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宽温域固体润滑材料及涂层的高温摩擦学特性研究

李建亮  
【摘要】: 室温到高温具有良好摩擦学性能的润滑材料是尖端工业领域迫切需要解决的难题。固体润滑剂与传统液体润滑剂相比在高温摩擦领域具有优势,但常用的固体润滑剂石墨、MoS2和低熔点金属在高温易氧化而失去润滑性能;一些稀土化合物和氧化物高温润滑性能好,但室温易导致磨粒磨损。合理运用多种润滑剂的协同润滑效应是实现室温到高温宽温度范围润滑的有效方法之一。以往研究通常是在金属基体中添加固体润滑剂制备复合材料或在金属基体表面沉积润滑涂层,复合材料中润滑剂添加量少对润滑性能改善效果不明显,而润滑剂添加量过多则会导致力学性能的显著下降;而润滑涂层寿命有限,一旦失效将造成灾难性后果。 本论文从润滑剂组元、表面形貌及润滑渗层等方面设计宽温度范围自润滑材料,用粉末冶金法制备含石墨、Ag、MoS2及Ce02的镍基自润滑复合材料,利用石墨或金属银在低温段润滑,利用硫化物或氧化物在高温段润滑;采用脉冲激光在镍基材料表面刻蚀微孔来存储润滑氧化物;采用双层辉光等离子渗金属技术对微孔化表面渗Mo或Mo/N复合渗处理以改善表面耐磨性能。研究多种润滑剂的协同润滑作用以及表面形貌与润滑渗层的复合运用。固体润滑复合材料表面制备润滑渗层,改善复合材料的表面力学性能和摩擦学性能,该研究对于解决极端工况下工作的转动密封、高温轴承的摩擦润滑问题具有重要的指导意义。 研究了镍基自润滑复合材料、渗Mo层以及Mo/N复合渗层的力学性能、抗氧化性能以及室温~600℃的摩擦学性能,并探讨了润滑剂添加量、温度、载荷、配副材料及微孔化、渗Mo处理对摩擦学行为的影响。采用光学显微镜、扫描电镜及X射线衍射仪观察分析镍基复合材料及渗层的微观组织形貌,采用白光干涉三维表面轮廓仪观察微孔形貌,利用扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)分析高温磨损表面形貌及其成分。 镍基自润滑复合材料中,石墨与钨热压反应生成碳化钨,MoS2与铬反应生成CrxSx+1共晶化合物。添加一定量的MoS2,由于Mo的固溶强化,提高了复合材料的硬度和抗弯强度。添加石墨和MoS2分别有利于降低镍基合金室温段和高温段的摩擦系数,同时添加石墨和MoS2的镍基材料含有硬质相(Mo2C、WC)及润滑相(CrxSx+1、石墨)其室温到700℃的摩擦系数(0.14-0.27)低于添加单一润滑剂的复合材料,且磨损率比添加单一润滑剂的材料低一个数量级。添加MoS2的镍基复合材料,由于低熔点硫化物的摩擦熔融,获得了较低的摩擦系数。润滑剂的添加,降低了材料的抗氧化性能。随润滑剂添加量的增加,复合材料的氧化激活能线性变化。 添加金属银有利于改善镍基材料中低温段的摩擦学性能,银添加量为10%时,Ni-Ag合金室温摩擦系数降低为0.2。添加Ce02有利于高温摩擦表面致密氧化膜的形成,降低了Ni-Ag合金的高温摩擦系数和磨损率。同时添加Ag、MoS2和Ce02的镍基复合材料含有Ag、CrxSx+1、CeS等润滑相,室温~700℃的摩擦系数降低到0.16-0.26,磨损率下降了一个数量级。 双层辉光等离子渗金属技术在镍基合金表面获得了厚度为20-30μm的渗Mo层,其表面Mo浓度为34wt%,渗Mo处理提高了镍基合金表面的硬度和弹性模量,降低了合金高温段的摩擦系数和磨损率。渗Mo基础上渗氮处理,在Ni-Ag合金表面形成的MoN化合物层,提高了表面力学性能,但连续的化合物层阻碍了内部润滑剂银的释放,对摩擦学性能产生不利影响。 激光微孔化处理在镍基合金表面形成直径为150μm,深度为40~50μm,规则排列的微孔。微孔化表面渗Mo处理,Mo的高温润滑性氧化物降低了高温摩擦系数,微孔存储润滑性氧化物,并且存积硬质磨粒,降低了高温磨损率。激光微孔化表面进行Mo/N复合渗处理,Ni-Ag合金中内含的银可以通过微孔向外释放,并且硬质渗层提高了软质润滑膜的承载能力,降低了银的摩擦损耗,提高了高温摩擦学性能。 镍基复合材料和渗层的动态氧化增重抛物线常数比静态氧化增重高2个数量级。在传统的氧化磨损模型及熔融磨损模型的基础上,建立了更接近于实验值的镍基复合材料及渗层的高温氧化物熔融磨损模型,计算了复合材料的静态和动态氧化激活能,阐述了高温摩擦表面氧化物的生成、剥落/部分熔融以及致密承载层的形成等演化过程。


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1 谢学智,段天慧,瞿永兴;NM_(20)高温高真空自润滑复合材料的电镜观察[J];摩擦学学报;1983年03期
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6 吴运新,汪复兴,程荫芊,陈南平;镍合金增强MoS_2基自润滑复合材料的组织与摩擦学性能[J];润滑与密封;1995年03期
7 王庆年,隋忠祥,张明,刘勇兵,安健;国外某些金属基自润滑复合材料的开发与进展[J];摩擦学学报;1997年01期
8 黄国伟,吴国根;Ta-Nb-MoS_2体系自润滑复合材料之研究[J];摩擦学学报;1987年01期
9 颜红侠,宁荣昌,马晓燕;耐热性高聚物基自润滑复合材料的研究进展[J];高分子通报;2001年02期
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11 张登高;自润滑复合材料及其在航空工业上的应用[J];摩擦学学报;1983年03期
12 王黎钦,应丽霞,古乐,张三川;固体自润滑复合材料研究进展及其制备技术发展趋势[J];机械工程师;2002年09期
13 黄菊生;微动摩擦条件下镍自润滑复合材料摩擦磨损特性的研究[J];湖南工程学院学报(自然科学版);2001年02期
14 张招柱;赵家政;沈维长;;PTFE基复合材料摩擦机理的EPM研究[J];电子显微学报;1992年05期
15 佟金,蒋蔓,张明喆;铸造金属基自润滑复合材料的现状[J];摩擦学学报;1989年03期
16 骆志高;周士冲;陈坤;陈磊;;PTFE钢基铜塑自润滑复合材料的加工工艺优化与性能研究[J];矿山机械;2006年04期
17 谢学智,瞿永兴,邱国年;MoS_2-Ta体系自润滑复合材料(TM)的电镜研究[J];摩擦学学报;1987年02期
18 任杰;;含氟导轨材料及其在机床维修上的应用[J];西安石油大学学报(自然科学版);1993年04期
19 旦启勋;;填充聚四氟乙烯自润滑复合材料在机床导轨上的应用[J];机械;1982年04期
20 葛振涛;;自润滑复合材料在小型冷轧机上的试用[J];上海有色金属;1983年02期
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1 刘如铁;熊翔;陈福胜;卢金忠;洪丽玲;张逸清;;锡青铜-钢背双金属固体自润滑复合材料的摩擦性能研究[A];2009全国粉末冶金学术会议论文集[C];2009年
2 马文林;孟军虎;吕晋军;;空间用难熔金属基和银基自润滑复合材料概述[A];中国空间科学学会空间材料专业委员会2011学术交流会论文集[C];2011年
3 刘元;李长生;唐华;丁健;廖东侯;;纳米NbSe_2铜基自润滑复合材料的摩擦学性能研究[A];复合材料:创新与可持续发展(上册)[C];2010年
4 丁光玉;任卫;冯辉霞;邵亮;李红云;;高温固体自润滑复合材料的研究现状与进展[A];2007高技术新材料产业发展研讨会暨《材料导报》编委会年会论文集[C];2007年
5 陈建敏;周惠娣;;磨损失效与摩擦学新材料的研究与发展[A];第二届全国工业摩擦学大会暨第七届全国青年摩擦学学术会议会议论文集[C];2004年
6 曲宁松;朱荻;雷卫宁;;纳米复合材料的微细电铸技术研究[A];中国微米、纳米技术第七届学术会年会论文集(一)[C];2005年
7 薛群基;陈建敏;;粘结固体润滑涂层的研究及其应用[A];'99摩擦学表面工程学术会议论文集[C];1999年
8 吴文平;郭雅芳;兑关锁;汪越胜;;镍基单晶高温合金细观力学行为研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
9 钟国辉;倪新华;赵磊;孙涛;李宝峰;;含脱粘界面陶瓷颗粒增强镍基复合材料的有效热膨胀系数及尺度效应[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
10 吕晋军;;材料在高温条件下的摩擦磨损[A];先进润滑抗磨材料研讨会论文集(PPT版)[C];2007年
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1 李建亮;宽温域固体润滑材料及涂层的高温摩擦学特性研究[D];南京理工大学;2009年
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3 殷春永;“神七”搭载空间材料启封肉眼可观其变化[N];中国改革报;2008年
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5 彭新;大连三环建设复合材料新基地[N];中国高新技术产业导报;2003年
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7 ;铜—石墨复合材料润滑机理研究取得进展[N];中国技术市场报;2011年
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