伪弹TiNi合金滑动摩擦磨损行为及其评价参数研究

来源 :武汉科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:baronsong2009
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TiNi合金是一种性能优异的形状记忆材料,其独特的形状记忆效应和伪弹性,使其在材料科学界备受关注。最近研究结果发现,TiNi合金在不同摩擦形式下均具有良好的耐磨性能,且耐磨性能优于传统耐磨材料,有望成为摩擦磨损部件的理想选材。但截至目前为止,研究人员在TiNi合金耐磨机理及其摩擦磨损性能的评价参数方面还未形成统一认识。因此,系统研究TiNi合金的摩擦磨损行为,讨论其耐磨机制,探讨其耐磨性能的表征评价参数,有助于拓宽其在摩擦工程中的实际应用。  本文首先对比研究了伪弹TiNi合金和304SS的滑动摩擦磨损行为,结果表明TiNi合金的耐磨性能远远优于304SS(两者相差一个数量级)。同时304SS的体积磨损量与载荷基本呈线性关系,符合Achard规律,而TiNi合金体积的磨损量与载荷则没有明显的线性关系,不符合Achard磨损规律。随后借助扫描电镜及X射线衍射仪观察了磨损样品的表面形貌特征和组织结构,讨论了伪弹TiNi合金耐磨机制及其耐磨原因。结果表明:伪弹TiNi合金滑动摩擦磨损主要机制为磨粒磨损、黏着磨损和疲劳磨损,伪弹性是其具有优异耐磨性能的重要原因。再通过压痕实验测量了两种合金的表面力学性能,讨论了利用相关力学性能参数表征其耐磨性能的可能性。结果表明:E/H、η及Wt/δr参数与其耐磨性能之间存在较好对应关系。  为研究相态及时效温度对TiNi合金滑动摩擦磨损行为的影响,本文对比研究了5种不同时效处理TiNi合金的摩擦磨损行为,并同样采用压痕实验确定了5种样品的表面力学性能。结果表明经时效处理的伪弹TiNi合金内部组织结构发生了变化,即部分组织结构由母相转换为马氏体,此时摩擦磨损性能与其伪弹性能和形状记忆效应相关,其耐磨性能与E/H、η及Wt/δr也不再存在对应关系。基于此,本文提出一个新参数Wt/δp来综合表征其弹性性能、形状记忆效应及耐磨性能。结果表明,伪弹性和形状记忆效应均对提高TiNi合金摩擦磨损性能存在影响,TiNi合金耐磨性能与Wt/δp之间存在良好对应关系。同时根据实验结果初步修正Achard公式,TiNi合金的磨损规律能较好的服从公式V=K(E2δsP3/2S)/H5/2。最后采用扫描开尔文探针技术对TiNi合金表面电子功函数进行了测量,研究不同时效温度条件下的TiNi合金的表面力学性能与电子功函数的之间的联系,所得结果可用于初步预测TiNi合金摩擦磨损性能。
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