环境气氛下NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re合金的摩擦磨损特性研究

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材料的摩擦磨损性能不仅取决于其摩擦副材料的结构与性质,而且与速度、载荷、环境(温度、湿度,气氛)等工况有着密切的联系。现今越来越多的机械零件与重要的装备应用于一定的地域或特定的气氛环境中,而不同的环境气氛可能会加剧设备的摩擦磨损,降低设备的使用寿命与精度,严重限制了设备的使用性能,又考虑到金属间化合物NiAl具有熔点高,密度低,导热性好,抗氧化性能优异等特点,替代镍基高温合金制备航空发动机涡轮叶片和导向叶片,具有巨大的应用前景。因此,本论文优选出NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re合金作为主要研究对象,研究了其在不同环境气氛中的摩擦磨损性能,并采用XRD、SEM、EDS等检测技术对合金进了检测分析。其主要的研究结果如下:  (1)NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re合金主要由黑色NiAl相,灰色层片状Cr相与AlCo相,以及中心亮白色的块状AlRe相和边缘暗白色的块状Cr2Ta相的白色枝晶状组成。  (2)室温下NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re合金具有最高的压缩强度和塑性,应用可靠性最优。室温~600℃下NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re合金具有最优的综合力学性能,且NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re合金优异的高温强度对其减摩耐磨特性更为有利。  (3)室温不同环境气氛下,NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re合金的磨损率主要受控于摩擦表面接触状态及其磨损机制。3-5N时,合金摩擦表面呈弹性接触状态,主要呈粘着磨损特征;10-20N时呈塑性接触状态,主要呈现磨粒磨损特征;接触状态的变化导致合金的磨损机制发生转变。其中,真空与氮气中,合金摩擦表面没有形成氮化物以及化学吸附层,合金与对磨件直接接触磨损;空气中的氧化作用导致部分合金摩擦表面生成了氧化膜,产生一定程度的氧化磨损。  (4)空气环境下,随着温度的升高,NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re摩擦系数先下降后增加,400℃时最低,其表面生成的氧化膜对磨损机理起主导作用;真空环境下,随着温度的升高,摩擦系数先增加后降低,200℃时最高,摩擦表面在200℃~400℃下呈轻微的犁削与黏着特征,600℃下,呈显著的犁沟和黏着特征,其磨损机理主要受合金的力学性能主导。  (5)NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re合金于质量分数为85%~99.9%范围内的CO2环境气氛中,以陶瓷球作为配副,在摩擦磨损过程中可产生稳定、持久的自润滑耐磨损特性。  (6)NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re合金中的Re元素在摩擦磨损过程中与CO2气体发生化学反应,生成富Re的白色润滑膜,并且在摩擦磨损过程黏附于摩擦表面,产生自润滑特性。
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