复合涂层。研究微弧氧化电源占空比对陶瓷层和复合涂层微观形貌、厚度和表面粗糙度的影响,并利用往复式摩擦磨损试验机在干摩擦、油润滑条件下对复合涂层的摩擦学性能进行分析。结果表明:随占空比的提高,微弧氧化陶瓷层的厚度、表面粗糙度呈现先增加后减小的变化趋势;随占空比的提高,制备得到的复合涂层的摩擦因数先减小后增大,占空比为60%～70%得到的复合涂层摩擦因数最低,且复合涂层与基体结合状态好,抗磨自润滑性能显著。     

金属基—陶瓷电刷镀复合镀层高温摩擦磨损性能研究

采用高温磨损试验机对Ｎｉ－Ｃｏ－ＺｒＯ２电刷镀复合镀层的高温摩擦磨损特性进行研究；进行电子探针能谱仪对磨损形貌及成分进行观察与分析；初步分析复合镀层的高温磨损机理。     

新型镍基药芯焊丝熔敷金属的高温氧化行为

采用增重法测定了自制新型镍基药芯焊丝熔敷金属在800℃和1000℃空气中的高温氧化行为。采用扫描电镜（SEM）对氧化产物表面和横截面形貌进行了观察,X射线衍射仪（XRD）对氧化膜层的物相进行了分析。结果表明,熔敷金属在800℃氧化时,氧化增重与氧化时间遵从抛物线规律,表面氧化膜无剥落,氧化速率较稳定;在1000℃氧化时,氧化增重与氧化时间近似遵从抛物线规律,表面氧化膜出现少量剥落,且氧化膜增厚,氧化增重是800℃氧化时的4倍左右。氧化过程中,氧化膜主要由Cr2O3组成。     

SiO2对陶瓷复合钢管孔隙度和力学性能的影响

用离心自蔓延高温合成法制备氧化铝陶瓷复合钢管,用X线衍射仪测定了陶瓷层的相成分,研究了添加剂SiO2对陶瓷复合钢管孔隙度及力学性能的影响。／     

模具钢、复合陶瓷强化模具钢和结构陶瓷高温摩擦学性能比较

从实用角度出发，模拟金属挤压工况，对比研究了模具钢、陶瓷薄膜强化模具钢和结构陶瓷三种模具材料的摩擦学特性，测试了高温下的磨损规律。研究结果对挤压模具设计具有指导意义。     

MoSi2/45#钢在干摩擦条件下的滑动摩擦磨损性能

在MRH-5A型环-块型摩擦磨损实验机上,考察了MoSi2与调质45#钢配对时的摩擦磨损特性。运用KYKY2800型扫描电子显微镜,观察和分析了其磨损表面形貌,探讨了该材料的磨损机制。结果表明：在pv为284.96N.m.s^-1时,MoSi2与调质45#钢对摩时具有较低的摩擦因数和磨损率。在载荷和转速两影响因素中,转速的影响较大,低转速时MoSi2的磨损机制为粘着,且随着载荷的增加,出现粘着膜脱落;高转速时MoSi2材料表面粘着较低速时减弱。     

莫来石基复合陶瓷高温摩擦表面粘附机理的研究

研究莫来石基复合陶瓷（ZTM、ZTM/Al）与氧化钇稳定氧化锆（TZP）陶瓷构成的摩擦副,在干摩滑动条件下,ZTM、ZTM/Al陶瓷的磨损率随环境温度的升高而逐渐降低,其摩擦表面可生成粘附保护层并出现负磨损现象。ZTM、ZTM/Al陶瓷高温摩擦表面产生粘附保护层的主要机理是对偶件TZP陶瓷中的Zr原子或磨屑向其摩擦表面扩散和吸附的结果。详细分析这种Zr原子表面扩散转移地主要影响因素,以及磨屑在摩擦表面的物理吸附和化学吸附的机理,得出了“ZTM、ZTM/Al摩擦表面粘附层的形成,其实质是由‘被动受磨’向‘主动抗磨’的机制转变”的结论,并展望了该抗磨机理的工程应用前景。     

用工业原料制备Al_2O_3陶瓷内衬复合钢管的研究

用SHS铝热-离心法制备了氧化铝陶瓷内衬复合钢管,研究了用工业褐铁矿Fe2O3粉和工业铝粉制备陶瓷内衬复合钢管的有关工艺,并分析了复合钢管的组织和性能。结果表明,内衬陶瓷由Fe2O3、铁铝尖晶石和莫来石等相组成,内衬陶瓷硬度可达1327HV,KIC为3．86MPa·m1／2。     

MoSi2/45#钢在油润滑状态下的摩擦学性能研究

在M - 2 0 0型磨损试验机上进行了金属间化合物MoSi2 / 4 5 # 钢的摩擦磨损试验 ,考察了载荷和润滑状态对MoSi2 材料摩擦磨损性能的影响 ,采用扫描电子显微镜 (SEM)和微探针观察了其磨损形貌 ,并分析了其磨损机理。结果表明 :油润滑明显改善了MoSi2 材料的摩擦学性能。MoSi2 材料的磨损机理在低载荷 (5 0～ 80N)下主要表现为疲劳磨损和磨粒磨损 ,高载荷 (12 0N以上 )下以氧化磨损为主。载荷为 15 0N时 ,MoSi2 材料具有较好的综合摩擦磨损性能 ,摩擦系数和磨损率分别为 0 1和 0 0 0 9g·km-1。     

SiO_2对陶瓷复合钢管孔隙度和力学性能的影响

用离心自蔓延高温合成法制备氧化铝陶瓷复合钢管。用 X射线衍射仪测定了陶瓷层的相成分 ,研究了添加剂 Si O2 对陶瓷复合钢管孔隙度及力学性能的影响。     

NiCr-CrAl涂层的高温氧化行为

采用固体粉末包埋法在高温合金K438表面制备了一种NiZr-CrAl涂层和单渗铝涂层,通过循环氧化动力学曲线分析、形貌观察及物相分析等对比研究了两种涂层在1000℃下的循环氧化行为。结果表明:单渗铝涂层和NiCr-CrAl涂层均由β-NiAl构成;在循环氧化300h后,NiCr-CrAl涂层质量增加明显低于单渗铝涂层的;单渗铝涂层表面氧化物由α-Al2O3、NiAl2O4和TiO2混合氧化物组成,涂层出现了明显的NiAl向Ni3Al退化,涂层抗氧化性能下降;而NiCrCrAl涂层表面氧化物仍由致密的α-Al2O3相构成,涂层中仅出现轻微的退化,表现出优异的抗循环氧化性能。     

激光诱导氧化辅助微细铣削TiB_2基陶瓷复合材料试验研究

陶瓷复合材料具有高硬度、高弹性模量、耐磨、抗化学腐蚀等诸多优异性能,在航空航天、微电子、汽车、切削刀具和生物医学等领域具有广泛应用前景,但其微细铣削加工中存在铣削力高、刀具磨损严重等问题。本文提出了一种激光诱导氧化辅助微细铣削的复合加工方法,并用该方法制备了TiB_2基陶瓷复合材料微结构。在激光辐照下,TiB_2基陶瓷复合材料氧化生成具有一定厚度的、疏松易去除的氧化层;在此基础上,利用微细铣削工艺依次去除氧化层、热影响层和少量基体材料,以获得高加工效率和加工质量。主要研究了铣削深度和每齿进给量对铣削力和表面粗糙度的影响规律,结果表明,随着铣削深度和每齿进给量的增大,铣削力逐渐增大;在铣削深度为2μm、每齿进给量为0.3μm/z时,已加工表面粗糙度最小,S_a为0.06μm;随着铣削深度和每齿进给量的增大,材料去除方式先后经历弹性滑动摩擦、延性模式和脆性模式三个阶段。