NiAlCoCrFeTi系高熵高温合金的摩擦学性能研究

采用真空电弧熔炼技术制备了NiAlCoCrFeTi (HESA-1)和NiAlCoCrFeTiTaMoW (HESA-2)这2种典型的高熵高温合金,研究了其微观组织、力学性能和25～900℃的摩擦学性能.结果表明：2种合金均由无序面心立方晶格(FCC)结构的γ相和有序FCC结构的γ’相组成;γ相使该合金具有良好的塑性和韧性,γ’相赋予其较高的强度和硬度. 25～900℃,2种合金的摩擦系数和磨损率均随温度的升高而呈下降趋势. 25℃时,磨损机制主要为磨粒磨损,摩擦系数较大且磨损率较高. 400℃以上时,在摩擦氧化和热氧化的作用下,磨痕表面开始形成1层不连续的氧化物釉质层,摩擦系数和磨损率均有所降低.当温度达到900℃时,磨痕表面上形成了1层光滑且致密的氧化物釉质层,该釉质层具有良好的减摩抗磨作用,使HESA-1和HESA-2这2种合金的摩擦系数分别降至0.26和0.25,磨损率分别降至13.3×10^-6和8.0×10^-6 mm³/(N·m).在高温摩擦过程中,合金表面的Al、Cr、Ni和Co等元素在摩擦热和环境热的共同作...     

等离子堆焊Stellite合金高温摩擦磨损特性研究

采用等离子堆焊技术在气门用钢基体上制备了Stellite 1和Stellite F合金堆焊层,对堆焊层的金相组织、物相组成和硬度等进行了研究,在MMU-10G高温端面摩擦磨损试验机上考察了不同温度条件对2种堆焊层摩擦磨损性能的影响,并分析了堆焊层的磨损机理.结果表明:高温条件下,随着温度的上升,2种合金堆焊层的摩擦系数增大,磨损体积减小;温度为400℃时,Stellite 1和Stellite F合金堆焊层分别产生了大量的疲劳裂纹和宽大的犁沟,磨损较为剧烈;温度为500和600℃时,2种合金堆焊层磨损机制相似,主要磨损机制分别为疲劳剥落和磨粒磨损;氧化膜的快速形成以及上试样硬度的下降减小了磨损,磨痕中心区域变窄,磨痕边缘的磨屑不断堆积并被碾压产生了严重的黏着磨损,导致摩擦系数增加.     

NiCrW-Al_2O_3-SrCO_3-Ag金属陶瓷复合材料的高温摩擦学性能研究

采用粉末冶金方法(机械合金化+真空热压烧结)制备了不同SrCO_3和Ag含量的NiCrW-Al_2O_3-SrCO_3-Ag金属陶瓷复合材料,利用UMT-3考察复合材料在室温至1000℃条件下的摩擦磨损性能,利用SEM、EDS、XRD等表征分析其显微组织、物相组成及其磨损机理.结果表明:热压烧结过程中,SrCO_3高温分解,并与Ti_3SiC_2反应生成SrAl_4O_7,同时生成了Cr_2O_3和NiCr_2O_4等新相.分别添加质量分数10%SrCO_3和Ag的复合材料在宽温域内的摩擦磨损性能最优,归因于在中高温阶段复合材料摩擦表面发生摩擦化学反应生成了SrCrO_4和NiO等润滑相,与复合材料中的Ag、NiCr_2O_4等润滑相形成协同润滑,使得复合材料在400~1000℃宽温域范围内具有优异的摩擦磨损性能.     

热冲压模具钢SDCM高温摩擦磨损性能

为了研究新型热冲压模具材料SDCM钢的高温摩擦磨损性能,对比国外优质热作模具材料CR7V钢,利用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),X射线衍射分析(XRD),UMT-3型高温摩擦磨损试验机以及Bruker白光轮廓仪等手段研究了新型热冲压模具钢SDCM热处理后组织状态、抗氧化性能以及不同温度高温摩擦磨损后磨痕形貌、截面形貌、表面物相.结果表明:不同温度下SDCM钢磨损机制差异明显,100℃时,材料主要为黏着磨损,经过300℃、500℃轻微氧化磨损与黏着磨损共存的阶段后,700℃时,磨损机制转变为氧化磨损;在100~400℃范围内,CR7V由于含有更多的M23C6型和M7C3型碳化物(分别占总碳化物的3.4%和12.7%),因而具有较高的耐磨性;500~700℃范围内,SDCM因具有更高的抗回火软化能力;同时Cr元素含量较少,抗氧化能力较弱,能够及时形成摩擦氧化层,作为"润滑剂",提高材料的耐磨性.     

Inconel625镍基合金微动磨损性能研究

研究了3个主要摩擦磨损参数载荷、振幅和频率对Inconel625镍基合金在常温常压下摩擦磨损性能的影响,对摩擦系数和磨损程度进行计算和分析,对磨痕表面形貌进行了观察,并用EDS和XPS分析了磨痕表面的化学成份和相组成,探讨了损伤机理.结果表明:在3个特征参量中,频率对摩擦系数的影响最大,平均摩擦系数随载荷增大略有减小,随振幅增大略有增大,但随频率增大而显著增大;磨损程度随振幅、载荷的增大而加剧;在磨痕不同区域展现出不同的损伤机制:中心磨损区的主要损伤机制是黏着和剥层,滑动损伤区的主要损伤机制是磨粒磨损,而在边缘区则为基体和磨屑的挤压变形;磨痕氧化层的主要组成是铁的氧化物Fe2O3和Fe3O4或FeO,有少量铬和镍的氧化物NiO、Ni2O3和Cr2O3,存在基体元素镍单质.     

Inconel 718镍基超合金的空蚀行为研究

采用超声振动空蚀试验机对Inconel 718镍基超合金与316L不锈钢进行空蚀磨损研究. 通过扫描电子显微镜(SEM)、场发射电镜(FESEM)以及高分辨X射线衍射仪对测试样品空蚀磨损表面形貌、微观结构演变和物相进行观察及分析. 结果表明:Inconel 718表现出更优异的抗空蚀磨损性能,其空蚀600 min累计质量损失约为316L的1/3,空蚀孕育期时长为316L不锈钢的2倍左右. 在空蚀孕育期,Inconel 718空蚀损伤首先发生在晶界、孪晶界等界面处,且并未出现明显的塑性变形. 316L在此期间呈现较为明显的塑性变形,空蚀表面起伏波动显著. 在空蚀加速期,Inconel 718质量损失的显著提升是由于空蚀表面微裂纹的扩展导致材料逐渐剥落引起的,316L则是由于空蚀表面大量凹坑的不断形成与合并导致质量损失的增加. Inconel 718空蚀120 min后,观察到空蚀磨损表面有明显的形变孪晶,且与空蚀前的金相形貌相比,形变孪晶有明显增多的趋势.      

Ni-Cr-Mo-Al-Ti-B-MoS2系合金高温摩擦学特性的研究

用粉末冶金法制备了Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ－Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ－ＭｏＳ２系宽温度范围自润滑合金材料,测试了合金机械性能及其在室温至６００ ℃范围内的摩擦磨损性能,同时还探讨了其耐磨机理．研究结果表明,ＭｏＳ２ 质量分数为１０％ 的合金具有较好的机械和摩擦磨损综合性能．该合金主要由Ｎｉ基固溶体、Ｎｉ３Ａｌ、Ｎｉ３（Ａｌ,Ｔｉ）、不定比化合物ＣｒｘＳｙ、ＭｏＳ２ 和Ｍｏ２Ｓ３ 等相组成,在室温至３００ ℃范围内摩擦表面形成含硫化合物复合膜而起润滑作用,高温摩擦时承载表面形成釉质层,次表层形成氧化层,其硬度比合金基体高,这是合金具有良好高温耐磨性的基础．高温下摩擦表面及磨屑中的氧化物及残余硫化物的协同作用使摩擦系数进一步降低．     

钢铁表面离子镀铜铅合金固体润滑膜的研究

采用离子镀技术在钢铁材料表面沉积Cu-Pb合金固体润滑膜。通过现代测试技术研究和测定了Cu-Pb合金膜表面的结晶形貌、显微硬度、相结构、表面组分、磨痕形貌、摩擦系数和抗咬合性能。结果表明,Cu-Pb(50％)合金膜具有优良的减摩和抗咬合性能。作者还讨论了Cu-Pb合金膜的减摩机理及作用。     

Inconel 690合金高温微动磨损特性研究

采用SRVⅣ高精度微动磨损试验机研究核电材料Inconel 690合金的高温微动磨损行为和机制.结果表明:温度升高使摩擦系数和磨损量逐渐减小;温度升高至270℃,微动区域特性由完全滑移区转变为部分滑移区;室温下,由剥层造成的表面磨损占主导地位,随着温度的升高,疲劳裂纹的萌生和扩展为微动的主要破坏机制.摩擦氧化主要发生在滑移区,中心黏着区相对很少.在部分滑移区,疲劳裂纹萌生在黏着区与微滑区交界处.室温下亚表层更易出现剥层,高温下更易形成压实的氧化层.     

激光处理合金铸铁的摩擦磨损性能研究

利用SRV摩擦磨损试验机考察了激光微精处理合金铸铁的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜分析了激光淬火组织剖面微结构及磨斑表面形貌,同时采用X射线光电子能谱仪(XPS)分析了激光微精处理合金铸铁的表面成分及典型元素化学状态.结果表明,激光处理的合金铸铁具有理想的表面形貌和较高的表面硬度,在含添加剂的油润滑条件下,其抗磨性能大幅度提高.3种添加剂的承载能力顺序为二烷基二硫代磷酸锌＞磷酸三甲酚酯＞硫化异丁烯.二烷基二硫代磷酸锌与激光微精处理的合金铸铁磨痕表面发生摩擦化学作用,形成由微量硫酸盐、磷酸盐及相应的氧化产物组成的表面润滑与防护薄膜,从而使得激光微精处理合金铸铁的摩擦磨损性能明显改善.     

Inconel 718激光熔覆合金层切向微动磨损特性研究

采用激光熔覆沉积技术制备Inconel 718合金试样,通过自主研制的多功能复合微动摩擦磨损试验机,在平面/球的点接触模式下进行切向微动磨损试验,探究合金试样在不同法向载荷和不同位移幅值下的磨损特性.试验结束后,对获得的摩擦力-位移曲线、摩擦系数曲线和耗散能等结果进行详细的动力学特性分析,再采用扫描电子显微镜和三维形貌仪对磨损表面及磨痕截面进行微观分析,得到其磨损形貌及主要的磨损机制.结果表明：当位移幅值不变时,随着法向载荷的增加,微动运行状态由完全滑移区转变成混合区,材料的磨损损伤逐渐加剧,微动磨损导致的能量耗散增加;随着位移幅值增加,材料的磨损损伤同样加剧;微动磨损区域出现裂纹的萌生和扩展现象,其主要的磨损机制为疲劳磨损、氧化磨损和磨粒磨损.     

MoSi_2高温磨损行为的配副特性研究

在XP-5型高温摩擦磨损试验机上考察了MoSi2与Al2O3、SiC和Si3N4配对副在1000℃大气环境不同滑动速率下的摩擦磨损行为,利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了试样的磨损表面形貌和相组成.结果表明:随着滑动速率的增加,摩擦系数和MoSi2的磨损率均呈下降趋势,SiC为更适合于MoSi2的高温配对副材料.与Al2O3配对时,MoSi2的磨损机理主要表现为黏着和氧化;与SiC和Si3N4配对时,MoSi2的磨损机理为研磨、轻微氧化和点蚀.     

Al2O3/TiC基陶瓷刀具材料的高温摩擦磨损性能研究

采用UMT-2球-盘式高温摩擦磨损试验机,考察了A l2O3/TiC基陶瓷刀具材料在200℃至600℃范围内的高温摩擦磨损性能,并分别使用大景深显微镜,白光干涉仪和扫描电镜观察试验后磨痕的轮廓和微观形貌.结果表明：A l2O3/TiC陶瓷刀具的摩擦系数随环境温度的升高先升高,在600℃时开始降低,摩擦系数的数值在0.1~0.4之间;磨损量随着摩擦滑动速度的升高而降低,随着摩擦环境温度的升高而升高,磨损量的数值在4×10-7~9×10-7mm3/（N.m）之间;随着摩擦温度的升高,磨痕轮廓两侧具有明显的材料转移现象,A l2O3/TiC陶瓷材料主要磨损机理是裂纹的产生与材料的脱落.     

超音速火焰喷涂WC-Co层的高温氧化对摩擦磨损性能的影响

针对WC-12Co和WC-17Co超音速火焰喷涂层(HVOF),采用球/盘试验机研究其在大气环境下从室温至800℃的摩擦磨损性能,并结合涂层的氧化试验、氧化产物的XRD和Raman光谱分析、磨痕表面SEM观测,探索高温氧化对涂层摩擦磨损机制的影响.结果表明:WC-Co涂层在350 ～450℃时的摩擦磨损主要受Co氧化物的控制,体积流失小,为轻微氧化磨损;高于500℃时,WO3增多,虽有利于减摩却因消耗WC使涂层耐磨损性能下降;摩擦作用促进CoWQ的形成,这种钨钴双氧化物能够降低摩擦,减轻磨损,使涂层在600 ℃高温下仍维持良好的摩擦学性能;在更高温度条件下氧化剧烈,涂层性能迅速恶化而发生严重磨损,不宜作为耐磨涂层使用.Co含量较高的WC-Co涂层具有更好的高温耐磨性.     

新型热作模具钢CH95的高温力学和抗磨性能研究

对比研究了CH95钢与H11钢的高温力学及抗磨性能,分析了2种模具钢的组成和微结构对其高温力学性能和抗磨性能的影响,采用透射电子显微镜观察分析了CH95钢试样中碳化物的形貌．结果表明：CH95钢与H11钢相比具有优异的高温力学性能;其优异的高温力学性能和抗磨性能归因于其特定的微观结构;CH95钢中细小且呈弥散分布的MC、M2C强化相的含量较高,使得其在高温下仍可保持优良的力学性能和抗磨性能;稀土可加速CH95钢表面致密氧化物层的形成,提高其强度、韧性、耐磨性和抗剥离能力;而经离子氮化处理后形成的细小且呈弥散分布的合金氮化物亦可起弥散强化作用,从而使得CH95钢在高温高载荷下的抗磨性能明显优于H11钢．     

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.     

TiAl合金表面热障涂层的组织结构及其高温磨损性能研究

利用EB-PVD技术在TiA l合金表面制备了扩散铝/YSZ热障涂层.采用SEM、EDS和XRD分析了涂层的微观组织及其相组成,并测试了显微硬度和耐磨性.结果表明：涂层表面YSZ层为致密柱状晶结构,由非平衡四方相t＇-ZrO2组成;涂层结构由表及里依次为YSZ/A l2O3/TiA l3/TiA l2/TiA l;涂层的显微硬度和高温磨损性能显著提高,其高温磨损机理为轻微的犁削和严重的粘附转移,体积磨损率约为TiA l合金磨损率的1/10.     

钴、钙和铜的高铼酸盐的高温减摩行为初探

利用UMT-2M摩擦试验机,测试了升/降温过程中在Si3N4陶瓷球/GH126镍基高温合金盘间分别添加钴、钙和铜的高铼酸盐粉末前后的摩擦系数.采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM-EDS)对磨屑成分和磨痕形貌进行了分析,并用UMT-R1测量了摩擦表面间的接触电阻.结果表明:随温度上升,加高铼酸盐的摩擦系数均有不同程度降低.降温时钴和钙的高铼酸盐在高温下形成的减摩膜能够保持到低温,仍显示出良好的润滑效果,二者可望在宽温度范围内作为变温中运行部件的润滑添加剂.     

环境气氛与温度对钴基碳化钨超音速火焰喷涂(HVOF)层磨损行为的影响

采用球/盘试验机研究WC-12Co和WC-17Co超音速火焰喷涂(HVOF)层在大气和Ar气环境中室温至650℃的磨损行为,结合磨痕形貌的SEM观测、成分的EDX和氧化物相的Raman光谱分析,探索涂层氧化和磨损的相互关系.结果表明:氧在WC-Co涂层的磨损过程中发挥至关重要的作用.在大气环境中,WC-Co涂层在室温至550℃形成的氧化物能减轻磨损,属氧化抑制磨损;650℃时氧化剧烈,涂层磨损严重,属氧化加速磨损.在Ar气环境中,WC-Co涂层在室温至550℃范围内的磨损严重程度远高于大气环境中试验的结果;由于高温下磨痕表面仍会生成少量氧化物,致使涂层的体积流失量呈现随温度升高而下降的特征;650℃时涂层的强烈氧化受到抑制,使其体积流失量甚至低于大气环境中的损失量.因此,乏氧环境中WC-Co涂层无论是在常温还是高温条件下均不宜作为耐磨涂层应用.     

Mo基固溶体增韧Mo2Ni3Si金属硅化物合金高温滑动磨损性能

以Mo、Ni和Si金属粉末为原料,利用激光熔化沉积技术制备Mo基固溶体(Moss)增韧Mo2Ni3Si金属硅化物耐磨材料,在销-盘式摩擦磨损试验机上评价合金在400～550 ℃范围内的磨损性能,借助扫描电子显微镜观察合金磨损表面及其亚表面形貌.结果表明,Moss增韧Mo2Ni3Si金属硅化物合金在高温滑动条件下表现出反常的磨损率-温度关系,即磨损率随温度的升高而降低,其磨损表面光滑平整,没有显微切削和犁沟等特征,Moss树枝晶在试验温度下发生了轻微氧化.金属硅化物Mo2Ni3Si在磨损过程中起到了抗磨作用,韧性良好的Moss树枝晶有效地抑制了Mo2Ni3Si基体的裂纹扩展和显微剥落.合金在高温滑动条件下的主要磨损机理为软磨粒磨损和Moss相的轻微氧化.