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自润滑Ti-48A1―2Cr-2Nb/62%BaF2-38%CaF2复合材料的制备和摩擦磨损性能

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  • 发布时间:2014-09-13
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TiM 合 金具有 密度低 、比强度高 、具有 优 良的高温力学性能等优点 ,且具有极高的抗氧化性能 。

因此它被认为是最具潜力 的航空航天 、汽车用轻质高温结构材料 ]。但是 由于其室温塑性较差 、耐磨性差 、实际应用中难变形加工 、断裂韧性差和在 850℃以上的高温下抗氧化性 能不足等问题 ,制约了其应用和推广[5-61。特别是抑制了其 在摩擦学领域 的应用 ,所以关于其摩擦性能的研究报道较少。为了良好地改善 TiM 基合金的室温脆性 问题 ,合金化是- 比较有效的方法 s1。有研究表 明:Ti-Al系合金 添加 cr元素合金化后 ,表面硬度有显著提高 ,且耐磨性也有了较大改善。添加 cr能改善其室温塑性.加入 Nb,可提高 TiAl合金 的强度[91,同时 Nb也 可提高TiM合金的抗氧化性能。而且也可以改善 TiM基合金的力学性能 。而同时加入 Cr、Nb更能有效提高 TiM 合金 的室温塑性 。根据研究 ,氟化 物具有较好 的高 的化学性能 、热稳定性 ,在加到复合材料中时仍保持着 自己的原始性能 ,作为高温固体润滑剂 ,已引起人们的兴趣 。研究发现l1U],CaF 和 BaF 从 500℃开始具有润滑性 ,在高温下它们具有相 当高 的抗氧化能力 ,可 以使用到 900℃而不会 因氧化失效 。同时 ,CaF 和 BaF 在惰性和还原性气氛中与大气中的润滑效果相同。62%BaF:-38%CAF2共晶体因为有更低的熔点和剪切力 ,所以具有 比使用单种 CaF:或 BaF2更好 的润滑性能 。Sliney[n利用它们制作 了浸渍 62%BaF -38%CaF共 晶体的镍铬合金 自润滑材料 。在空气中 ,它可在 732℃以下工作 ;在氢气中 ,可在 815cc的环境中工作。

为此 ,通过真空热压烧结技术 ,采用金属元素 、Al、Cr、Nb为原料 ,以 62% BaF:-38%CaF:共 晶体为 固体润滑剂成分 添加到 TiA1合金基体中。经高速球磨混合均匀后 ,再经真空热压烧结工艺获得组织均匀 的致密度好 的高温自润滑 TiM 合金复合材料。并对其摩擦磨损性能进行了研究 ,为该 TiM 合金复合材料在摩擦学领域 的应用提供科学依据 。

1 实验方法1.1 Ti-48A1-2Cr-2Nb/62%BaF -38%CaF 自润滑复合 材料的制备选用 的试 验原料为 粉 ,密度 为 4.51 g/cm ,平 均粒径小于 75 m;A1粉 ,密度 为 2.69 gCcm,,平均粒 径小于75 in;Cr粉 ,密度为 7.22 g/cm ,平均粒径小于 75 m;Nb粉 ,密度为 8.57 g/cITI,,平均粒径小于 75 nl;BaF 粉末 和CaF 粉末均为分析纯 ,密度分别为 4.89 g/cm 、3.19 g/cin ,平 均 粒 径 小 于 75 in。 将 四 者 按 照 原 子 百 分 比 :48Ti-48A1-2Cr-2Nb的比例进行混合 ,再混入质量分数 为10%的62%BaF -38%CaF 共晶体作为固体润滑剂。然后在 QM-1SP2型变频行星式球磨机 中进行高能球磨 ,球磨罐的转速为 300 r/rain,充氮气保护 。球磨介 质为 A1 O球,球粉质量比为 10:1,球磨时间为 1h~球磨好的粉末大约 160克装入预先设计好的石墨模具 ,然后用千斤顶预压实 ~ 装有 粉末 的模 具 放入 真 空热 压烧 结炉 中 ,在1200℃下进行真空热压烧结 ,其 中烧结压力为 30Mpa,保温时问 15分钟。烧结出 40的柱状试样。

表 1 试验材料Materials Ti Al Cr Nb BaF2 CaF2purity(wt%) 99.99 99.95 99.5 99.95 98.5 98.51.2摩擦磨损实验利用 MMG-10气氛保 护摩擦磨损试验机(由济南翰森精密仪器厂生产 )进行摩擦磨损实验。采用环盘式摩擦副 ,测 量在-定转速 、-定 载荷条件下 ,Ti-48A1-2Cr-2Nb/62%BaF -38%CaF 复合 材料 摩擦 系数 的变化 情况 和磨 损情况。实验用复合材料的试样如图 1所示,其外形尺寸为40ram×5ram。试样的表面经过严格的研磨抛光处理 ,使其摩擦表面符合实验要求 ,得 到待测试样 。在室温下 ,选择 与淬火 45#钢进行配副 ,其摩擦表面经过抛光处理 ,其硬 度为 HRC为 42,其外径为 7.5ram,内径为 10mm。实验基金项 目:山东省 自然基金项 目(ZR201OELO11)和山东势技攻关项 目(2012GGX10219)资助。

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