第二相对MoSi_2材料制备与性能的影响

【摘要】：采用机械合金化、热处理、等静压和高温烧结工艺成功制备了MoSi_2及其复合材料，借助于压痕法和热重分析法测定了其室温力学性能和低温氧化性能，利用MM-200型磨损试验机检测了材料在不同摩擦条件下的摩擦磨损性能，并运用扫描电子显微镜、微探针、X射线衍射仪和透射电子显微镜等分析手段，系统深入地研究了球磨工艺参数、添加Al和W等元素粉末对机械合金化合成MoSi_2过程的影响及热处理过程中相的变化、Al和WSi_2等第二相的强韧化机制及MoSi_2基复合材料的低温氧化机理和磨损机理。得出了以下研究结果： 1．首次运用Magini-Iasonna模型较准确地界定了扩散固溶反应和类自蔓延反应两种机械合金化合成MoSi_2机理的能量区域，并通过能量图阐明了球磨工艺参数与相生成的关系及装球量的影响，指出当有效强度因子大于1.06J／g·s，合成机理为类自蔓延反应，MoSi_2晶相开始生成所需球磨能量约为24kJ／g；当有效强度因子小于0.917J／g·s，合成机理为扩散固溶反应，MoSi_2晶相开始生成所需球磨能量约为114kJ／g；装球量小于球罐容积的2／3为宜。 2．比较分析了高温自蔓延合成与机械合金化合成的MoSi_2粉末的烧结性能及添加稀土元素的影响，首次通过German模式阐明了机械活化和稀土活化烧结作用的机制。 3．在国内较早系统地研究了Al-Mo-Si和W-Mo-Si系混合粉末在高能球磨过程中相的变化规律，确定了Al／MoSi_2和WSi_2／MoSi_2复合材料的制备工艺，指出分别添加8.5at．％Al和50mol．％WSi_2第二相具有较佳的强韧化综合作用，强化机 博士学位论文摘要 制为细晶强化、固溶强化和第二相颗粒强化，韧化机制分别为细晶韧化、裂 纹偏转和微桥接与细晶韧化、晶粒拔出、裂纹偏转、微桥接和弯曲等。 4.运用热力学和动力学理论，建立了MosiZ材料低温氧化相的热稳定性图和低温 氧化动力学模型，较好地解释了氧化相与氧压、温度间的关系、组织形态对 低温氧化性能的彤响，首次揭示了M弱i，材料500℃附近氧化异常严重的动力 学原因。添加Al和’VS 12第二相明显降低了材料的低温抗氧化性能，并分析了 PEST现象的发生原因。 5.首次较系统地研究了MoS 12材料与合金钢偶件在干、油润滑状态和MosiZ自配 副在干摩擦状态的摩擦磨损机理及添加Al、WSiZ和稀土等第二相对MosiZ材料 干摩擦磨损性能的影响，结果表明:MosiZ及其复合材料具有优良的耐磨性能。 MosiZ及其复合材料的磨损机制存在塑性变形、疲劳断裂、氧化磨损、粘着磨 损和磨粒磨损等形式;通过线性回归拟合，指出摩擦系数p或磨损率W与负 荷P间均较好地满足关系式:产=a+bP+cP，+dP，十eP‘或 砰=a+妙+印，十dP’+印4。比较了MosiZ、Mossi，/Mosi，和稀土/MossZ材料的 磨粒磨损性能，指出其磨粒磨损机制主要为微切削、表面氧化和疲劳断裂。