MoSi2及其复合材料的高温摩擦磨损性能研究

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MoSi2因具有很好的抗氧化能力、高的熔点(2030℃)、较高的硬度和弹性模量,有望成为一种新型的高温耐磨材料。本文通过自蔓延高温合成和高温真空烧结制备了MoSi2及(0.8wt%)稀土-MoSi2复合材料。分别以碳化硅和氮化硅为对摩件,以MoSi2和稀土-MoSi2材料为销,在XP-5型高温摩擦磨损试验机上考察不同温度(700~1100℃)、不同载荷(10~50N)和不同滑动速度(0.084~0.252m/s)对四种配对副的高温摩擦磨损行为的影响,通过扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射仪(XRD)观察分析其磨损面形貌及相组成,并讨论了其磨损机理,为MoSi2及陶瓷材料在高温耐磨材料方面的应用提供参考。得出了如下研究结论:1.MoSi2/SiC配对副的磨损机理在滑动速度为0.126m/s,载荷为30N,温度在700℃~900℃时主要为粘着磨损和研磨,1000℃~1100℃时具有较好的耐磨性。1000℃、0.126m/s条件下,载荷从10N增大到50N时,磨损机理从粘着和研磨向疲劳断裂和氧化磨损转化,大于30N之后,MoSi2的摩擦系数及磨损体积变化不大。1000℃、载荷为30N时,滑动速度从0.084m/s增大到0.252m/s,MoSi2的摩擦系数及磨损体积随之降低,MoSi2的主要磨损机理随之依次表现为擦伤、研磨、疲劳点蚀和氧化磨损等形式。2.MoSi2与Si3N4配对时,同等条件下其摩擦系数及磨损体积均高于MoSi2/SiC配对副,当载荷为30N、滑动速度为0.126m/s、温度从700℃增大至1100℃时,MoSi2的磨损机理从研磨转变为以氧化磨损为主,1000℃以上时具有较好的耐磨性能。1000℃、滑动速度0.126m/s条件下,载荷从10N增大至50N,MoSi2/Si3N4配对副的摩擦系数随之下降,但磨损体积略有增大,磨损机理主要表现为粘着磨损和研磨。温度为1000℃、载荷为30N、滑动速度从0.084m/s增大到0.252m/s时,MoSi2的磨损机理表现为以研磨和氧化磨损为主。3.添加稀土相(0.8wt%)补强的MoSi2材料,同等实验条件下,摩擦系数及磨损体积均比纯MoSi2有所增大,随着温度和滑动速度的增大,稀土-MoSi2的磨损失重比纯MoSi2材料小得多,但载荷增大对其耐磨性能影响不大。稀土-MoSi2磨损机理以粘着磨损为主,温度升高还伴随研磨特征。氧化与粘着的加剧是其摩擦系数及磨损体积升高的主要原因。
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