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第二相对MoSi_2材料制备与性能的影响

作　者: 张厚安
导　师: 刘心宇
学　校: 中南大学
专　业: 材料加工工程
关键词: MoSi2 Al WSi2 机械合金化 活化烧结 强韧化 裂纹扩展机制 低温氧化热力学 低温氧化动力学 PEST 摩擦磨损 复合材料
分类号: TB332
类　型: 博士论文
年　份: 2002年
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内容摘要


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MoSi2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MoSi2过程的影响及热处理过程中相的变化、Al和WSi2等第二相的强韧化机制及MoSi2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MoSi2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，MoSi2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，MoSi2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MoSi2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／MoSi2和WSi2／MoSi2复合材料的制备工艺，指出分别添加8.5at．％Al和50mol．％WSi2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。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章 文献综述  11-26
  1.1 引言  11
  1.2 MoSi_2的结构与性质  11-12
  1.3 MoSi_2及其复合材料的应用  12-14
  1.4 MoSi_2及其复合材料的研究现状及存在问题  14-19
    1.4.1 MoSi_2的合成工艺与机械合金化合成机理  14-16
    1.4.2 MoSi_2材料的室温性能与韧化机理  16
    1.4.3 MoSi_2材料的低温氧化性能与氧化机理  16-17
    1.4.4 MoSi_2材料的高温强度和抗蠕变性  17-18
    1.4.5 MoSi_2材料的摩擦磨损性能研究  18-19
  1.5 本研究的出发点、研究意义与研究内容  19-21
  1.6 本章小结  21
  参考文献  21-26
第二章 实验方案  26-31
  2.1 引言  26
  2.2 MoSi_2及其复合材料的制备  26-28
  2.3 低温氧化试验  28
  2.4 室温性能检测  28-29
  2.5 摩擦磨损试验  29-30
  2.6 本章小结  30
  参考文献  30-31
第三章 Al／MoSi_2和WSi_2／MOSi_2复合材料的制备  31-54
  3.1 基于MoSi_2机械合金化合成机理的能量分析  31-40
    3.1.1 引言  31
    3.1.2 机械合金化的理论模型  31-33
    3.1.3 实验结果  33-35
    3.1.4 MoSi_2的机械合金化合成机理  35
    3.1.5 基于MoSi_2机械合金化合成机理的能量分析  35-40
  3.2 机械合金化合成粉末的烧结表观活化能分析  40-42
    3.2.1 实验结果与分析  40
    3.2.2 烧结表观活化能分析  40-42
  3.3 稀土的活化烧结作用分析  42-44
    3.3.1 实验结果与分析  42
    3.3.2 烧结表观活化能和烧结机制  42-44
  3.4 Al／MoSi_2复合材料的制备  44-47
    3.4.1 Al-Mo-Si混合粉末球磨过程  44-45
    3.4.2 Mo(Al，Si)_2相生成的球磨能量  45-46
    3.4.3 Al／MoSi_2复合材料粉末的热处理  46
    3.4.4 Al／MoSi_2复合材料的烧结工艺  46-47
  3.5 WSi_2／MoSi_2复合材料的制备  47-51
    3.5.1 W-Mo-Si混合粉末球磨过程  47-49
    3.5.2 WSi_2相生成的球磨能量  49-50
    3.5.3 WSi_2／MoSi_2复合材料的烧结工艺  50-51
  3.6 本章小结  51-52
  参考文献  52-54
第四章 Al／MoSi_2和WSi_2／MoSi_2复合材料的室温性能与韧化机制  54-64
  4.1 Al／MoSi_2复合材料的室温性能  54-58
    4.1.1 Al／MoSi_2复合材料的室温硬度  54-56
    4.1.2 Al／MoSi_2复合材料的断裂韧性与韧化机制  56-58
  4.2 WSi_2／MoSi_2复合材料的室温性能  58-61
    4.2.1 WSi_2／MoSi_2复合材料的硬度  58-59
    4.2.2 WSi_2／MOSi_2复合材料的断裂韧性与韧化机制  59-61
  4.3 本章小结  61-62
  参考文献  62-64
第五章 Al／MoSi_2和WSi_2／MoSi_2复合材料的低温氧化性能  64-86
  5.1 MoSi_2材料的低温氧化动力学模型的建立  64-74
    5.1.1 MoSi_2材料的低温氧化性能  64
    5.1.2 X射线衍射分析  64-65
    5.1.3 表面形貌分析  65-66
    5.1.4 MoSi_2氧化相的低温化学稳定图的建立  66-70
    5.1.5 MoSi_2材料低温氧化动力学模型的建立与分析  70-74
  5.2 Al／MoSi_2复合材料的低温氧化性能  74-78
    5.2.1 低温氧化性能  74-75
    5.2.2 X射线衍射分析  75-76
    5.2.3 表面形貌分析  76-77
    5.2.4 热力学分析  77-78
  5.3 WSi_2／MoSi_2复合材料的低温氧化性能  78-83
    5.3.1 低温氧化性能  78-79
    5.3.2 X射线衍射分析  79-80
    5.3.3 氧化表面SEM分析  80-81
    5.3.4 热力学分析  81-82
    5.3.5 动力学分析  82-83
  5.4 本章小结  83-84
  参考文献  84-86
第六章 MoSi_2及其复合材料的摩擦磨损性能与磨损机理  86-116
  6.1 引言  86
  6.2 MoSi_2及其复合材料的磨粒磨损性能与磨损机理  86-90
    6.2.1 MoSi_2材料的磨粒磨损性能  86-88
    6.2.2 Mo_5Si_3／MoSi_2和稀土／MoSi_2复合材料的磨粒磨损性能  88-90
  6.3 MoSi_2材料自配副的干摩擦磨损性能与磨损机理  90-92
    6.3.1 摩擦磨损性能  90-91
    6.3.2 磨损表面SEM和微探针分析  91-92
    6.3.3 摩擦磨损机理分析  92
  6.4 MoSi_2材料的干摩擦磨损性能与磨损机理  92-100
    6.4.1 MoSi_2与调质45钢对摩时的干摩擦磨损性能与磨损机理  92-95
    6.4.2 MoSi_2与淬火45钢对摩时的干摩擦磨损性能与磨损机理  95-97
    6.4.3 MoSi_2与CrWMn钢对摩时的干摩擦磨损性能与磨损机理  97-100
  6.5 MoSi_2基复合材料的干摩擦磨损性能与磨损机理  100-108
    6.5.1 Al／MoSi_2复合材料的干摩擦磨损性能与磨损机理  100-102
    6.5.2 WSi_2／MoSi_2复合材料的干摩擦磨损性能与磨损机理  102-105
    6.5.3 稀土／MoSi_2复合材料的干摩擦磨损性能  105-108
  6.6 MoSi_2材料油润滑下的摩擦磨损性能与磨损机理  108-114
    6.6.1 摩擦系数  108-109
    6.6.2 磨损性能  109-110
    6.6.3 磨损机理分析  110-114
  6.7 本章小结  114
  参考文献  114-116
第七章 结论  116-118
致谢  118-119
攻读博士学位期间发表的论文  119-120

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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