鎳鋁基自潤滑復合材料的摩擦學性能研究.pdf

1、室溫到高溫都具有良好摩擦學性能的固體潤滑材料是摩擦學領域的研究熱點。固體潤滑劑與傳統(tǒng)液體潤滑劑相比在高溫摩擦領域具有明顯優(yōu)勢，但常用的固體潤滑劑石墨、MoS2、WS2和低熔點金屬等在高溫下易氧化而失去潤滑性能。合理運用多種潤滑劑的協(xié)同潤滑效應是實現(xiàn)室溫到高溫寬溫度范圍潤滑的有效方法之一。
　　 本論文從固體潤滑劑組元及添加量等方面設計寬溫域鎳鋁基自潤滑復合材料，采用放電等離子燒結法制備了含MoS2、WS2、Ti3SiC2和PbO

2、的鎳鋁基自潤滑復合材料。研究了鎳鋁基自潤滑復合材料的力學性能;研究了含不同潤滑相組合（Ti3SiC2、MoS2-Ti3SiC2、WS2-Ti3SiC2和PbO）的鎳鋁基自潤滑復合材料從室溫到800℃的摩擦學性能;研究多種潤滑劑的協(xié)同潤滑作用;采用X射線衍射儀觀察分析鎳鋁基復合材料的表面組份，利用掃描電子顯微鏡、場發(fā)射掃描電鏡、電子探針和能譜儀表征磨痕、磨屑形貌及其成分，并進行相應磨損機理分析。
　　 含Ti3SiC2鎳鋁基自潤滑

3、復合材料中，部分Ti3SiC2在復合材料制備過程中分解生成TiC，其極高的硬度與耐磨性提高了鎳鋁基體的力學性能，TiC在材料中起到了增強相的作用。在不同的工況條件下，復合材料的摩擦系數(shù)隨著載荷的增加而降低，磨損率隨著載荷的增加而增加;隨著滑動速度的增加，摩擦磨損過程中的摩擦系數(shù)和磨損率逐漸降低。添加Ti3SiC2有利于改善鎳鋁基復合材料高溫段的摩擦學性能。當Ti3SiC2添加量為10wt.％時，材料在高溫段的摩擦系數(shù)降低為0.26，磨損

4、率降低為1.7×10-5mm3(Nm)-1。
　　 含有不同潤滑相的鎳鋁基自潤滑復合材料中，不同潤滑相組合(PbO、MoS2-Ti3SiC2和WS2-Ti3SiC2)之間表現(xiàn)出差異性的協(xié)同潤滑效應。含Ti3SiC2-MoS2的鎳鋁基自潤滑復合材料在寬溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出低的摩擦系數(shù)與磨損率。相對于鎳鋁合金來說，添加Ti3SiC2-MoS2后，材料在寬溫度范圍內(nèi)的摩擦系數(shù)下降明顯，且一直穩(wěn)定在0.30以下，磨損率則下降了一個數(shù)量級，從

5、1.2×10-4mm3(Nm)-1下降到4.7×10-5mm3(Nm)-1。MoS2在低中溫段潤滑，Ti3SiC2在高溫段潤滑。Ti3SiC2-MoS2復合固體潤滑劑是一種解決鎳鋁基自潤滑復合材料實現(xiàn)寬溫域自潤滑的有效手段。
　　 含Ti3SiC2-MoS2的鎳鋁基自潤滑復合材料的自潤滑性能隨著MoS2含量的增加變化不大。當MoS2含量從3wt.％增加到5wt.％時，復合材料在寬溫度范圍內(nèi)的摩擦系數(shù)從0.38-0.43減小為0.