Ni-20Cr/hBN高温自润滑复合材料的制备工艺和高温氧化行为研究

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针对六方氮化硼(hBN)对Ni-20Cr/hBN复合材料基体烧结的阻碍作用较大,材料烧结困难,影响材料强度和摩擦磨损性能等问题,本文作者提出hBN粉末沉淀法镀镍和复压复烧方法制备Ni-20Cr/hBN复合材料。研究制备工艺对材料组织、力学性能和摩擦磨损性能的影响;探讨新工艺的作用机理;通过高温氧化实验,检测材料高温抗氧化性能;分析材料的氧化热力学与动力学行为。结果表明:(1)以NiCl2和Na2CO3为原料,采用hBN沉淀法镀镍工艺(CO32-与Ni2+之比1.2:1,Ni2+浓度0.05mol/L,陈化时间2h)可以得到粒子包覆型镀镍hBN粉末。hBN表面镀镍可改变材料烧结过程中的烧结驱动力、界面结合状态和金属粉末间的接触机率,促进材料烧结,提高材料的力学性能,并使材料具有较好的综合摩擦磨损性能和宽温带润滑性能。(2)300MPa复压8s、1150复烧℃2h可使Ni-20Cr/hBN复合材料发生二次烧结,对hBN含量不同的Ni-20Cr/hBN复合材料均有一定的促进烧结和改善力学性能的作用。当hBN含量为10%(质量分数,下同)时,复压复烧的效果最明显。复压复烧可提高Ni-20Cr/hBN复合材料的摩擦磨损性能,在相同温度下,复压复烧后的材料具有较低的摩擦系数和磨损率。复压复烧能降低材料在摩擦中剥落和胶合的倾向,提高材料的稳定性。(3)Ni-20Cr/hBN复合材料在600℃下氧化300h后氧化现象不明显,而在700℃和800℃下氧化300h后出现较明显的氧化产物,主要有Cr2O3、NiCr2O4和CrBO3。在700℃下氧化时,前100h符合氧化增重动力学抛物线规律,此后质量基本保持不变,表面氧化膜具有较好的连续性;在800℃氧化时,前100h同样符合氧化增重动力学抛物线规律,但氧化抛物线速率常数比700℃下氧化时高一个数量级。由于B203在高温下熔融并且粘度降低并大量流出,100h之后材料出现明显失重,在800℃下氧化膜因发生不同程度的腐蚀而破损。
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