【摘 要】
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在高温和高负荷等苛刻工况下工作的设备轴承、齿轮、叶片和其他易磨损传动部件的磨损和润滑,直接关系到设备运行的稳定性和安全可靠性。Co基高温合金相比于其他合金具有更优异的高温强度、抗氧化性与耐腐蚀性。以钴合金为基体设计一种宽温域内具有优异抗磨性能的自润滑复合材料,对解决高温部件的磨损具有深远的意义。润滑相与抗磨相的选择是影响复合材料高温抗磨性能的重要因素。本文采用高温热压烧结技术制备了一系列钴基高温自
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在高温和高负荷等苛刻工况下工作的设备轴承、齿轮、叶片和其他易磨损传动部件的磨损和润滑,直接关系到设备运行的稳定性和安全可靠性。Co基高温合金相比于其他合金具有更优异的高温强度、抗氧化性与耐腐蚀性。以钴合金为基体设计一种宽温域内具有优异抗磨性能的自润滑复合材料,对解决高温部件的磨损具有深远的意义。润滑相与抗磨相的选择是影响复合材料高温抗磨性能的重要因素。本文采用高温热压烧结技术制备了一系列钴基高温自润滑复合材料,研究了润滑组元与抗磨组元对钴基复合材料的高温摩擦学性能的影响,建立了钴基复合材料摩擦系数预测模型。分别研制了纳米级和微米级Al2O3陶瓷颗粒强化的CoCrNi基高温耐磨复合材料,并系统研究了在室温～1000℃范围内陶瓷颗粒的高温抗磨机理。研究发现,Al2O3的添加使得CoCrTi基复合材料在宽温域内摩擦系数提高,磨损率降低。特别是在高于600℃的试验条件下,磨损率显著降低。在宽温域内,添加纳米Al2O3的复合材料表现出最佳的耐磨性,其磨损率在0.84-4.62×10-5mm~3/N·m范围内,与未添加Al2O3和添加微米Al2O3的复合材料相比磨损率低0.5-5倍,这是归因与复合材料高硬度以及磨损表面上生成的氧化物润滑膜。通过高温热压烧结制备了CoCrTi-WS2高温自润滑复合材料,在不同温度、不同载荷和不同滑动速度下对其摩擦学性能进行研究。发现WS2的添加提高了材料的硬度与摩擦学性能。在宽温域内,复合材料的摩擦系数先降低后趋于平稳,趋于0.409-0.559范围内。磨损率先升高后降低,在1000℃时表现出最低磨损率,其值处于0.9×10-6mm~3/N·m附近。在不同载荷和不同滑动速度下,400℃时,摩擦系数在15N与0.3m/s条件下最小,其值分别在0.418-0.443与0.387-0.416之间。其磨损率随速度与载荷的增大而增大。600℃时,摩擦系数先升高后降低。磨损率先增大后趋于平稳,趋于0.91-3.148×10-5mm~3/N·m之间。选用WS2与CuO作为CoCrTi基复合材料的复合润滑相,研究了复合材料在室温至1000℃宽温域内的摩擦学性能。结果表明:WS2和CuO的添加明显改善了材料的硬度与宽温域摩擦学性能。摩擦系数与磨损率均随温度的升高先增大后减小。添加9%WS2与3%CuO的复合材料摩擦学性能最佳。尤其在1000℃时材料的摩擦系数与磨损率最低,分别为0.38与0.119×10-6mm~3/N·m。WS2可在20℃到400℃条件下起到润滑作用,CuO的添加使材料在600℃到1000℃下具有良好的高温摩擦学性能。由于WS2与CuO的协同润滑机制,使得钴基自润滑复合材料在宽温域内具有优异的摩擦学性能。通过使用多元线性回归方程和最小二乘法相结合,建立了钴基复合材料的摩擦系数预估模型。通过对比试验所得值与拟合数值组成的曲线,结果表明,模型较精确,曲线较吻合。
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