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文檔簡介
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
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