含Ag和ZnO钛铝基自润滑复合材料的摩擦学性能研究

摘要

与传统的液体润滑剂相比，固体润滑剂在一些高温高压等极端的工况条件下具有更明显的优势，因其具有自润滑能力而拥有较长的使用寿命。然而，单一固体润滑剂很难满足宽温域或某些极端工况条件下的摩擦学性能要求。因此，合理采用两种或以上的固体润滑剂对于改善自润滑材料摩擦学性能具有重要的研究意义。本论文以TiAl合金为基体，添加Ag+ZnO新型复合固体润滑剂，采用放电等离子烧结法（SPS）制备出具有良好摩擦学性能的自润滑复合材料。通过改变的工况条件，研究了复合材料在不同温度、滑动速率、载荷及摩擦副下的摩擦学性能,并探讨了钛铝基自润滑复合材料的磨损机理及其自润滑机理。 在干滑动摩擦过程中，试样在不同的工况条件下表现出不同的摩擦学行为。在25℃到800℃下， TiAl-3.5Ag-6.5ZnO（ T1）、TiAl-5.0Ag-5.0ZnO（ T2）和TiAl-6.5Ag-3.5ZnO（ T3）在不同温度段的摩擦系数与磨损率明显不同，其中T2的摩擦学性能相对更好；在0.2-0.8m/s的滑动速率范围内，T2的摩擦系数随着滑动速率的增大呈现出先上升后下降的趋势，且均在0.6m/s时取得最低值，最小为0.18；在5-20N的载荷条件下，T2的摩擦系数与磨损率随着施加载荷的增加，表现出先减小后增大的趋势，且均在15N时取得最低值，最小为0.21；采用不同摩擦副时，T2的摩擦学行为也不同，当对磨球的硬度与被磨材料T2的硬度更接近时，T2具有更优异的摩擦学性能。 钛铝基自润滑复合材料之所以表现出良好的摩擦学性能，主要是因为固体润滑剂Ag和ZnO共同发挥出的协调润滑效果从而提高了复合材料的自润滑性能。摩擦学性能较好的材料，其磨痕表面覆盖一层不同完整度的摩擦层，且当摩擦层越厚时，复合材料的磨痕表面越光滑，其摩擦学性能越好。摩擦磨损过程中产生的摩擦热及塑性变形是摩擦层形成的主要原因。摩擦层主要分为润滑层和晶粒细化层。润滑层主要成分包括钛铝氧化物及固体润滑剂Ag和ZnO，可达到良好的减摩耐磨效果，晶粒细化层则为润滑层提供支撑保护作用。摩擦层的形成过程主要分为三个阶段：第一阶段为加工硬化；第二阶段为晶粒细化；第三阶段为摩擦层的形成。本论文深入分析了摩擦层的形成及其作用机制，丰富了固体自润滑复合材料在摩擦学领域的理论基础。

目录

声明

第1章引言

1.1研究背景

1.2 TiAl合金摩擦学研究概况

1.3固体润滑剂研究概况

1.4钛铝基自润滑复合材料研究概况

1.5论文的研究意义及目的

1.6论文的研究内容

1.7项目来源

第2章 试验设备、材料与方法

2.1试验仪器与设备

2.2技术路线

2.3试样的制备

2.4试样的基本性能测试

第3章 钛铝基自润滑复合材料的宽温域摩擦学性能研究

3.1固体润滑剂Ag和ZnO粉末的形貌图及成分分析

3.2钛铝基自润滑复合材料的力学性能和成分分析

3.3钛铝基自润滑复合材料的宽温域摩擦学性能

3.4钛铝基自润滑复合材料的磨痕形貌分析

3.5钛铝基自润滑复合材料宽温域下磨痕断面形貌分析

3.6本章小结

第4章 不同滑动速率对钛铝基自润滑复合材料摩擦学性能研究

4.1 TiAl合金和TiAl-5.0Ag-5.0ZnO在不同滑动速率下的摩擦学性能

4.2 25℃下TiAl合金在不同滑动速率下的磨痕形貌分析

4.3 25℃下TiAl-5.0Ag-5.0ZnO在不同滑动速率下的磨痕形貌分析

4.4 600℃下TiAl-5.0Ag-5.0ZnO在不同滑动速率下的摩擦学性能与磨痕形貌分析

4.5钛铝基自润滑复合材料不同滑动速率下磨痕断面分析

4.6本章小结

第5章 不同载荷对钛铝基自润滑复合材料摩擦学性能研究

5.1 TiAl合金和TiAl-5.0Ag-5.0ZnO在不同载荷条件下的摩擦学性能

5.2 25℃下TiAl合金和TiAl-5.0Ag-5.0ZnO在不同载荷条件下的磨痕形貌分析

5.3 600℃下TiAl-5.0Ag-5.0ZnO在不同载荷下的摩擦学性能与形貌分析

5.4钛铝基自润滑复合材料不同载荷条件下磨痕断面分析

5.5讨论

5.6本章小结

第6章 总结

6.1主要结论

6.2展望

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果目录