Y-TZP基陶瓷材料摩擦磨損的研究.pdf

1、該文以石油鉆井泵陶瓷缸套為應(yīng)用背景,對(duì)Y-TZP基陶瓷材料的摩擦磨損性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究.3Y-TZP///(Mg,Y)-PSZ干摩擦?xí)r,3Y-TZP的磨損率與載荷和速度有關(guān);而水潤滑下,磨損率主要與載荷有關(guān).水潤滑下陶瓷磨損率較干摩擦?xí)r的要低.干摩擦?xí)r3Y-TZP表面溫度隨速度和載荷的增大而升高,且隨滑動(dòng)時(shí)間的延長而升高.表面溫度的升高,加速了3Y-TZP的磨損.Al<,2>O<,3>顆粒引入Y-TZP(ADZ)中,改善了陶瓷的物理機(jī)

2、械性能,可有效地提高陶瓷的耐磨性.ADZ磨損率隨載荷的增大而增大,100N和300N時(shí),陶瓷硬度對(duì)耐磨性起主導(dǎo)作用,高載荷(500N)時(shí),相變?cè)鲰g機(jī)制對(duì)陶瓷耐磨性有明顯貢獻(xiàn).機(jī)械混合和化學(xué)共沉淀兩種方式引入Y<,2>O<,3>的10ADZ的硬度和斷裂韌性相近,但后者耐磨性較優(yōu),主要是其顯微結(jié)構(gòu)較均勻.ADZ的磨損表面具有分形特征,磨損表面的分形維數(shù)和磨損率都隨載荷的增加而增大,表明表面形貌特征與陶瓷磨損性能關(guān)系密切.磨粒對(duì)陶瓷磨損性能影

3、響的研究表明,尖銳的和硬的磨粒會(huì)降低陶瓷耐磨性.研究表明ADZ的耐磨性雖然與晶粒尺寸有關(guān),但并不是單調(diào)地隨晶粒尺寸的增大而降低.在載荷應(yīng)力作用下t-ZrO<,2>會(huì)發(fā)生馬氏體相變,相變?cè)鲰g有助于提高陶瓷的耐磨性.t-ZrO<,2>太小,不能發(fā)生應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g而無助于耐磨性;t-ZrO<,2>較大,易相變并產(chǎn)生大量微裂紋,微裂紋的交匯和聯(lián)接容易產(chǎn)生斷裂,加速磨損.因此提出了不宜簡(jiǎn)單地用W<'-1>∝G<'-1/2>來描述氧化鋯陶瓷的耐磨

4、性和晶粒尺寸之間的關(guān)系.陶瓷的摩擦系數(shù)不受氣孔率的影響,陶瓷的磨損率隨氣孔率的增大而增加.提出了磨損臨界孔徑這一概念,小于臨界孔徑的微孔幾乎不影響陶瓷的磨損.開、閉氣孔的存在都對(duì)陶瓷的耐磨性有負(fù)面影響.首次研究了Y-TZP中引入適量的莫來石(MDZ)可提高耐磨性.柱狀莫來石的存在對(duì)提高耐磨性的主要貢獻(xiàn)為:(1)阻礙裂紋擴(kuò)展,橋聯(lián)增韌,消耗裂紋成核、擴(kuò)展的能量;(2)阻止晶界滑移;(3)抑制ZrO<,2>晶粒的異常長大,使MDZ致密化.M