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电场激活压力辅助合成制备Ti/TiAl/（TiC-TiB_2）pNi功能梯度材料的耐磨性研究

作　者: 薛鹏飞
导　师: 孟庆森
学　校: 太原理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: (TiC-TiB2)pNi AlMgB 金属陶瓷摩擦磨损高温摩擦氧化
分类号: TB34
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文采用电场(直流)激活压力辅助燃烧合成法(Field-Activated and Pressure-Assisted Combustion Synthesis, FAPAS)技术制备了Ti-C-Ni和Ti-B4C-Ni体系梯度功能材料(Functionally Gradient Materials, FGMs)以及AlMgB体系复合材料。采用SEM、EDS、XRD、TEM研究了梯度材料陶瓷层TiC-Ni、(TiC-TiB2)pNi和AlMgB体系复合材料的显微组织结构。利用M1-10型磨料磨损试验机、MMS-1G高温高速销盘摩擦磨损试样机研究了制备材料的摩擦学特性。研究结果表明：烧结合成的TiC-Ni金属陶瓷反应充分,组织致密,TiC颗粒在Ni基体分布均匀,尺寸约2-3μm。TiC颗粒与基体Ni的界面处结合紧密,没有缺陷、杂质或其他中间相存在。合成的(TiC-TiB2)pNi复相陶瓷中只有TiC、TiB2及Ni相存在。TiC和TiB2颗粒的平均粒度约为1μm, TiB2多以六边形存在,TiC呈矩形或椭圆形,颗粒均匀分布在Ni基体中,最高显微硬度达到2450HV。合成的AlMgB体系复合材料,主体相为Alo.7sMg0.75B14,另外伴有尖晶石(MgAl2O4)、Mg0.5AlB14、Al5MgB14,最高显微硬度达到3400HV。甲醇做保护可以有效的防止球磨过程中Mg和A1氧化。合成的AlMgB复合材料中不存在尖晶石(MgAl2O4),只有AlMgB14和Al0.5MgB14。陶瓷颗粒含量,荷载对镍基TiC陶瓷层常温耐磨性能的影响结果表明：TiC-Ni金属陶瓷的耐磨性并不是随陶瓷颗粒含量的增加而增加,最佳耐磨效果为TiC质量含量为70%。随着载荷的增加,磨损率也增加。常温时磨损机制为磨粒磨损。陶瓷颗粒含量、载荷、滑动速度、温度对Ni基金属陶瓷层的耐磨性能的影响结果揭示了摩擦条件对摩擦磨损影响的规律。研究结果表明：(TiC-TiB2)pNi复相陶瓷在空气中呈良好的高温自润滑特性,其高温磨损主要机理是高温摩擦氧化,产物以Ti8C5、TiO、TiO2、Fe2O3、B2O3为主。生成的Fe2O3、TiO2、B2O3氧化膜有很好的润滑作用,随环境温度的增加,复相陶瓷的高温摩擦系数及磨损率均降低；磨损机制由磨粒磨损转为摩擦氧化和黏着磨损。随载荷的增加摩擦系数存在突变点,120N时摩擦系数降至0.18,随后变化不大。磨损机制由磨粒磨损转为摩擦氧化和断裂。摩擦速度对磨损率和摩擦系数的影响与载荷有相同的趋势。比较了复相陶瓷和硬质合金的耐磨性,复相陶瓷磨损率仅是硬质合金的1/6。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-23
  1.1 选题的意义  9-10
  1.2 TiC-TiB_2复相陶瓷材料的制备技术  10-12
  1.3 陶瓷复合材料高温磨损的研究现状  12-21
    1.3.1 高温磨损机制研究  12-14
    1.3.2 TiC-TiB_2复相陶瓷的研究  14-16
    1.3.3 超硬耐磨AlMgB_(14)复合材料研究  16-17
    1.3.4 TiC-TiB_2增强复合材料高温磨损研究  17
    1.3.5 金属基复合材料高温磨损的影响因素  17-21
  1.4 本文研究的目的和内容  21-23
第二章实验部分  23-31
  2.1 试验材料  23
  2.2 制备方法及过程  23-27
  2.3 磨粒磨损试验  27-28
  2.4 高温磨损试验  28-30
  2.5 实验测试设备  30-31
第三章梯度材料及复合材料微观组织分析  31-41
  3.1 梯度材料陶瓷层显微组织分析  31-35
    3.1.1 (TiC-TiB_2)pNi陶瓷层物相组成及微观组织分析  31
    3.1.2 (TiC-TiB_2)pNi复合陶瓷的合成过程  31-33
    3.1.3 (TiC-TiB_2)pNi陶瓷的强度理论分析  33-35
  3.2 超硬材料AlMgB_(14)显微组织分析  35-37
  3.3 梯度材料TiAl中间层微观组织分析  37-38
  3.4 本章小结  38-41
第四章 TiC-TiB_2-Ni复合陶瓷常高温磨损试验及磨损机制分析  41-65
  4.1 复相陶瓷常温摩擦磨损性能研究  41-47
    4.1.1 常温摩擦磨损实验  41-43
    4.1.2 TiC-TiB_2-Ni复合陶瓷的磨料磨损机理分析  43-47
  4.2 TiC-TiB_2-Ni复相陶瓷高温摩擦磨损性能研究  47-64
    4.2.1 成分对高温磨损性能的影响  47-52
    4.2.2 摩擦参数对TiC-TiB_2-Ni复相陶瓷高温摩擦系数的影响  52-61
    4.2.3 TiC-TiB_2-Ni复相陶瓷高温耐磨机理  61-64
  4.3 本章小结  64-65
第五章梯度材料力学性能分析  65-68
  5.1 梯度材料陶瓷层显微硬度试验  65
  5.2 梯度材料连接界面抗剪切强度  65-66
  5.3 梯度材料抗热震性  66-67
  5.4 本章小结  67-68
第六章结论  68-70
参考文献  70-77
致谢  77-78
攻读硕士期间发表的论文及科研成果  78

电场激活压力辅助合成制备Ti/TiAl/（TiC-TiB_2）pNi功能梯度材料的耐磨性研究

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