氮合金化堆焊合金往复式摩擦磨损行为的研究

在马氏体不锈钢中引入氮，通过铌、钛固氮制备氮合金化堆焊合金. 利用往复式摩擦磨损试验机测试加氮和未加氮两种堆焊合金在不同载荷(5、10和15 N)下的摩擦磨损性能，研究了其摩擦磨损行为. 结果表明:在摩擦磨损过程中，堆焊合金表面承受周期性载荷，摩擦表面出现明显的切削痕和塑性变形，其磨损机制以磨粒磨损和表面疲劳磨损为主. 氮合金化堆焊合金中，碳氮化物沿马氏体基体、晶界弥散析出，起到了明显的细晶强化和弥散强化作用，增强了基体的塑性变形抗力以及抵御磨粒磨损的能力，使磨损表面切削痕数量更少、深度更浅，抗疲劳剥落现象得到明显改善.      

纯钛与Ti6Al7Nb合金氮离子注入层在小牛血清溶液中的扭动微动磨损试验研究

文中主要研究了纯钛、Ti6A17Nb基体以及经过氮离子注入后的改性层的扭动微动磨损行为.氮离子注入采用高能离子注入机及增强沉积系统,加速电压为50 kV,注入剂量分别为1×l017、5×1017和9×1017cm-2.采用球/平面接触模式,对纯钛和Ti6Al7Nb合金/(Zr2O球(直径为25.2 mm),接触副在小牛血清介质条件下进行了纯钛和Ti6Al7Nb合金及其改性层的了扭动微动磨损试验.借助X衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、三维形貌仪(3D)和扫描电镜(SEM)分析了两种材料及其改性层的化学成分、微动磨损磨痕形貌和微观组织结构,探讨了纯钛和Ti6Al7Nb合金基材和改性层的扭动微动运行行为和损伤机制.研究结果表明:用氮离子注入方法处理钛及其合金,生成的氮化物层能够改善材料表面的综合性能,提高其扭动微动磨损的耐磨性.纯钛和Ti6Al7Nb基体的磨损现象为氧化和剥落,其离子注入层的磨损现象为犁沟.     

淬火冷却方式对高硼中碳合金组织和高温磨损性能的影响

为研究淬火冷却方式与高硼中碳合金组织转变的关系,对1000℃空冷、油冷和水冷及500℃回火后的高硼中碳合金进行X射线衍射分析、硬度测试和高温摩擦磨损试验,用电子显微镜与能谱观察和分析其高温磨损的形貌.结果表明:空冷试样的基体为回火索氏体+少量珠光体,Fe2B消失且有较多M3(B,C)析出,而油冷和水冷试样的基体全部为回火索氏体,硬质相主要有MB 、M2B型硼化物,随淬火冷却速度的增大,硬质相的体积分数有所下降,基体的微观硬度增大,耐磨性也有所提高;空冷试样在高温摩擦时以直接的氧化磨损为主,油冷试样的氧化剥落减轻,水冷试样的磨损则主要因犁沟变形与氧化-去除共同作用而造成.     

碳化物抗氧化稳定性及其与基体的协同作用对Cr—Ni合金铸铁高温耐磨性的影响

通过改变Cr-Ni合金铸铁中共晶碳化物的抗氧化稳定性,在可控气氛高温磨料磨损试验机上研究了碳化物及其与基体的氧化协同性对合金耐高温磨料磨损能力的影响。结果表明：碳化物的抗氧化稳定性以及碳化物与基体的氧化大无畏同性对合金在大气气氛中的高温耐磨性起着重要的作用。在Cr-Ni合金铸铁中,碳化物在高温氧化气氛中将优先于合金基体发生氧化腐蚀,使合金的耐磨性得到极大损害,因此,使碳化物与合金基体在高温下保持协同的高温稳定性对合金的高温耐磨性非常有利。     

精铸热锻模具钢的合金成分设计及其高温磨损性能研究

探讨了精铸热锻模具钢合金化设计的依据和合金成分设计较佳的参数范围,开发出高耐磨精铸热锻模具钢,采用MG-2000型销-盘式高温摩擦磨损试验机在干摩擦、400℃条件下,研究了精铸热锻模具钢的高温磨损性能.结果表明:合金成分设计参数应控制为V/C在3.00～3.60之间,C余在0.10～0.25之间,Cr/Cr Mo在0.68～0.85之间,Cr/C余＞16.60,Mo/C余＞16.00;所研制的精铸热锻模具钢的淬火组织为马贝复相组织,回火后碳化物以弥散析出的V4C3为主,含有少量Cr和Mo的碳化物,Cr、Mo主要固溶于α-Fe中,以保证精铸热锻模具钢的热强性和热稳定性;精铸模具钢具有较好的高温耐磨性,磨损率明显低于H13钢.其磨损机制为氧化磨损,即在精铸热锻模具钢的高温磨损表面形成Fe3O4和Fe2O3.     

Cu-Cr-Zr-Ce合金时效行为和电滑动磨损性能研究

在Cu-Cr-Zr合金中加入Ce,采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜等观察和分析了Cu-Cr-Zr-Ce合金时效析出行为,将经过拉拔和时效处理(480℃×2h)的合金线材在自制电磨损试验机上进行电滑动磨损试验,并观察其电滑动磨损表面形貌.结果表明:Cu-0.40Cr-0.11Zr-0.059Ce合金在950℃固溶1h再经480℃时效处理后,其显微硬度和导电率较高;时效前冷变形能够加快时效初期第二相的析出并显著提高合金的性能,固溶合金经60%冷变形再经480℃时效2h后,其显微硬度和导电率分别可达153HV和85.26%IACS(相对导电率);而固溶后直接时效处理的合金的显微硬度和导电率仅为121HV和71.62%IACS;合金的磨损量随加载电流的提高而增大,其主要磨损机制为粘着磨损、磨粒磨损及电蚀磨损.     

AlCoCrFeNi高熵合金的高温摩擦磨损性能

AlCoCrFeNi高熵合金因其优异的综合力学性能而有望成为新一代高温结构材料,但对其高温摩擦磨损性能的研究还较为少见.本文中应用放电等离子烧结(SPS)技术制备了AlCoCrFeNi高熵合金,研究了其显微组织和力学性能,系统地考察了其在室温至800℃时的摩擦磨损性能.结果表明:应用SPS技术制备的AlCoCrFeNi高熵合金主要由FCC相、无序BCC相和少量有序BCC相组成;呈网格状分布的FCC相使高熵合金具有良好的塑性和韧性,而呈等轴状分布的BCC相赋予了高熵合金优异的强度;高熵合金室温至800℃时的摩擦系数在0.43~0.51之间,磨损率低于10–5mm3/(N·m).室温至中温阶段主要为磨粒磨损,中温至高温阶段的磨损机制为磨粒磨损、黏着磨损和塑性变形综合作用.高温下高熵合金表面形成了一层主要由为Al2O3和Cr2O3组成的氧化物膜,在一定程度上起到抗磨作用.     

钛合金表面类金刚石碳梯度薄膜的摩擦磨损性能研究

与Ti6Al4V合金／超高分子量聚乙烯摩擦副对比,考察了Ti6Al4V合金表面类金刚石碳梯度薄膜／超高分子量聚乙烯摩擦副在干摩擦以及Hank’s溶液和生理盐水润滑下的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察试样磨损表面形貌,并进而分析磨损机理。结果表明,类金刚石碳梯度薄膜具有良好的减摩抗磨性能,其体积磨损率约为相同条件下Ti6Al4V合金体积磨损率的50％,相应的超高分子量聚乙烯偶件的磨损率亦较低,类金刚石碳梯度薄膜的磨损呈现轻微磨粒磨损特征,而超高分子量聚乙烯可抑制类金刚石碳梯度薄膜的磨粒磨损。     

碳纤维毡增强铝基复合材料的摩擦磨损性能研究

采用压挤渗透工艺制备了新型碳纤维毡增强铝基复合材料,在MG－2000型高速高温摩擦磨损试验机上考察了其摩擦磨损性质,结果表明：碳纤维毡增强铝基复合材料的摩擦磨损特性明显估于基体合金;复合材料经历由稳定磨损向严重磨损的转化;在稳定磨损阶段,复合材料的磨损表面存在由金属氧化物和碳膜共同构成的复合固体润滑膜,从而有效地改善复合材料的摩擦磨损性能。     

在加载电流作用下Cr对Cu-Ag合金磨损性能的影响

通过电滑动磨损试验、扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析等方法,研究了在加载电流作用下微量Cr对4种不同成分Cu-Ag-Cr合金磨损性能的影响,探讨其电磨损机理.结果表明:Cu-Ag合金的磨损率随着Cr含量增加而减小;不同成分合金的磨损率均随着电流和滑动距离增大而逐渐增大;由于加入微量Cr在合金中形成弥散细小的析出相,在相同试验条件下,添加Cr的合金磨损性能明显优于Cu-Ag合金;合金的磨损机制主要为粘着磨损、磨粒磨损和电侵蚀磨损.     

铜基合金—TiC金属陶瓷复合堆焊层摩擦磨损性能研究

考察了铜基合金/TiC金属陶瓷复合堆焊材料的耐磨性及其影响因素,采用透射电子显微镜和扫描电子显微镜观察分析了复合堆焊材料的结构及磨损表现形貌。结果表明：以TiC金属陶瓷为硬质相的堆焊材料的耐磨性优于以YG硬质合金为硬质相的堆焊材料,其原因是稀土氧化物可细化基体金属组织,改善界面结合,使堆焊层的耐磨性改善;随着堆焊中硬质相含量的增加,耐磨性能提高,当金属陶瓷体积分数为55%-60%时,堆焊层的耐磨性最佳;基体金属的磨损主要呈现显微切削和犁沟特征,而金属陶瓷的流失形式主要表现为界面处TiC颗粒的脱落。     

过热处理对Al—Si过共晶合金耐磨性能的影响

考察了过热处理对Ａｌ－Ｓｉ过共晶合金磨损性能的影响。结果表明,过热处理可以改善材料的耐磨性,尤其是高载荷下的耐磨性;并且过热处理温度越高,材料的耐磨性越好。其原因在行组织中的初生硅粒子受粒触应力的作用时,易破碎而形成裂纹和孔洞,从而降低材料的磨损性能。组织中的初生硅越细小且分布越弥散,基体的强度越高,材料的耐磨性越好。     

Al0.2Co1.5CrFe1.2Ni1.5TiC0.4高熵合金的微观组织、力学与高温摩擦学性能

通过引入碳元素,设计了一种以原位形成的碳化物为增强相的高熵合金Al_(0.2)Co_(1.5)CrFe_(1.2)Ni_(1.5)TiC_(0.4),并采用放电等离子烧结(SPS)技术成功制备了这种高熵合金.采用XRD、SEM、EDS、万能材料试验机和高温摩擦磨损试验机等研究了微观组织、力学性能和室温至800℃下的摩擦学性能.结果表明:Al_(0.2)Co_(1.5)CrFe_(1.2)Ni_(1.5)TiC_(0.4)高熵合金由面心立方(FCC)结构的高熵固溶体基体相和弥散分布的TiC陶瓷相组成.FCC相使高熵合金具有良好的塑性和韧性,而TiC增强相赋予了高熵合金高的硬度和强度.随着温度的升高,高熵合金的摩擦系数和磨损率均具有逐渐减小的趋势.在800℃时,鉴于摩擦氧化作用,在磨损表面形成了致密的氧化物釉质层,起到了良好的减摩抗磨作用,使高熵合金表现出了优异的高温摩擦学性能.     

Si掺杂对NbTaWMo难熔高熵合金的高温摩擦学性能的影响

采用放电等离子烧结技术在NbTaWMo难熔高熵合金中掺杂Si元素成功制备了NbTaWMoSi_0.25难熔高熵合金,研究了物相组成、显微结构和力学性能的变化,并重点对比了25 ~800 ℃的摩擦学性能. 结果表明:NbTaWMo高熵合金由单一的BCC相组成,而NbTaWMoSi_0.25合金由BCC相和硅化物两相组成. 在NbTaWMo难熔高熵合金中掺杂Si元素后,高熵合金室温下的屈服强度、抗压强度和断裂应变均有显著的提高. NbTaWMo难熔高熵合金掺杂Si元素后从25 ℃到800 ℃摩擦系数变化较小,但其耐磨性显著改善,其耐磨性的提高主要由于硅化物增强了合金的强度. NbTaWMoSi_0.25难熔高熵合金从室温到中温阶段的磨损机制主要为磨粒磨损,而高温阶段的磨损机制主要表现为磨粒磨损和氧化磨损的综合作用. NbTaWMoSi_0.25高熵合金在宽温域内具有良好的耐磨性,在高温摩擦学领域具有较大的应用潜力.      

原位TiB晶须增强钛基复合材料的磨损机制

将自蔓延和熔模精铸方法相结合,制备了原位TiB晶须增强钛基复合材料;采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了复合材料的相组成和显微组织,结合磨损表面、磨屑形貌及剖面显微组织分析结果探讨了复合材料表面的磨损机制;采用销-盘式摩擦磨损试验机评价了复合材料的耐磨性能.结果表明:TiB晶须尺寸细小、长径比大、在基体中分布均匀;与基体合金相比,钛基复合材料的耐磨性能显著提高,这是由于TiB晶须具有增强作用和承载作用所致.     

(CuMnNi)100-xAlx高熵铜合金的显微组织、力学与摩擦学性能研究

针对工业领域对新型高强高耐磨金属材料的需求,制备了(CuMnNi)_100-xAl_x (x＝0, 5, 10, 15)系列高熵铜合金,研究了Al含量对高熵铜合金的物相组成、显微组织、力学性能和摩擦磨损性能的影响. 结果表明:CuMnNi高熵合金仅由面心立方结构(FCC)的高熵固溶体相组成,Al元素的添加对合金基体FCC相产生了强烈的固溶强化作用,并促进了体心立方(BCC)相形成. FCC相具有良好的塑性和韧性,而BCC相具有高强度和高硬度,两者共同作用使(CuMnNi)_100-xAl_x系列高熵铜合金的强度随Al含量增加而提高,而塑性和韧性不断降低. 其中,(CuMnNi)₉₀Al₁₀高熵铜合金中FCC相和BCC相的含量达到最佳匹配,使其具有优异的综合力学性能. 室温下,得益于优异的力学性能和硬质BCC相良好的抗磨作用,(CuMnNi)₉₀Al₁₀高熵铜合金的耐磨性优于常规耐磨铝青铜C6161,磨粒磨损为其主要磨损机制.      

AZ91镁合金及其Al2O3纤维-石墨颗粒混杂增强复合材料的滑动摩擦磨损性能研究

利用挤压铸造法制备了单-A12O3短纤维增强及A12O3短纤维一石墨(Gr)颗粒混杂增强AZ91镁合金复合材料，考察了镁合金及其复合材料的滑动摩擦磨损性能．结果表明，复合材料的耐磨性能优于基体合金，其中单一A12O3短纤维增强复合材料的耐磨性能更优，而混杂Gr颗粒的复合材料在磨损表面不能形成自润滑薄膜，故不能改善镁基复合材料在滑动干摩擦条件下的摩擦磨损性能．基体合金和单一A12O3短纤维增强复合材料的主要磨损机制为犁削磨损，而A12O3-Gr颗粒混杂增强复合材料的主要磨损机制为犁削和剥层破坏．