含碲钴基粉末材料的组织与性能研究

摘要

摩擦磨损现象由来已久，在人类生活和工作环境中无处不在，造成的能源和经济损失不可估量。因此备受国内外相关领域和科研院所的科技工作者所重视，并把新材料、新技术研究放在首位。所以研发新型耐磨材料是避免和改善摩擦磨损失效问题的绝佳途径，加大对这一材料的研究具有重大现实意义。
　　钴基合金以其优良的高温性能、耐蚀性能和耐热疲劳性能广泛应用于汽车、火车和船舶的发动机气门气门座等工件，并在使用条件恶劣的阀门密封面和超临界参数的蒸汽阀门上应用，作为硬质合金其在热态工况环境下表现出更优异的耐擦伤性能，抗磨损能力和耐腐蚀性能较高。随着工业科技水平的快速发展对恶劣工况使用条件下的零部件提出了更高的要求，需要其抗磨损性能、耐高温腐蚀和烟气腐蚀能力有很大提高，更加适应复杂工况环境下的使用要求。普通钴基合金材料制备的零部件在产品质量和性能上已经不能满足目前工况下的使用要求，如核动力抗磨板及刹车盘对材料性能要求极高，因此急需开发新型耐磨损、抗高温烟气腐蚀性能优异的钴基合金材料是当前的重点。碲元素作为合金添加剂，能够优化合金组织结构，提高合金的综合力学性能，被誉为当代高新技术的支撑材料。研究在钴基合金粉末中添加Te元素制备碲钴基合金，能细化晶粒，改善合金组织结构，同时形成新的耐磨相（CoCrWTe），提高钴基合金的抗磨损和耐腐蚀能力，并使用于恶劣环境下的阀门密封面和超临界参数的蒸汽阀门上和在热态工况环境下的抗磨损耐腐蚀工件。
　　通过粉末冶金技术工艺制备不同Te含量的钴基合金，利用MEF-3金相显微镜、扫描电镜（SEM）对合金金相组织、显微组织和磨损形貌进行分析，并通过能谱仪（EDS）和X-ray衍射仪（XRD）对合金的组织成分及耐磨相进行分析；在HB-3000型布洛硬度仪上测试合金的硬度，在MMW-1立式万能摩擦磨损试验机上测试摩擦系数，并结合万分之一的电子分析天平FA2004对合金的磨损失重进行分析。经过试验研究对比分析，结果表明：微量Te的添加对钴基合金组织结构和耐磨损性能有很大改善，并且在1.5％Te添加量下制备的碲钴基合金晶粒更加细化，晶界更加清晰，组织更加致密，硬度最高，摩擦系数最小，合金表面的气孔和氧化渣现象大幅减少。同时Te的添加形成了新的硬质相CoCrWTe，与原有硬质相CrCoWFe、Cr7C3、Cr5B3牢牢地镶嵌在基体中，起到抗磨损的作用，并将磨粒磨损和犁削磨损机制转变为滑动磨损，大大减缓了磨损进程，对合金组织起到了很好的保护作用，钴基合金在1.5%Te含量下耐磨损性能提升效果最佳，具有优异的抗磨损能力。

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第 1 章 绪论

1.1 引言

1.2 碲元素的研究现状

1.3 钴基合金

1.4 含碲钴基合金粉末的研究现状

1.5 摩擦磨损

1.6 粉末冶金技术

1.7 研究意义和内容

第 2 章 试样制备及实验

2.1 课题实验步骤

2.2 合金烧结

2.3 试样的制备

2.4 试样组织及性能分析

2.5 摩擦磨损试验

第 3 章 烧结工艺对钴基合金的影响

3.1 升温速率的影响

3.2 烧结温度的影响

3.3 保温时间的影响

3.4 冷却方式的影响

3.5 小结

第 4 章 碲对钴基合金组织及性能的影响

4.1 添加碲对钴基合金组织的影响

4.2 添加碲对钴基合金硬度的影响

4.3 合金EDS分析

4.4 小结

第 5 章 碲对钴基合金摩擦磨损性能的影响

5.1 碲对钴基合金磨损失重的影响

5.2 碲对钴基合金磨损形貌的影响

5.3 碲对钴基合金摩擦系数的影响

5.4 碲对钴基合金磨损表面物相的影响

5.5 小结

结论

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的论文