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随着航空航天技术的飞速发展,高温高速运动的摩擦磨损及润滑问题已受到越来越广泛的关注。金属基复合材料以其优良的耐高温、耐磨损、导电导热性好、不吸湿、不放气、尺寸稳定、不老化等特点,在航空航天、汽车制造等诸多领域具有重要地位。铝基复合材料具有比强度、比模量高的优点,在保证强度指标的同时可以减轻零部件重量,这在航空航天及汽车制造领域是很有吸引力的。
本文通过机械合金化和退火处理制备TiAl金属间化合物超细粉体,采用真空热压炉烧结工艺和固体润滑剂制备出TiAl基耐磨复合材料(简称为TAS材料),探讨复合材料的弯曲强度、断裂韧性、摩擦磨损性能,为TiAl基复合材料的开发和利用提供理论依据。本文对TiAl基耐磨复合材料的制备工艺、微观结构、力学性能进行了系统研究。
通过机械合金化及退火工艺制备了TiAl金属间化合物粉体。Ti、Al、Cr、Nb粉体在机械合金化过程中形成无序化合物。研究了不同机械球磨时间对TiAl金属间化合物组织性能的影响,粉体的粒度随球磨时间的增加而减少,球磨至30h,出现粒度均匀而圆度较高的纳米级颗粒。研究了不同退火温度对TiAl金属间化合物组织性能的影响。球磨30h试样1250℃退火后TiAl金属间化合物含量可望达到和超过95%。
论文以TiAl合金为基体,研究了不同固体润滑剂对耐磨复合材料性能的影响,从而选定固体润滑剂。添加CaF2+BaF2的TAS材料的洛氏硬度最好,最高值可达75.6,最差为添加了石墨的TAS材料。从形貌来说,添加了CaF2+BaF2的TAS材料颗粒排列更紧密一些。以氟化物作为固体润滑剂是比较稳定的,TAS材料基体元素未与其发生反应。
研究了固体润滑剂添加量对TAS材料性能的影响。随着固体润滑剂添加量的增多,TAS材料的硬度值逐渐减小。由于CaF2+BaF2的软化作用,使TAS材料的摩擦系数随着混合物添加量的增加而逐渐减小,并在添加量为15%时出现最低值0.386;又随着CaF2和BaF2含量的增加,材料的粘着磨损减少,但超过一定量时,材料的磨损率增大。在添加量为15%时又出现磨损率的最低值1.0135×10-4g/min。
综合固体润滑剂与基体的体积分数因素、固体润滑剂与基体的力学性能因素以及各工作条件因素,建立了符合TiAl基复合材料的磨损机理模型。