【摘 要】
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海洋资源的开发利用需要先进的海洋工程设备作为支撑,复杂的海洋环境下摩擦磨损是影响设备关键零部件可靠性和使用寿命的重要因素,开发在海水环境下具有优异耐磨性的新材料迫在眉睫。本文采用粉末冶金方式制备CoCrFeW合金,研究其在海水环境下的摩擦磨损行为,在此试验基础上对合金成分配比进行优化,制备CoCrFeWMo合金,系统性研究速度、载荷和海水盐度对合金摩擦学性能的影响。采用粉末冶金的方式制备四种不同W
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海洋资源的开发利用需要先进的海洋工程设备作为支撑,复杂的海洋环境下摩擦磨损是影响设备关键零部件可靠性和使用寿命的重要因素,开发在海水环境下具有优异耐磨性的新材料迫在眉睫。本文采用粉末冶金方式制备CoCrFeW合金,研究其在海水环境下的摩擦磨损行为,在此试验基础上对合金成分配比进行优化,制备CoCrFeWMo合金,系统性研究速度、载荷和海水盐度对合金摩擦学性能的影响。采用粉末冶金的方式制备四种不同W含量(0 wt.%、4 wt.%、8 wt.%和12 wt.%)的CoCrFeW合金,分析微观结构,研究其在海水和蒸馏水环境下的摩擦学性能。烧结过程中W起到固溶强化和细晶强化作用,Cr吸收氧原子杂质,净化晶界并提高合金耐蚀性。海水和蒸馏水环境下合金摩擦系数和磨损率均随速度和载荷的增加而降低。海水环境下合金表现出更佳的耐磨性,海水作用下产生的腐蚀产物和海水组分自反应产物起到润滑作用,一定程度提升合金摩擦学性能。适量W的添加显著提升了合金的承载能力,使合金耐磨性增强,添加8 wt.%W的试样CW8表现出最佳耐磨性,磨损机制主要为磨粒磨损。进一步对CoCrFeW合金成分配比进行优化,添加7.5 wt.%Mo制备CoCrFeWMo合金,研究其在海水环境下的摩擦学性能。试样摩擦系数随载荷增加呈现出先降低又升高,而后又降低的趋势,磨损率随载荷增加而降低。随速度增加试样摩擦系数和磨损率均呈降低趋势。相较于CoCrFeW合金,CoCrFeWMo合金磨损率降低约1/5,最低达0.8×10-6 mm~3/N·m,表现出更优异的耐磨性。磨损机制主要为磨粒磨损。Mo的添加显著提升了合金在海水环境下的抗磨损性能。针对工程设备需在不同盐度海水环境下工作的问题,配制盐度分别为2%、3.5%和5%的三种人工海水,研究CoCrW合金在不同盐度海水环境下的耐磨性。2%盐度海水中,试样摩擦系数随载荷增加呈现出先降低后上升,而后又降低的变化趋势,随着海水盐度逐渐增加,摩擦系数趋于单调降低。三种盐度海水中试样摩擦系数均随速度增加而降低,且相同试验条件下,摩擦系数随海水盐度增加而降低。不同盐度海水中,试样磨损率随载荷和速度增加均呈降低趋势,而相同试验条件下,试样磨损率随海水盐度增加先降低后升高。合金试样在3.5%盐度海水中表现出最佳耐磨性,磨损机制主要为磨粒磨损。
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