| 氧化锆基高温自润滑材料的制备与性能研究 | |
| 孔令乾 | |
| Subtype | 理学博士 |
| Thesis Advisor | 梁永民 ; 毕秦岭 |
| 2014-05-28 | |
| 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 | Zro2(Y2o3) 陶瓷基复合材料 热压烧结 高温摩擦学 自润滑机理 摩擦化学 Zro2(Y2o3) Ceramic-based Composites Hot-press Sintering Technique High-temperature Tribology Self-lubricating Mechanism Tribochemistry |
| Abstract | 本论文采用ZrO2(Y2O3)作为高温自润滑材料的基体，通过复合化设计和工艺参数优化，制备了几种摩擦学性能优良的氧化锆基宽温域自润滑复合材料，较系统地研究了添加组元对复合材料摩擦学性能的影响，分析了材料的摩擦化学反应，探讨了高温磨损机制和润滑机理。获得的主要结果如下: 1.选用钼和氧化铜作为高温润滑剂，利用粉末冶金的方法制备了ZrO2(Y2O3)-Mo-CuO自润滑复合材料。该材料在 700 ℃ 至1000 ℃ 具有优异的摩擦学性能，摩擦系数在 0.18～0.30 之间。高温摩擦主要发生在氧化物釉层和润滑转移膜之间：高温时CuO和MoO3在磨损表面上形成的氧化物釉层对改善氧化锆基复合材料的摩擦学性能起着重要作用对偶Al2O3陶瓷球几乎没有磨损，归因于其磨损表面覆盖的润滑转移膜。 2.选用钼和氟化物作为高温润滑剂，利用粉末冶金的方法制备了ZrO2(Y2O3)-Mo-BaF2/CaF2高温自润滑复合材料。高温润滑机理为：BaF2在600 ℃时与Mo反应生成 BaMoO4，其在磨损表面的含量随温度的升高而增加，800 ℃时已基本覆盖整个磨损表面，BaMoO4在高温时显著改善ZrO2(Y2O3)-Mo-BaF2/CaF2复合材料的摩擦学性能。 3.固体润滑剂的复配相容性研究表明：少量的Ag并不能在低温阶段为ZrO2(Y2O3) 陶瓷提供润滑，石墨可以在低温阶段为ZrO2(Y2O3)陶瓷提供润滑但高温时有害；ZrO2(Y2O3)-10Ag-10CaF2-10Mo复合材料在整个温度区间内的磨损率均较低，归因于硬度、相变和CaMoO4 含量的共同作用；虽然添加石墨对ZrO2(Y2O3)-Mo-CaF2-石墨复合材料的高温磨损有害，但可以通过适当提高烧结温度来改善复合材料的抗磨损性能。 4.利用粉末冶金的方法制备了宽温域连续润滑的ZrO2(Y2O3)-10MoS2-10BaF2和ZrO2(Y2O3)-MoS2-CaF2复合材料。ZrO2(Y2O3)-10MoS2-10BaF2复合材料在20 ℃至400 ℃，其摩擦系数0.15～0.24，磨损率在10–6 mm3/Nm 数量级；在600 ℃至1000 ℃，摩擦系数为0.34～0.43，磨损率在10–5 mm3/Nm 数量级。其宽温域润滑机理为：在中低温阶段主要由 MoS2提供润滑，在高温阶段主要由BaF2、BaSO4 和BaMoO4提供润滑。通过调节组元含量，ZrO2(Y2O3)-MoS2-CaF2复合材料在1000 ℃ 时的摩擦系数可降为 0.27，磨损率为1.54×10–5 mm3/Nm。 5.不同对偶材料对氧化锆基复合材料摩擦学性能的影响较大。ZrO2(Y2O3)-10MoS2-10CaF2 复合材料与 Al2O3 陶瓷球配副时在室温至 1000 ℃的测试温度区间内表现出优异的摩擦学性能，与 SiC 陶瓷球配副时在 800 ℃至 1000 ℃的测试温度区间内具有最低的磨损率。室温至400 ℃的温度区间内复合材料由MoS2提供润滑，600 ℃至1000 ℃的温度区间内复合材料由 CaMoO4 和CaF2提供润滑。该复合材料与含Si陶瓷材料配副时，600 ℃时表现出高摩擦系数和磨损是因为在磨损表面上形成了SiOx，其作为硬质磨屑可破坏此时CaF2形成的润滑膜，从而造成高摩擦和磨损。 |
| Subject Area | 材料科学与物理化学 |
| Funding Project | 高温抗磨材料组 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/6755 |
| Collection | 固体润滑国家重点实验室（LSL） |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 孔令乾. 氧化锆基高温自润滑材料的制备与性能研究[D]. 中国科学院大学,2014. |
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| 201446孔令乾.pdf（9035KB） | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Application Full Text | |||
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