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（ZrB_2-ZrO_2）/BN复合材料的摩擦磨损性能与抗钢水侵蚀性能

作　者: 王淑青
导　师: 王玉金
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: (ZrB2-ZrO2)/BN复合材料反应热压烧结组织结构力学性能摩擦磨损性能抗钢水侵蚀性能
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文以h-BN粉、ZrO2粉、B4C粉和C粉为原料,采用反应热压烧结工艺成功制备了(ZrB2-ZrO2)/BN复合材料,并采用了X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等分析手段和三点弯曲、单边切口梁法等测试方法,系统研究了ZrB2与ZrO2比例对复合材料组织结构、常温力学性能和高温抗弯强度的影响规律。以Ni销为对磨副,探讨了载荷、滑动速率和时间对复合材料摩擦系数与磨损率的影响规律,初步揭示了复合材料的摩擦磨损机理。并研究钢水种类和侵蚀时间对复合材料抗钢水侵蚀性能的影响,探讨了复合材料的抗钢水侵蚀机理。采用反应热压烧结工艺成功制备了致密度92%以上的35vol% (ZrB2-ZrO2)/BN-SiO2复合材料。(ZrB2-ZrO2)/BN复合材料的力学性能均随ZrB2与ZrO2比例的增加先增大后减小,在ZrB2:ZrO2比例为3:4时出现最大值,维氏硬度、弹性模量、抗弯强度和断裂韧性分别为2.32GPa、90GPa、266MPa、3.7 MPa?m1/2,且其高温抗弯强度随温度升高先降低后升高,在1100℃时的强度最高,达253MPa。对ZrB2:ZrO2比例为3:4的复合材料的摩擦磨损性能研究结果表明,随载荷的增加摩擦系数下降,而体积磨损率上升,且在6~7N时出现门槛值。随滑动速率的增加摩擦系数上升,磨损率增加。复合材料的磨损机理主要为磨粒磨损、粘着磨损和疲劳磨损。不同条件下,复合材料的磨损率是Ni对磨件的10倍以上。随ZrB2含量的增加,复合材料的抗钢水侵蚀性能提高,ZrB2:ZrO2比例为0:7、3:4、5:2的三种复合材料的在20钢中侵蚀10分钟后的侵蚀量分别为0.40mm、0.28mm和0.25mm。随侵蚀时间的延长,复合材料的在钢水中的侵蚀量增加。(ZrB2-ZrO2)/BN复合材料在A508-3钢水中的侵蚀最严重,其次为45钢、20钢,反映了Mn等合金元素对复合材料的侵蚀作用严重;钢水对(ZrB2-ZrO2)/BN复合材料的主要侵蚀机理为化学反应侵蚀。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-29
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 侧封板材料的发展现状  11-14
    1.2.1 熔融石英陶瓷  11
    1.2.2 Zr0_2 陶瓷  11-12
    1.2.3 Sialon 陶瓷  12
    1.2.4 BN 系列陶瓷  12-14
  1.3 陶瓷材料的摩擦磨损性能  14-23
    1.3.1 陶瓷材料的磨损机理  14-15
    1.3.2 内部因素对陶瓷材料的摩擦磨损性能的影响  15-17
    1.3.3 外部因素对陶瓷材料的摩擦磨损性能的影响  17-21
    1.3.4 含BN 陶瓷材料的摩擦磨损性能  21-23
  1.4 陶瓷材料的高温力学性能  23-26
    1.4.1 表面缺陷的影响  23
    1.4.2 温度对强度的影响  23-25
    1.4.3 测试环境对强度的影响  25
    1.4.4 烧结助剂的影响  25-26
  1.5 材料的抗钢水侵蚀性能  26-28
  1.6 本文研究的目的、意义和主要内容  28-29
    1.6.1 本文研究的目和意义  28
    1.6.2 本文主要研究内容  28-29
第2章试验材料与研究方法  29-37
  2.1 试验用原材料  29-32
    2.1.1 BN 粉  29-30
    2.1.2 Zr0_2 粉  30-31
    2.1.3 B_4C 粉  31-32
  2.2 复合材料的制备工艺  32
  2.3 材料组织结构分析方法  32-33
    2.3.1 密度的测试  32-33
    2.3.2 XRD 物相分析  33
    2.3.3 SEM 观察  33
  2.4 材料力学性能测试方法  33-34
    2.4.1 弯曲强度和弹性模量的测试  33-34
    2.4.2 断裂韧性测定  34
    2.4.3 维氏硬度测定  34
  2.5 高温力学性能试验  34-35
  2.6 摩擦磨损试验方法  35
  2.7 抗钢水侵蚀试验  35-37
第3章 (Zr0_2-ZrB_2)/BN 复合材料的组织结构与力学性能  37-47
  3.1 (ZrB_2-Zr0_2)/BN 复合材料组织结构  37-40
    3.1.1 (ZrB_2-Zr0_2)/BN 复合材料的物相  37-38
    3.1.2 (ZrB_2-Zr0_2)/BN 复合材料密度  38
    3.1.3 (ZrB_2-Zr0_2)/BN 复合材料显微组织  38-40
  3.2 (ZrB_2-Zr0_2)/BN 复合材料力学性能  40-43
    3.2.1 (ZrB_2-Zr0_2)/BN 复合材料维氏硬度  40
    3.2.2 (ZrB_2-Zr0_2)/BN 复合材料弹性模量  40-41
    3.2.3 (ZrB_2-Zr0_2)/BN 复合材料抗弯强度  41
    3.2.4 (ZrB_2-Zr0_2)/BN 复合材料断裂韧性  41-43
  3.3 (ZrB_2-Zr0_2)/BN 复合材料的高温抗弯强度  43-45
  3.4 本章小结  45-47
第4章 (ZrB_2-Zr0_2)/BN 复合材料的摩擦磨损性能  47-63
  4.1 时间对(ZrB_2-Zr0_2)/BN 复合材料摩擦磨损性能的影响  47-53
    4.1.1 时间对摩擦系数的影响  47-48
    4.1.2 时间对磨损率的影响  48-49
    4.1.3 时间对磨痕微观形貌的影响  49-53
  4.2 载荷对(ZrB_2-Zr0_2)/BN 复合材料摩擦磨性能的影响  53-57
    4.2.1 载荷对摩擦系数的影响  53-54
    4.2.2 载荷对磨损率的影响  54-55
    4.2.3 载荷对磨痕微观形貌的影响  55-57
  4.3 滑动速率对(ZrB_2-Zr0_2)  57-62
    4.3.1 滑动速率对摩擦系数的影响  58
    4.3.2 滑动速率对体积磨损率的影响  58
    4.3.3 滑动速率对磨痕微观形貌的影响  58-60
    4.3.4 (ZrB_2-Zr0_2)/BN 复合材料的磨损机理  60-62
  4.4 本章小结  62-63
第5章 (Zr0_2-ZrB_2)/BN 复合材料的抗钢水侵蚀性能  63-72
  5.1 钢水种类对(ZrB_2-Zr0_2)/BN 复合材料抗侵蚀性能的影响  63-70
    5.1.1 钢水种类对(ZrB_2-Zr0_2)/BN 复合材料侵蚀深度的影响  64
    5.1.2 钢水种类对(ZrB_2-Zr0_2)/BN 复合材料物相的影响  64-66
    5.1.3 钢水种类对(ZrB_2-Zr0_2)/BN 复合材料微观组织的影响  66-70
  5.2 时间对(ZrB_2-Zr0_2)/BN 复合材料的抗钢水侵蚀性能的影响  70
  5.3 本章小结  70-72
结论  72-73
参考文献  73-79
致谢  79-80

（ZrB_2-ZrO_2）/BN复合材料的摩擦磨损性能与抗钢水侵蚀性能

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