ni-20cr合金高温自润滑材料的摩擦学特性

ni-20cr合金高温自润滑材料的摩擦学特性

到目前为止，可以用作高温合金原料的有金属丝、铁基、钴基和钼基。作为高温自润滑自润滑自润滑的原料，应提供优秀的高温机械、抗氧化和耐腐蚀性。南京是高温自润滑自润滑材料中最常用的基质。铜基合金超过500的性能仍然很好。南宋表面容易氧化，形成了一个具有良好耐腐蚀性和连通性的nio层，这有利于减少材料的磨损。此外，nio本身是一种高温的固体润滑剂。因此，金属材料的高温自润滑自润滑铬的研究非常吸引人，但机械零件和摩擦磨损的综合能量的研究还有待深化和提高。在镍基高温合金中加入硫,是实现较宽温度范围内自润滑的一条新途径.含硫镍基高温合金从室温到600℃范围中有较好的摩擦磨损及机械物理性能,是有可能成为制造先进内燃机引擎的摩擦(减摩)部件选材.作者较为系统地研究了添加质量分数为20%MoS2的镍基合金材料,分别与淬火W18Cr4V和YJ2硬质合金2种对偶材料摩擦时的摩擦学特性.1实验部分1.1热压过程热压保护试验实验中选用80%(质量分数)的Ni-20Cr合金粉和20%的MoS2粉作为基本原料,经过混料、钢模冷压、再装入石墨模进行热压,制成B号材料.热压过程采用N2气保护,热压压力为6～15MPa,热压温度1100～1250℃,保温时间为15～20min.通过机械加工等手段,将各种材料制成了直径6mm×15mm的试样供摩擦磨损试验机用.对偶材料材料分别是硬度(HRC)大于70的YJ2硬质合金和硬度(HRC)大于60的淬火W18Cr4V,其中淬火W18Cr4V的回火温度为540～590℃.它们的尺寸均为直径50mm×9mm,平磨后用500号砂纸研磨.1.2材料物相和磨屑的分析在MG-200型高速高温摩擦磨损试验机上测定试样的摩擦学性能.测试条件范围:速度1.5m/s,负荷98N,环境温度为室温,100,200,300,400,500,600℃,在大气中测量.利用日本理学X射线衍射仪,对各种热压后的材料组织物相和磨屑进行分析研究,利用KYKYAMRAY1000B扫描电镜进行摩擦面的微观分析研究.2火炬燃烧w18cr4v的对偶研究材料的摩擦因数随着对偶材料的性质不同而异.图1是B号材料在淬火W18Cr4V及YJ2硬质合金2种对偶材料上摩擦时的摩擦因数-温度曲线和磨损率-温度曲线.可以看到,与淬火W18Cr4V对偶时,材料的摩擦因数随着温度升高是逐渐降低;与YJ2对偶时,材料的摩擦因数随着温度升高先降低,400℃以后有所提高.磨损率则是随着温度升高而变大,尤其是在400℃以后变化幅度较明显.3分析与讨论3.1mos2-4-2/3-1,3-1,3-氧代甲基-2,3,5,5-四甲基-3,5,10-氧-10-硫-2,3,10-四氢-3,10-氧-5-甲基-3,5,10-氧-2-硫-2-基-5,10-氧-2,10-氧-2,10-氧-2-硫-2,10-氧-2-硫-cr3-10-甲基-3,5.图2是研制材料的XRD物相分析结果.可以发现,所制备材料中已经基本上没有MoS2(或者含量极少无法探测到),这是因为在热压过程中,尽管有N2气氛保护,由于温度高达1100℃以上,MoS2发生了分解,分解出来的硫与铬结合生成了铬的硫化物.通过仔细查阅PDF卡片及参阅文献,发现这种硫的化合物实际上不是一种单一物相,它是由Cr2S3,Cr3S4,Cr5S6及Cr7S8构成的CrxSy[(x/y)=(2/3)-1]型共晶体化合物.同时MoS2分解出来的活性元素Mo,一方面固溶在Ni-Cr合金基体中,另一方面会与石墨模具上的碳发生反应生成了Mo2C等碳化物.3.2黑区与亮区的元素图3a,b和图4a,b分别是材料在400,600℃与淬火W18Cr4V,YJ2的摩擦面形貌照片.观察发现,在摩擦面上存在有黑色物质.确认这种黑色物的可能成分,采用EDAX定量分析了摩擦面上黑区与亮区的元素(表1).结果证实,黑区为富含硫的物质,其硫的浓度超过了B号材料中硫的平均浓度8%(质量分数).前人的工作也证实,在镍铬合金中的硫化物之间形成共晶体以后,其熔点可以由1300℃左右降低为600～900℃,并且具有高温塑性易于变形.所以,可以认为,这种黑色物主要是在摩擦面温度作用下,硫化物共晶体变软或熔化,在摩擦过程中形成的膜而起润滑作用.尤其是温度升高时,CrxSy还具有转移并附着在偶件表面的能力,并在偶件的摩擦面上形成均匀致密的转移膜,因而摩擦面的润滑作用得以进一步改善.可以看到,材料的摩擦面主要呈现出磨粒磨损特征.3.3yj2cowo3的润滑情况图5,6是B号材料与2种对偶材料对偶时的磨屑XRD分析结果.与淬火W18Cr4V对偶时,磨屑主要为研制材料和对偶的氧化物NiO,Fe2O3,硬质Cr2O3有磨粒磨损的作用.与YJ2对偶时,发现有WO3和CoWO3生成.这是因为钴的氧化温度在300℃左右,WC的氧化温在468℃左右,在高温大气环境中摩擦时,因而会生成CoO和WO3,它们之间进而生成了CoWO3.这些氧化物和复式氧化物在足够的高温下本身就相当于固体润滑剂.XRD分析(因为磨屑量少而放在玻璃纸上检测)当材料处于400℃的环境温度下摩擦时,YJ2表面生成了一层很薄的多种氧化物膜,这层氧化膜既阻止了对偶面之间的直接接触,又能有固体润滑的作用,再加上材料本身的硫化物等固体润滑剂作用,所以此时材料的摩擦因数很低,甚至比材料与淬火W18Cr4V对偶时的效果更好.但是,由于YJ2硬质合金的良好高温红硬性,其表面上的微观凸峰不易被磨合,在600℃时B号材料本身硬度有所下降,摩擦面上硫化物的熔化和变软成膜受到损害.从摩擦面形貌观察照片中可以看出,与YJ2对偶时的摩擦面较与淬火W18Cr4V对偶的摩擦面黑色物少,润滑状况相应要差.因此,材料在600℃时摩擦因数及磨损率较与淬火W18Cr4V对偶时反而变大了.4对材料因数和磨损率的影响a.在高温摩擦过程中,研制材料中的硫化物共晶体是主要的润滑组元;b.与淬火W18Cr4V对偶时,材料的摩擦因数随着温度升高是逐渐降低;与YJ