熔融铝基合金渗透SiC复合材料摩擦磨损性能的研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hdmlb2008
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SiC陶瓷具有高硬度、低密度和优异的化学稳定性等特点而被广泛应用,然而,SiC陶瓷本身脆性大、减摩耐磨性差,限制了它在一些领域中的应用。向SiC陶瓷中引入延性金属和软陶瓷是提高其强韧性和减摩耐磨性能的有效方法。本文制备出一种低熔点的Al基合金,采用简便的熔渗法对SiC陶瓷进行增韧;研究了熔渗工艺对Ti3Si(Al)C2生成量的影响、Ti3Si(Al)C2含量对复合材料力学性能的影响以及SiC复合材料与不同材料对磨时的摩擦磨损性能。结果表明,控制熔渗时间可以控制复合材料表面生成Ti3Si(Al)C2的含量,Ti3Si(Al)C2含量的增加可以明显提高SiC复合材料的弯曲强度与断裂韧性。当Ti3Si(Al)C2含量为78.1 vol.%时,复合材料材料的弯曲强度与断裂韧性最高,分别为439.58 MPa和6.41 MPa·m1/2,较原始SiC陶瓷分别提高了144.21%和277.06%。磨损实验结果表明,Ti3Si(Al)C2含量的变化对SiC复合材料的摩擦磨损性能及机理有很大影响。适量Ti3Si(Al)C2可以提高SiC复合材料的摩擦磨损性能。原始SiC与Si3i N4对磨时,SiC主要的磨损机理为磨粒磨损。随着Ti3Si(Al)C2增加,复合材料的主要磨损机理由磨粒磨损转为轻微氧化磨损和塑性变形,最后变成疲劳磨损;原始SiC与GCr15钢球对磨时,SiC主要的磨损机理为磨粒磨损和黏着磨损,随着Ti3Si(Al)C2增加,复合材料的主要磨损机理由磨粒磨损和黏着磨损转为轻微的氧化磨损、塑性变形和黏着磨损,最后变为疲劳磨损。Ti3Si(Al)C2在磨损时主要发生轻微的塑性变形和氧化,在摩擦表面生成一层相对完整致密的摩擦氧化膜,且该氧化膜中含一定量起支撑作用的SiC。Ti3Si(Al)C2量过少时,摩擦氧化膜不能覆盖整个摩擦表面,减摩耐磨性差;Ti3Si(Al)C2量过多时,复合材料的整体硬度下降,耐磨性变差。此外,与GCr15钢球对磨时,磨痕表面有含铁氧化膜生成,可以与Ti3Si(Al)C2摩擦氧化膜协同作用,具有良好的减摩耐磨效果。Ti3Si(Al)C2含量为49.6 vol.%的SiC复合材料不但具有较高弯曲强度(392.63 MPa)和断裂韧性(5.49 MPa?m1/2),还具有良好减摩性能。当其与Si3i N4和GCr15对磨时,在磨损量几乎没有增加的情况下,摩擦系数分别降低了66.18%和67.24%。
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