铁基高温自润滑材料的制备及其摩擦学特性研究

摘要

采用粉末冶金技术，以石墨和自生氧化物为润滑相，并添加了钼、镍、铜等合金化元素，在氢气保护气氛下制备了在室温～450℃下可连续使用的铁基高温自润滑材料。通过金相显微镜和XRD衍射仪观察和分析其微观组织结构，使用高温摩擦磨损试验机测试了材料在不同工况条件下的摩擦磨损性能，并测试了材料的密度、硬度和抗压强度，最后通过SEM扫描电镜、EDS能谱仪以及XRD衍射仪等仪器分析了摩擦磨损机理。
　　研究结果表明:不同成分的铁基自润滑材料在摩擦过程中表现出了相似的磨损机制，材料表面由金属碳化物和少量金属固溶体形成的强化相决定了其在组织上的耐磨性，材料中的石墨以及在摩擦过程中生成的金属氧化物，是材料具有良好高温减摩性能的主要原因。
　　在Fe-Mo-石墨自润滑材料中添加Ni、Cu等元素，可有效提高材料的合金化程度，进而提高材料的力学性能。这主要是因为金属固溶体和大量金属碳化物强化相的生成，从而增强了基体强度。Ni、Cu的加入能够明显改善Fe基复合材料的摩擦磨损性能，在高温条件下摩擦系数随Ni、Cu加入后降低的趋势更加明显，当铜含量为15 wt％，Fe-Mo-Ni-Cu-石墨材料在500℃时，干摩擦条件下的平均摩擦系数低至0.28，磨损率量级为10-8 cm3/N·m，属于轻微磨损，表现出了较好的高温减摩耐磨性能。
　　在铁基材料中添加不同含量的石墨，当石墨添加量为1 wt％时，材料组织主要由铁素体组成，此时的摩擦系数受摩擦速度的影响较小，在摩擦速度在0.2m/s～0.8 m/s之间时，变化幅度不大，平均摩擦系数为0.45，但磨损率较大，且随速度的提高而增大。石墨添加量高于1 wt％时，材料组织主要由珠光体组成，摩擦系数随速度提高而增大，但磨损率随之减小。材料中的珠光体、金属碳化物的生成，以及摩擦过程中生成的Fe2O3、Fe3O4是Fe-Mo-石墨材料在高速下具有优良耐磨减摩特性的主要原因。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 固体自润滑材料概述

1．2 固体润滑剂的分类

1．2．1 软金属固体润滑剂

1．2．2 金属化合物固体润滑剂

1．2．3 无机物固体润滑剂

1．2．4 有机物固体润滑剂

1．3 固体润滑剂的性能及高温条件下的应用

1．3．1 固体润滑剂具备的性能

1．3．2 固体润滑剂在高温条件下的应用

1．3．3 固体润滑剂的协同效应

1．4 固体自润滑材料的研究现状

1．4．1 金属基自润滑材料

1．4．2 陶瓷基自润滑材料

1．4．3 聚合物基自润滑材料

1．5 金属基自润滑材料的制备方法

1．5．1 粉末冶金法

1．5．2 熔炼铸造法

1．5．3 表面技术

1．5．4 其他方法

1．6 课题研究的主要内容

1．6．1 铁基自润滑材料的制备工艺研究

1．6．2 摩擦学特性及自润滑机理分析

1．7 课题研究的背景及意义

1．8 课题的创新性

第2章 铁基自润滑材料的制备工艺及性能测试方法

2．1 引言

2．2 技术路线

2．3 试验原材料与试验设备

2．3．1 试验原料

2．3．2 试验设备

2．4 制备工艺

2．4．1 混料

2．4．2 压制成型及脱模

2．4．3 试样烧结

2．5 自润滑材料的物理及力学性能测试

2．5．1 密度测定

2．5．2 硬度测定

2．5．3 材料力学性能测试

2．5．4 摩擦学性能测试

2．6 自润滑材料的微观组织分析

2．6．1 金相组织

2．6．2 XRD物相分析

2．6．3 SEM表面形貌分析

2．6．4 表面元素分析

第3章 石墨对Fe-Mo-石墨自润滑材料摩擦学性能的影响

3．1 引言

3．2 实验过程

3．2．1 实验原料

3．2．2 样品制备

3．2．3 性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 金相组织分析

3．3．2 材料组织成分分析

3．3．3 摩擦磨损特性研究

3．3．4 对偶盘磨损形貌分析

3．3．5 对偶盘磨损表面成分分析

3．4 本章小结

第4章 添加Ni、Cu对Fe-Mo-石墨自润滑材料摩擦学性能的影响

4．1 引言

4．2 实验过程

4．2．1 试验原料

4．2．2 材料制备

4．2．1 材料性能与测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 三种材料的金相微观组织

4．3．2 三种烧结材料的XRD分析

4．3．3 摩擦磨损性能分析

4．3．3 复合材料磨损形貌和表面分析

4．4 结论

第5章 铜含量对Fe-Mo-Ni-Cu-石墨自润滑材料摩擦学特性的影响

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验原料

5．2．2 材料制备

5．2．3 性能测试与分析

5．3 结果与讨论

5．3．1 自润滑材料的烧结

5．3．2 自润滑材料的微观组织

5．3．3 自润滑材料的XRD分析

5．3．4 自润滑材料的微观组织

5．3．5 摩擦对偶盘磨损形貌分析

5．3．6 材料摩擦表面XRD成分分析

5．4 结论

结论与展望

参考文献

致谢

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