冶金设备用宽温铁基固体自润滑复合材料的研究与制备

摘要

本文利用粉末冶金法制备了添加复合润滑剂镍包覆石墨和氟化钙的铁基固体自润滑材料，通过XRD和SEM分析了其微观组织，用SRV高温摩擦磨损试验机测试了摩擦学性能，并测试了材料的力学性能。在研究铁基合金的基础上，分别探讨了添加镍包覆石墨和氟化钙对复合材料力学及摩擦学性能的影响，以其得到在较宽温度范围内具有优异综合性能的铁基自润滑复合材料。来解决工况环境十分恶劣的冶金设备的润滑问题。 (1)以Fe-Ni-Cu-Mo成分作为基体的含石墨材料中，当石墨含量为0.9％(质量分数)时，其力学性能达到最佳值。烧结温度范围在1200℃-1220℃时，材料的力学性能较好。 (2)添加镍包覆石墨复合材料的力学性能和摩擦学性能明显优于添加未包覆石墨的复合材料。这说明对润滑剂石墨实施镍包覆技术，可以避免石墨的偏析及烧结中的损失等，从而达到提高复合材料的力学性能和摩擦学性能的目的。以Fe-Ni-Cu-Mo-0.9％石墨作为基体的材料中，随着润滑剂镍包覆石墨含量的增加，复合材料的力学性能不断降低，摩擦系数也随之降低，但磨损率呈现先降低后又逐渐升高的趋势。当镍包覆石墨含量为3.36％时磨损率为最低。 (3)在添加氟化钙的复合材料中，作为合金化作用的Ni、Cu、Mo和C已完全固溶到基体中，CaF2在烧结中没有与基体发生反应，和石墨均匀分布在材料基体组织中。随着氟化钙含量的增加，复合材料的力学性能不断降低；在室温下复合材料的摩擦系数变化甚微，而磨损率出现不断升高的趋势，但总体变化比较缓慢；在500℃高温下，复合材料的摩擦系数随着氟化钙含量的增加而不断降低，磨损率先降低后又逐渐升高，并且材料在500℃的磨损率普遍低于室温磨损率。当氟化钙含量为5％时，复合材料在较宽温度范围内均具有优异的摩擦学性能。未添加氟化钙复合材料的摩擦学性能随着温度的升高而大大降低，而添加氟化钙的复合材料在室温到500℃范围内均具有优异的抗磨、减摩性能。 (4)通过在钢铁企业的实际应用考核表明：本文所制备的铁基固体自润滑复合材料，具有优异的抗磨减摩性能、使用寿命得到大大提高，并且产品成本低。能够满足高温冶金设备的润滑需求，已经在多家钢厂得到了应用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

前言

1.1课题来源、研究内容及意义

1.2国内、外固体自润滑材料的研究现状及进展

1.2.1金属基自润滑复合材料

1.2.2非金属基自润滑复合材料

1.2.3自润滑陶瓷复合材料

1.3固体自润滑材料的制备方法

1.3.1机械混合

1.3.2热压烧结

1.3.3粘结

1.3.4气相沉积

1.3.5化学反应

1.3.6铸造

1.3.7浸渍

1.3.8共混

1.3.9喷涂

1.4冶金设备用宽温铁基固体自润滑材料各成分组元的选择

1.4.1基体材料及其合金化元素的选择

1.4.2固体润滑剂的选择

1.5本文创新点

第2章实验与研究方法

2.1实验用原材料

2.2实验的技术路线

2.3实验的工艺流程

2.4材料力学性能测试

2.4.1密度的测定

2.4.2硬度的测定

2.4.3压溃强度的测定

2.4.4冲击韧性的测定

2.5摩擦学性能测试

2.5.1摩擦、磨损试样的制备

2.5.2摩擦系数的测定

2.5.3磨损率的测定

2.5.4磨损形貌分析

2.6显微组织结构分析

2.6.1 XRD物相分析

2.6.2金相分析

2.6.3SEM观察组织及EDAX成分分析

第3章铁基固体自润滑材料基体的研究

前言

3.1实验部分

3.1.1试样制备

3.1.2力学性能测试

3.2实验结果与讨论

3.2.1石墨添加量对铁基基体材料力学性能的影响

3.2.2显微组织分析

3.3本章小结

第4章镍包覆石墨对铁基自润滑材料力学及摩擦学性能的影响

前言

4.1实验部分

4.1.1试样制备

4.1.2力学性能和摩擦学性能测试

4.2实验结果与讨论

4.2.1镍包覆石墨添加量对复合材料力学性能的影响

4.2.2显微组织分析

4.2.3摩擦学性能研究

4.3本章小结

第5章镍包覆石墨和CaF2对铁基自润滑材料力学及摩擦学性能的影响

前言

5.1实验部分

5.1.1试样制备

5.1.2力学性能和摩擦学性能测试

5.2实验结果与讨论

5.2.1 CaF2添加量对复合材料力学性能的影响

5.2.2显微组织分析

5.2.3摩擦学性能研究

5.3本章小结

第6章应用研究

结论

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间所发表的学术论文目录