鎳基高溫及耐海水腐蝕固體自潤滑減摩材料的研究.pdf

1、鎳基合金具有工作溫度高、抗海水腐蝕能力強等特點。粉末冶金技術(shù)可以制造成分復(fù)雜的金屬基固體自潤滑復(fù)合材料，利用粉末冶金技術(shù)將鎳基合金與適當?shù)墓腆w潤滑劑結(jié)合起來，可以賦予材料優(yōu)良的減摩、耐磨和自潤滑等摩擦性能，滿足在高溫和海水環(huán)境的工況下使用。本論文采用粉末冶金技術(shù)來制備含硫鎳基高溫自潤滑減摩復(fù)合材料和鎳基耐海水腐蝕自潤滑減摩復(fù)合材料，獲得如下結(jié)果。 在Ni-20Cr合金粉中直接添加MoS<,2>所制得合金材料的顯微組織主要是金屬基

2、體和硫化物相與Ni(Cr)合金形成的共晶體兩部分構(gòu)成，其中添加20wt％MoS<,2>所制得材料有較好力學(xué)性能和摩擦磨損綜合性能。與淬火W18Cr4V材料對偶摩擦?xí)r，其摩擦因數(shù)隨著環(huán)境溫度的上升、摩擦速度或負荷的增加而降低。隨著溫度升高，材料中生成的Cr<,x>S<,y>在摩擦面的溫度作用下可以變軟或熔化形成具有轉(zhuǎn)移性的減摩膜，從而促使摩擦因數(shù)隨溫度上升而不斷下降。在摩擦過程中磨粒磨損為主要磨損形式。提出了該合金與YJ2對偶摩擦?xí)r，盡管

3、硫化物共晶體可以變軟或熔化，在摩擦過程中形成膜而起潤滑作用，但是硫化物共晶體中的高價態(tài)硫化鉻在熱的作用下會氧化分解，從而降低硫化物的自潤滑能力，因此材料的摩擦因數(shù)隨著溫度升高先降低后提高，在400℃時具有最低的摩擦因數(shù)，此時的摩擦面潤滑狀況也最佳。材料的磨損率是隨溫度升高而增大的，高溫下磨損形式主要為磨粒磨損和氧化磨損。YJ2硬質(zhì)合金表面生成的氧化物對材料減摩性能有較大的影響。 采用硝酸鎳分解一氫還原法可以制備較好的Ni包覆Mo

4、S<,2>。因為Ni包覆層可阻止MoS<,2>和Cr元素完全反應(yīng)，從而有利于保留MoS<,2>，所以在鎳鉻合金中添加Ni包覆MoS<,2>所制備合金材料的顯微組織主要是由金屬基體、硫化物相與Ni(Cr)合金形成的共晶體、MoS<,2>三部分構(gòu)成。對比研究了添加Ni包覆MoS<,2>和直接添加未包覆MoS<,2>材料的摩擦性能，提出了添加Ni包覆MoS<,2>的材料因為具有高溫(Cr<,x>S<,y>)、低溫(MoS<,2>)兩種固體潤滑

5、劑，從而具有較好的寬溫帶減摩自潤滑性能。 采用真空燒結(jié)工藝制備Ni-Cr-Mo合金時，當溫度上升到1360℃時，燒結(jié)合金的力學(xué)性能指標最佳。提出了熱壓Ni-Cr-Mo合金材料經(jīng)過燒結(jié)熱處理后，加大了合金中Mo元素的固溶程度，進而使它在基體中的固溶強化作用增強，并且還消除了一些對合金性能有害的金屬間化合物，從而使得合金力學(xué)和耐蝕性能大幅提高，顯著優(yōu)于真空燒結(jié)工藝和單獨熱壓工藝。隨著熱處理溫度的上升，合金試樣的塑性、強度增強；其中熱

6、處理溫度為1300℃時合金綜合性能達到最優(yōu)；繼續(xù)升高熱處理溫度到1330℃，由于脆性高鉻組織的大量析出，合金的塑性、強度下降。對熱壓Ni-Cr-Mo合金試樣來說，同時添加W和Cu元素試樣的σ<,b>、δ是最好的，其σ<,b>為671MPa、δ為8.5％。試樣經(jīng)1300℃/4h熱處理后的σ<,b>、δ都達到最高值。只添加W元素的合金試樣力學(xué)性能是最優(yōu)的，其σ<,b>為721MPa、δ為17.7％、HB為217。 無論是熱壓，還是燒

7、結(jié)熱處理，添加合金元素W和Cu的試樣在3.5％NaCl溶液中的腐蝕速率都比Ni-Cr-Mo基體合金試樣要小。而經(jīng)過1300℃/4h燒結(jié)熱處理后含有W和Cu元素試樣的耐蝕性能最優(yōu)，其腐蝕速率為0.002mm/a。在沸騰硝酸中行進行晶間腐蝕實驗時，該試樣表現(xiàn)出滿意的抗晶間腐蝕性能。在摩擦磨損性能方面，熱壓—燒結(jié)熱處理工藝所制備的Ni-Cr-Mo、Ni-Cr-Mo-W和Ni-Cr-Mo-W-Cu三種合金材料的摩擦因數(shù)基本相當，同時添加合金元素

8、W和Cu的試樣具有相對最低的摩擦磨損數(shù)值。 以Ni-Cr-Mo-W-Cu合金為基材制備鑲嵌高純石墨和鑲嵌PTFE復(fù)合材料，都可以獲得明顯低于基材的摩擦因數(shù)和磨損率。提出了用粉末冶金技術(shù)制備Ni-Cr-Mo-W-Cu合金為基材鑲嵌PTFE復(fù)合材料，在重載低速情況下具有更佳的摩擦磨損性能，其摩擦因數(shù)可以低于0.2。在NaCl溶液介質(zhì)加油脂潤滑的摩擦狀態(tài)下，鑲嵌PTFE復(fù)合材料在重載情況下可以獲得低達0.12的摩擦因數(shù)和低于7.0×1