铁基高温自润滑材料的制备及其摩擦学特性研究

【摘要】采用粉末冶金技术,以石墨和自生氧化物为润滑相,并添加了钼、镍、铜等合金化元素,在氢气保护气氛下制备了在室温～450℃下可连续使用的铁基高温自润滑材料。通过金相显微镜和XRD衍射仪观察和分析其微观组织结构,使用高温摩擦磨损试验机测试了材料在不同工况条件下的摩擦磨损性能,并测试了材料的密度、硬度和抗压强度,最后通过SEM扫描电镜、EDS能谱仪以及XRD衍射仪等仪器分析了摩擦磨损机理。研究结果表明：不同成分的铁基自润滑材料在摩擦过程中表现出了相似的磨损机制,材料表面由金属碳化物和少量金属固溶体形成的强化相决定了其在组织上的耐磨性,材料中的石墨以及在摩擦过程中生成的金属氧化物,是材料具有良好高温减摩性能的主要原因。在Fe-MO-石墨自润滑材料中添加Ni、Cu等元素,可有效提高材料的合金化程度,进而提高材料的力学性能。这主要是因为金属固溶体和大量金属碳化物强化相的生成,从而增强了基体强度。Ni、Cu的加入能够明显改善Fe基复合材料的摩擦磨损性能,在高温条件下摩擦系数随Ni、Cu加入后降低的趋势更加明显,当铜含量为15wt%,Fe-Mo-Ni-Cu-石墨材料在500℃时,干摩擦条件下的平均摩擦系数低至0.28,磨损率量级为10-8cm3/N·m,属于轻微磨损,表现出了较好的高温减摩耐磨性能。在铁基材料中添加不同含量的石墨,当石墨添加量为1wt%时,材料组织主要由铁素体组成,此时的摩擦系数受摩擦速度的影响较小,在摩擦速度在0.2m/s～0.8m/s之间时,变化幅度不大,平均摩擦系数为0.45,但磨损率较大,且随速度的提高而增大。石墨添加量高于1wt%时,材料组织主要由珠光体组成,摩擦系数随速度提高而增大,但磨损率随之减小。材料中的珠光体、金属碳化物的生成,以及摩擦过程中生成的Fe203.Fe304是Fe-Mo-石墨材料在高速下具有优良耐磨减摩特性的主要原因。
【作者】郭俊德；
【导师】何世权；孟军虎；
【作者基本信息】兰州理工大学，安全工程，2014，硕士
【关键词】铁基自润滑材料；粉末冶金；高温；摩擦学性能；

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