鈦基非晶復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)及其摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、大塊非晶合金具有許多優(yōu)異的性能，如高強度、高硬度、優(yōu)異的軟磁性能等，吸引了國內(nèi)外廣大學(xué)者的廣泛關(guān)注與研究報道。但是由于塑性變形集中形成剪切帶，因此大塊非晶合金加載后幾乎沒有塑性，嚴(yán)重限制了其工程應(yīng)用前景。經(jīng)過長期的研究，科學(xué)家們通過調(diào)節(jié)成分和控制冷卻工藝，得到了一系列兼具大塊非晶合金優(yōu)異性能和良好室溫塑性的非晶復(fù)合材料，使其擁有更廣闊的應(yīng)用前景。本文重點研究了四種新型鈦基內(nèi)生枝晶增韌非晶基復(fù)合材料的顯微組織及其在不同環(huán)境下的摩擦學(xué)性能。

2、
　　文中，通過WKFEI非自耗真空電弧熔煉爐制備了四種不同成分的非晶復(fù)合材料：Ti40Zr24V12Cu5Be19， Ti52Zr22V10Cu4Be12， Ti56Zr18V10Cu4Be12和Ti58Zr16V10Cu4Be12。之后，采用HVS-1000型維氏硬度計測量了材料的顯微硬度，并采用金相顯微鏡、日本理光D／MAX—RB型X射線衍射儀、JEOL JS M-6390型掃描電鏡等分析儀器測量四種非晶復(fù)合材料的形貌及組織

3、結(jié)構(gòu)，并計算非晶復(fù)合材料枝晶相體積分?jǐn)?shù)。同時采用MF T-R4000型往復(fù)摩擦磨損試驗機研究非晶復(fù)合材料在干燥環(huán)境、去離子水和酸雨中的摩擦磨損性能，重點分析了載荷、摩擦環(huán)境以及枝晶相體積分?jǐn)?shù)對材料摩擦學(xué)性能的影響。得到如下結(jié)論：
　　（1）非晶復(fù)合材料 Ti40Zr24V12Cu5Be19， Ti56Zr18V10Cu4Be12， Ti52Zr22V10Cu4Be12和 Ti58Zr16V10Cu4Be12的枝晶相體積分?jǐn)?shù)分別為5

4、5％、57%、61%和63%，隨著其樹枝晶體積分?jǐn)?shù)的升高，材料的硬度依次下降，分別為622、514、422和408 HV。
　　（2）在干燥環(huán)境下，Ti40Zr24V12Cu5Be19的磨損率隨著載荷增大線性下降，在17 N時達到最小值2.73×10-4 mm3/(N m)。此外，其他三種鈦基非晶復(fù)合材料的磨損率隨著載荷增大均呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢。其中Ti52Zr22V10Cu4Be12和Ti56Zr18V10Cu4Be12的

5、磨損率在10 N時達到最小值3.99和2.64×10-4 mm3/(N m)。而Ti58Zr16V10Cu4Be12的磨損率隨著載荷升高在5 N時達到最小值4.68×10-4 mm3/(N m)。鈦基非晶復(fù)合材料的磨損機制以磨料磨損和粘著磨損為主。在磨損試驗過程中發(fā)生了氧化。氧化產(chǎn)物主要為TiO2、ZrO2和Cu2O。
　?。?）在去離子水和酸雨環(huán)境中，四種非晶復(fù)合材料的磨損率隨載荷增大呈現(xiàn)出的規(guī)律與干摩擦?xí)r相同。均為Ti40Zr

6、24V12Cu5Be19的磨損率隨著載荷增大線性下降，而其他三種鈦基非晶復(fù)合材料的磨損率隨著載荷增大呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢。表明在摩擦磨損過程中，復(fù)合材料的摩擦磨損主要受到載荷、氧化保護膜和摩擦熱三種因素的影響，當(dāng)材料的硬度較大時，以載荷的影響為主，當(dāng)材料的硬度較小時，低載荷時以載荷的影響為主，高載荷時以氧化保護膜和摩擦熱的影響為主。
　?。?）與干摩擦?xí)r的磨損率相比，去離子水環(huán)境下復(fù)合材料的磨損率整體較小，表明去離子水的潤滑作

7、用可以減輕磨損，而酸雨環(huán)境下復(fù)合材料的磨損率整體較大，表明酸雨的腐蝕作用會使磨損增大，腐蝕和磨損之間的協(xié)同作用會加速磨損。在酸雨環(huán)境中，復(fù)合材料的磨損表面上發(fā)生了氧化和腐蝕。其中，氧化產(chǎn)物為ZrO2、TiO2和Cu2O，腐蝕產(chǎn)物主要為金屬氯化物、金屬碳酸鹽和金屬硫酸鹽。
　　（5）研究表明，Ti52Zr22V10Cu4Be12和Ti58Zr16V10Cu4Be12非晶復(fù)合材料比Ti40Zr24V12Cu5Be19和Ti56Zr18