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金属陶瓷基高温润滑材料的设计、制备与性能研究

文献类型：学位论文

作者刘峰
学位类别工学博士
答辩日期2014-05-25
授予单位中国科学院大学
导师贾均红
关键词金属陶瓷 润滑材料 力学性能 摩擦学性能 润滑机理 Cermets Self-lubricating composites Mechanical properties Tribological properties Lubrication mechanism
学位专业材料学
中文摘要针对现代航空、核技术等高端装备领域对高温、宽温域等苛刻工况下润滑材料迫切需求及高温和宽温域润滑材料的设计难点，本论文开展了金属陶瓷基高温润滑材料的设计、制备和性能研究。采用粉末冶金法制备了NiCr-Al2O3和NiCr-ZrO2(Y2O3)金属陶瓷复合材料，考察了不同润滑相SrSO4、Ag、MoS2、石墨及润滑相复配对金属陶瓷的微观结构及宽温域(室温～1000 ℃)摩擦磨损性能的影响，阐明不同温度条件下材料的组分、摩擦化学与摩擦学性能的演变规律，主要研究结果如下：
1.  NiCr-Al2O3金属陶瓷力学性能和高温摩擦学性能的研究结果表明，随着Al2O3含量的增加，NiCr-Al2O3金属陶瓷的显微硬度、压缩强度呈现增大的趋势，而密度、弯曲强度和断裂韧性呈现降低的趋势。在室温～800 ℃范围内，NiCr- 40wt.%Al2O3(NC40A)金属陶瓷表现出优异的耐磨性，并且其压缩强度保持在772 MPa以上。在800 ℃时，NC40A金属陶瓷摩擦表面上形成低剪切强度的氧化物膜，起到降低摩擦系数和磨损率的作用。
2.  SrSO4润滑相的添加显著地改善了NC40A金属陶瓷的摩擦学性能，这主要与烧结过程中SrAl4O7，Sr4Al2O7，SrAl2O4和NiCr2O4的形成有关。在200～600 ℃范围内，与NC40A金属陶瓷相比，NC40A-10SrSO4复合材料具有低的摩擦系数和磨损率，主要归因于磨损表面形成了由SrAl4O7和NiCr2O4组成的协同润滑膜。
3. 在200 ℃和 400 ℃时，石墨的氧化导致 NC40A-10SrSO-Gr复合材料的摩擦系数和磨损率变大；在室温～600 ℃范围内，烧结过程中形成的 NiMoO4，Cr2(MoO4)3和Al2(MoO4)3使得NC40A-10SrSO4-MoS2复合材料的摩擦学性能变差。Ag 的加入有效地改善了 NC40A-10SrSO4复合材料在室温～800℃范围内的摩擦学性能，且在 200～800 ℃范围内，NC40A-10SrSO4-10Ag复合材料表现出优异的高温循环摩擦学性能，这与摩擦表面上形成了由SrAl4O7，NiCr2O4和Ag组成的协同润滑膜有关。在1000 ℃时，NC40A-10SrSO4-10Ag复合材料各组元之间发生了摩擦化学反应，摩擦表面形成了由 SrCrO4，NiAl2O4，NiCr2O4，Ag，NiO和Cr2O3组成的协同润滑膜，使得复合材料具有低的摩擦系数和磨损率。
4. 在室温～800 ℃范围内，NiCr-30wt.%ZrO2(Y2O3)(NC30Z)金属陶瓷表现出良好的耐磨性。在 400～800 ℃范围内，烧结过程中形成的pseudocubic-SrZrO3和NiCr2O4使得 NC30Z-5SrSO4复合材料具有优异的耐磨性，这与摩擦表面形成了由pseudocubic-SrZrO3和NiCr2O4组成的协同润滑膜有关。在1000 ℃时，NC30Z-5SrSO4复合材料中pseudocubic-SrZrO3发生相变转变为cubic-SrZrO3，与NiCr2O4，NiO和Cr2O3组成协同润滑膜，使得复合材料具有低的摩擦系数和磨损率。
5. 在室温～800 ℃范围内，NC30Z-5SrSO4-10Ag复合材料具有良好的摩擦学性能，归因于pseudocubic-SrZrO3、NiCr2O4和Ag在不同温度下所起的协同润滑作用。在1000 ℃时，NC30Z-5SrSO4-10Ag 复合材料的摩擦表面形成了由 cubic- SrZrO3，NiCr2O4，Ag，NiO和Cr2O3 组成的协同润滑膜，降低了复合材料的摩擦系数和磨损率。
学科主题材料科学与物理化学
公开日期2014-11-21
源URL[http://210.77.64.217/handle/362003/6740]  
专题兰州化学物理研究所_固体润滑国家重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714		 刘峰. 金属陶瓷基高温润滑材料的设计、制备与性能研究[D]. 中国科学院大学. 2014.

入库方式： OAI收割

来源：兰州化学物理研究所

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