| Fe3Al/TiC 复合材料的制备及其摩擦学性能研究 | |
| 张兴华 | |
| Subtype | 理学博士 |
| Thesis Advisor | 梁永民 ; 杨军 |
| 2013-06-01 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Department | 固体润滑国家重点实验室 |
| Degree Discipline | 物理化学 |
| Keyword | Fe3al金属间化合物 Tic 热压烧结 力学性能 摩擦学性能 Fe3al Intemetallics Hot-pressing Sintering Technique Mechanical Properties Tribological Properties |
| Abstract | Fe-Al 金属间化合物具有密度低、成本低、强度高、抗磨损性能良好以及优异的抗氧化、抗硫化和抗碳化性能，是一种具有良好应用前景的抗磨材料和高温结构材料。本论文采用机械合金化结合真空热压烧结技术制备了 Fe3Al 合金和Fe3Al/TiC 复合材料，系统研究了所制备材料的微观结构、室温力学性能以及几种不同环境下的摩擦学性能。取得的主要结果和结论如下： 1. 采用机械合金化结合真空热压烧结技术制备了Fe3Al合金和Fe3Al/TiC复合材料。所有材料的致密度均达到99 %以上，TiC增强相在复合材料中呈网状结构均匀分布，增强相与基体间具有良好的结合性。所制备材料的显微硬度在 3.76~11.50 GPa 之间、压缩强度在 1040~2370 MPa 之间、弯曲强度在 1060~1610 MPa之间。值得注意的是所制备材料的弯曲强度明显高于文献报道的同类材料。随着 TiC 含量的增加，硬度和压缩强度显著增大，但弯曲强度由于 TiC 陶瓷相的脆性而逐渐减小。 2. Fe3Al/TiC复合材料有较好的室温抗磨损性能，随着TiC含量增加抗磨性显著提高。抗磨性提高的主要原因是硬质相TiC在摩擦过程中起到了承载载荷的作用。材料磨损率在 10-4~10-3 mm3/m 量级，随载荷的增加磨损率明显增大。其中50 wt. % TiC复合材料的抗磨性比Fe3Al 合金的高4~30倍。摩擦系数范围在0.46~0.60 之间。摩擦系数随着滑动速率的增大而增大，受载荷和 TiC 含量的影响不大。Fe3Al 合金与15 % TiC复合材料的主要磨损机理是疲劳剥落，而25~50 wt. % TiC复合材料的磨损机理为犁沟和剥落磨损。 3.Fe3Al/TiC 复合材料在石蜡油润滑下同样具有良好的抗磨损性能，随 TiC含量的增加抗磨性能逐渐增加。由于摩擦过程中形成了润滑油膜，并且油膜的厚度随滑动速度和复合材料中TiC含量的增加而增加，从而降低材料的磨损率和摩擦系数。材料磨损率在10-6~10-5 mm3 /m量级，随载荷的增加而增大。其中50 wt. %TiC复合材料的磨损率比纯Fe3Al基合金的低7~20倍。摩擦系数范围在0.09~0.14 之间，随TiC含量的增加而减小。Fe3Al 合金与15 wt. % TiC复合材料的主要磨损机理是犁沟和剥落磨损。25 wt. %和50 wt. % TiC的复合材料的主要磨损机理仅仅是轻微的犁沟磨损。 4.在硫酸溶液中，Fe3Al/TiC复合材料的磨损率以及摩擦系数均随TiC含量的增加而减小。由于 Fe3Al 合金和 Si3N4 球均与硫酸发生反应形成了 FeS 以及水合二氧化硅润滑膜，并且润滑膜的厚度随TiC含量的增加而增加，从而降低了摩擦系数和磨损率。材料磨损率大约在 10-5~10-3 mm3 /m量级，随载荷的增加而增大。其中50 wt. % TiC复合材料的磨损率比纯Fe3Al 基合金的低4~38倍。摩擦系数范围在 0.25~0.48 之间。腐蚀和磨损的交互作用导致材料磨损率显著增加。Fe3Al 合金与15 wt. % TiC复合材料的主要磨损机理是腐蚀磨损和犁沟磨损，而25~50 wt. % TiC复合材料的主要磨损机理是腐蚀磨损。 5.在室温至800 °C范围内，Fe3Al/TiC复合材料的磨损率在10 -5~10-4 mm3 /m量级，且随TiC含量的增加而减小。随温度升高，Fe3Al 合金和15 wt. %复合材料的磨损率先增加后降低，而其它复合材料先增加后几乎不变，400 °C时材料的磨损率最高，其主要原因是材料的氧化和强度的反温度效应共同作用的结果。材料的摩擦系数在 0.55-0.95 范围内，且随 TiC 含量增加而轻微增大，随温度的升高而缓慢降低。材料的磨损机理与温度相关。 6.系统研究了Fe3Al/TiC复合材料力学性能以及在干摩擦、油润滑、硫酸和高温等条件下的摩擦学性能，发现TiC显著提高了Fe3Al 合金的摩擦学性能，并且能保持良好的力学性能，表明Fe3Al/TiC复合材料作为抗磨材料具有广阔的应用前景。 |
| Funding Project | 高温抗磨材料组 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/5536 |
| Collection | 固体润滑国家重点实验室（LSL） |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 张兴华. Fe3Al/TiC 复合材料的制备及其摩擦学性能研究[D]. 中国科学院大学,2013. |
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| 201341张兴华.pdf（15700KB） | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Application Full Text | |||
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