含硫镍合金的研制及其高温摩擦学特性

采用粉末冶金工艺和中频励磁感应加热高温快速热压成型法，研制出几种含硫和不含硫的镍合金高温自润滑耐磨材料，进而从中筛选出一种在室温和３００℃乃至６００℃都具有较高机械强度和低摩擦、耐磨损的含活性元素Ｓ的多元镍合金．对这种合金在较高速度和较高负荷条件下的摩擦学性能进行了试验研究，并且利用Ｘ射线衍射仪、Ｘ射线光电子能谱仪和Ｘ射线能量色散谱仪等揭示了这种合金的自润滑机理．结果表明：这种含硫镍合金在室温和３００℃下与ＷＣ－Ｎｉ－Ｃｏ－Ｍｏ－ＰｂＯ金属陶瓷对摩时，起润滑作用的主要是ＭｏＳ２和元素Ｃｒ与Ｓ的不定比化合物所形成的复合膜；在５００～６００℃的高温摩擦过程中，起润滑作用的主要是由不定比化合物ＣｒｘＳｙ与偶件转移物ＰｂＷＯ４及ＭｏＯ３和ＮｉＯ组成的复合膜     

Ni-Cr-Mo-Al-Ti-B-MoS2系合金高温摩擦学特性的研究

用粉末冶金法制备了Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ－Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ－ＭｏＳ２系宽温度范围自润滑合金材料,测试了合金机械性能及其在室温至６００ ℃范围内的摩擦磨损性能,同时还探讨了其耐磨机理．研究结果表明,ＭｏＳ２ 质量分数为１０％ 的合金具有较好的机械和摩擦磨损综合性能．该合金主要由Ｎｉ基固溶体、Ｎｉ３Ａｌ、Ｎｉ３（Ａｌ,Ｔｉ）、不定比化合物ＣｒｘＳｙ、ＭｏＳ２ 和Ｍｏ２Ｓ３ 等相组成,在室温至３００ ℃范围内摩擦表面形成含硫化合物复合膜而起润滑作用,高温摩擦时承载表面形成釉质层,次表层形成氧化层,其硬度比合金基体高,这是合金具有良好高温耐磨性的基础．高温下摩擦表面及磨屑中的氧化物及残余硫化物的协同作用使摩擦系数进一步降低．     

一种镍－铬－硫合金的研制及其摩擦学特性

为了解决特殊工况下运转的机器设备在较宽温度范围内的润滑问题，已有多种镍基、铁基高温自润滑材料问世。但因这些材料的综合性能不够好，尚难满足有关场合下的实用要求。因此，在以往研制Ｎｉ－Ｃｒ合金的基础上，通过对多种含硫量不同的Ｎｉ－Ｃｒ－Ｓ合金中硫含量与材料摩擦学性能及机械性能之关系的考察，研制成功了一种综合性能比较好的Ｎｉ－Ｃｒ－Ｓ三元合金，其含硫量为５％（ｗｔ）。这种合金在常温下的抗压强度为０．８８ＧＰａ，冲击强度为０．３３×１０５Ｎ·ｍ／ｍ２，在５００℃下的摩擦系数为０．３１，磨损率为１５．８×１０（－１４）ｍ３／（Ｎ·ｍ）。组织结构分析发现，合金中硫与铬形成了多种ＣｒｘＳｙ［ｘ／ｙ＝（２／３）－１］型的化合物。这些化合物既能在合金摩擦面富集成膜，又能在偶件摩擦面形成转移膜，因而这种Ｎｉ－Ｃｒ－Ｓ合金具有自润滑性能，此外，合金中的ＣｒｘＳｙ化合物还对偶件材料高速钢表面的元素铁具有催化氧化作用，这也是其具有自润滑性能的重要原因。     

Ni—Cr—Ml—Al—Ti—B—MoS2系合金高温摩擦学特性的研究

用粉末冶金法制备了Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ－Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ－ＭｏＳ２系宽温度范围自澜残杀则试了合金机械性能及其在室温６００℃范围内的摩擦磨损性能,同时还了其耐磨机理。研究结果表明,ＭｏＳ２质量分数为１０％的合金具有较好的机械和摩擦磨损综合性能。该合金主要由Ｎｉ基固溶体、Ｎｉ３Ａｌ、Ｎｉ３（Ａｌ,Ｔｉ）、不定比化合物ＣｒｘＳｙ、ＭｏＳ２和Ｍｏ２Ｓ３等相组成,在室温至３００℃范围内摩擦表面形成含硫化合物复合膜     

碳化钨－镍－钴－钼－氧化铅系高温自润滑金属陶瓷材料的综合性能研究

为了扩大ＷＣ－Ｎｉ－Ｍｏ－ＰｂＯ四组元复合材料在工程实际中的应用范围，利用中频感应热压法制备了Ｗｃ－Ｎｉ－Ｃｏ－Ｍｏ－ＰｂＯ系高温自润滑金属陶瓷材料，并对其物理机械性能和摩擦学性能进行了试验研究，结果表明，含镍和钴这两组元之重量比为２的Ｗｃ－Ｎｉ－Ｃｏ－Ｍｏ＿ＰｂＯ材料的综合性能最好，即使在６００℃的高温下也具有较高的机械强度和相当好的摩擦学性能，且其在高速、重载下的摩擦磨损性能也比较好，Ｘ射线衍射分析发现，这种材料在６００℃时的摩擦表面形成了均匀分布的ＰｂＷＯ４膜，这是其在高温下具有良好自润滑性的根本原因，在烧结温度下，ＷＣ可溶解于钴相形成面心立方结构的Ｃｏ３Ｗ３Ｃ、Ｃｏ２Ｗ４Ｃ和Ｃｏ３Ｗ６Ｃ化合物，这能增强材料中金属相与陶瓷相的结合力。在自然降温冷却过程中，从钴相中析出Ｃｏ３Ｗ和元素碳，后者可与钼形成ＭｏＣ，进而形成Ｗｃ－ＭｏＣ固溶体，这既能细化ＷＣ晶粒，又能强化晶界，而且钴与镍形成的连续固溶体可以使金属相得以强化。这些都是提高材料的高温机械性能和摩擦学性能的直接原因。     

稀土铈对镍－铜－磷／二硫化钼电刷镀层摩擦学特性的影响

ＭｏＳ２是性能优良的常用固体润滑剂，但其在大气特别是在潮湿大气中容易受到氧化而使性能变差．通过对添加和未添加稀土元素Ｃｅ的Ｎｉ－Ｃｕ－Ｐ／ＭｏＳ２电刷镀层的对比试验研究，就这种元素改善镀层的摩擦学性能及其提高ＭｏＳ２抗潮湿大气腐蚀的作用进行了考察，并且用扫描电子显微镜、Ｘ射线光电子能谱仪和俄歇电子能谱仪等，对镀层的显微组织和ＭｏＳ２的元素价态等进行了分析．结果表明，未添加稀土元素Ｃｅ的镀层中的ＭｏＳ２容易氧化，Ｍｏ４＋和Ｓ２－分别被氧化成Ｍｏ６＋和Ｓ６＋，而添加稀土的镀层中的ＭｏＳ２仍以其原有的形式存在，而且镀层的显微组织明显比无稀土镀层的细而致密，同时稀土Ｃｅ４＋在电刷镀过程中通过还原反应产生电沉积，这有助于它在ＭｏＳ２表面优先沉积而起改性作用．因此，含稀土Ｃｅ４＋的Ｎｉ－Ｃｕ－Ｐ／ＭｏＳ２镀层的摩擦学性能比无稀土镀层的好，前者的耐磨寿命比后者的约高５倍     

稀土氧化物或合金化元素对Ni－Cr－5S合金物理机械性能和摩擦学性能的影响

虽然含硫量为５％（ｗｔ）的Ｎｉ－Ｃｒ－５Ｓ合金的自润滑性能比较好，但由于这种合金中存在着多种ＣｒｘＳｙ型化合物夹杂，故其机械强度受到影响而难以满足实际工况对材料之机械性能和摩擦学性能都比较好的双重要求。为了探求进一步提高Ｎｉ－Ｃｒ－５Ｓ合金综合性能的有效方法，考察了稀土氧化物ＣｅＯ＿２和Ｌａ＿２Ｏ＿３，以及合金化元素铁、钼、铌、钴等对这种合金之物理机械性能和摩擦学性能的影响．结果表明，添加适量的稀土氧化物或合金化元素能够改变Ｎｉ－Ｃｒ－５Ｓ合金的组织结构与组成而使其综合性能得以改善。在此基础上，又研制出一种实用性比较强的九组元ＰＢ合金，其在大气中从室温至６００℃的温度范围内都具有比较高的机械强度和良好的摩擦磨损性能，是一种可以在高温、高速和高负荷条件下使用的自润滑材料。     

WC－Ni－Mo－PbO高温自润滑金属陶瓷材料的研制及其综合性能考察

针对某热动力机械之动密封摩擦偶件用材的需要，以ＷＣ－Ｎｉ－ＰｂＯ材料为基料，通过陶瓷相ＷＣ的微细化和金属Ｍｏ的加入，利用中频感应加热的热压法研制出一种在高温下具有机械强度高、摩擦系数低和耐磨性能好等优点的ＷＣ－Ｎｉ－Ｍｏ－ＰｂＯ高温自润滑金属陶瓷材料，并且通过Ｘ射线衍射仪、电子探针微区分析仪和多功能电子能谱仪等近代分析手段揭示了这种材料的高温自润滑机理，研究结果表明，摩擦表面ＰｂＷＯ＿４润滑膜的形成是ＷＣ－Ｎｉ－Ｍｏ－ＰｂＯ金属陶瓷材料在高温下具有良好自润滑性能的主要原因。利用这种材料制作成某热动力机械的动密封摩擦偶件已在压力１１．３ＭＰａ、速度３．５ｍ／ｓ、温度１０００－１１００℃的实际工况下成功地运行了４５０秒，并且顺利地连续使用了３次，其各项技术指标均能很好地满足实用要求。     

SiC—Ni—Co—Mo—PbO系高温自润滑金属基陶瓷材料摩擦学性能的试验研究

采用粉末冶金工艺中和中频励套感应力高温快速热压法制备了ＳｉＣ－Ｎｉ－Ｃｏ－Ｍｏ－ＰｂＯ系高温自润滑金属基陶瓷材料，并且对这种材料的机械性能和摩擦磨损性能进行了试验研究。同时还就其高温自润滑机理作了分析与探讨。     

往复摩擦下热压镍－二硫化钼复合材料的自润滑性能及其耐磨机理研究

对于含ＭｏＳ２的复合材料在单向滑动摩擦条件下的实用性能，人们已经进行了比较多的研究，然而好多摩擦部件在工程实际中经受的却都是往复摩擦。为了探明热压Ｎｉ－ＭｏＳ２复合材料的自润滑性能及其耐磨机理，在往复摩擦条件下研究了这种材料盘表面和偶件ＧＣｒ１５钢球表面之ＭｏＳ２膜的形成过程与形貌特征，并且利用扫描电子显微镜等观察分析了ＭＯＳ２膜的磨损表面形貌及其微区成分。结果表明，在给定的往复摩擦条件下，对偶双方表面都形成了具有层状结构的ＭｏＳ２润滑膜，这种膜是通过疲劳剥落、转移、粘附与叠压等方式所形成；ＭｏＳ２含量对Ｎｉ－ＭｏＳ２复合材料自润滑性能的影响，主要取决于它是否能够在对偶双方表面形成分布均匀而稳定的润滑膜，含６０％（ｗｔ）ＭｏＳ２的复合材料的自润滑性能最好；Ｎｉ－ＭｏＳ２复合材料的自润滑性是通过其表面ＭｏＳ２膜的连续生成与疲劳剥落，并在偶件表面形成转移膜，使复合材料与金属间的摩擦变成复合材料表面ＭｏＳ２膜与偶件表面ＭｏＳ２膜之间的摩擦所实现。由此可见，Ｎｉ－ＭＯＳ２复合材料是适合在往复摩擦运动场合应用的一种性能良好的自润滑复合材料。     

采用两种喷涂技术制备铁基合金涂层的摩擦磨损特性研究

利用超音速火焰喷涂(HVOF)技术和等离子喷涂(ASP)技术,分别在0Cr13Ni5Mo不锈钢基体上制备了铁基非晶合金涂层和铁基非晶纳米晶涂层,研究了2种涂层在室温下的摩擦磨损特性,并探讨其磨损机理.结果表明,2种热喷涂涂层中以等离子喷涂工艺制备的铁基非晶纳米晶涂层的耐磨性较好,其主要原因是等离子喷涂涂层具有高硬度的同时在涂层中弥散分布着纳米晶颗粒,两者共同增强了涂层的耐磨性能.采用等离子喷涂技术制备的涂层的磨损机制主要为磨粒磨损,而超音速火焰喷涂技术制备的涂层的磨损机理为粘着磨损和疲劳磨损的综合作用,其中以疲劳磨损为主.     

二硫化钼表面氧化行为的研究（Ⅱ）─—二硫化钼摩擦表面氧化与电子转移的研究

利用电子自旋共振谱和Ｘ射线光电子能谱研究了二硫化钼ＭｏＳ＿２摩擦表面的氧化和电子转移，发现ＭｏＳ＿２在摩擦过程中是以Ｍｏ￣（４＋）经由Ｍｏ￣（５＋）过渡态继而与氧作用生成稳定的Ｍｏ￣（６＋），并且是以ＭｏＯ＿３的形式存在，证明ＭｏＳ＿２的摩擦表面除有一般认为的Ｍｏ￣（４＋）和Ｍｏ￣（６＋）这两种化学状态以外，还有Ｍｏ￣（５＋）自由基离子这种从未发现的的中间态。Ｍｏ￣（５＋）是４ｄ￣１电子构型，其在室温下于空气或氧气中是稳定的，然而在摩擦环境或添加剂的作用下，Ｍｏ￣（５＋）所含不成对电子很容易发生转移而生成Ｍｏ￣（６＋），这种研究结果更加深入地揭示了ＭｏＳ＿２摩擦表面氧化过程的复杂性，因此，应当从摩擦化学角度重新认识ＭｏＳ＿２摩擦氧化产物及其形成机制，这于研究摩擦环境和添加剂对润滑剂的抗氧化协同效应具有重要意义。     

碳化物抗氧化稳定性及其与基体的协同作用对Cr—Ni合金铸铁高温耐磨性的影响

通过改变Cr-Ni合金铸铁中共晶碳化物的抗氧化稳定性,在可控气氛高温磨料磨损试验机上研究了碳化物及其与基体的氧化协同性对合金耐高温磨料磨损能力的影响。结果表明：碳化物的抗氧化稳定性以及碳化物与基体的氧化大无畏同性对合金在大气气氛中的高温耐磨性起着重要的作用。在Cr-Ni合金铸铁中,碳化物在高温氧化气氛中将优先于合金基体发生氧化腐蚀,使合金的耐磨性得到极大损害,因此,使碳化物与合金基体在高温下保持协同的高温稳定性对合金的高温耐磨性非常有利。     

有机钼添加剂对不同基底材料的摩擦学性能研究

在不同温度、载荷和速度条件下,考察非硫磷油溶性有机钼(SPFMo)添加剂对发动机低黏度润滑油(0W-20)在轴承钢、铝合金以及钛合金等五种不同材料表面摩擦学性能的影响.采用三维共聚焦激光显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对不同基底材料磨痕的形貌、磨损体积和元素成分进行测量和分析.结果表明：在五种材料表面,SPFMo均可明显提高0W-20的减摩抗磨性能.温度越高,SPFMo的作用效果越明显,除钛合金外四种材料的摩擦系数最高可降低18%～23%;五种材料的摩擦系数和磨损率均随着载荷的升高而升高;随着摩擦速度的升高,五种材料的摩擦系数呈现出不同的变化规律,但磨损率均随摩擦速度的升高而升高.研究结果可为新型发动机的润滑油选用和设计提供有力的技术支撑和理论参考.     

氧化铝/钼自润滑结构陶瓷表面三维复合润滑层的制备与摩擦学性能研究

应用先进的激光表面加工技术,在Al_2O_3/Mo层状自润滑结构陶瓷表面制备了微坑型织构.将织构图案作为固体润滑剂的贮存槽,通过在其中引入固体润滑剂形成三维复合润滑层.考察了复配润滑剂对织构化氧化铝/钼复合陶瓷在室温至800℃连续加热过程中的协同润滑作用,并通过磨损表面分析探讨了其在宽温域下的润滑机理.结果表明:通过集成固体润滑剂优异的减摩抗磨性能和微织构特殊的结构特征,可使氧化铝/钼复合陶瓷在室温、中温区域的摩擦学性能得到显著改善,实现了材料在较宽温度范围内的连续润滑.复合Graphite/BaSO_4/CaF_2-BaF_2的表面在室温至800℃温度范围内的摩擦系数均保持在0.45以下.     

油溶性有机钼添加剂作用下微弧氧化改性TC4钛合金的摩擦学性能

借助微弧氧化技术在TC4钛合金表面构筑了高硬度氧化物薄膜,利用X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM)及拉曼光谱等手段对膜层结构进行了分析,考察了二烷基二硫代氨基甲酸钼(MoDTC)作为聚α烯烃PAO6润滑添加剂对微弧氧化薄膜的摩擦学性能的影响. 结果表明:经过微弧氧化处理后得到的钛合金试样展现了优异的减摩抗磨性能,与未处理的TC4样品相比,在含质量分数为2% MoDTC的PAO6油润滑下,摩擦系数降低了87.4%,磨损率下降了3个数量级. 这主要是因为经微弧氧化处理后,TC4钛合金表面形成的TiO₂薄膜具有较高硬度与耐磨性,同时促进了MoDTC添加剂在边界润滑条件下的摩擦化学反应,在接触区表面生成含有MoS₂的润滑层.      

Ni—W（D）合金电刷镀层的滑动磨损特性研究

研究了 Ni- W( D)合金刷镀层在不同载荷下的滑动磨损特性 ,用扫描电子显微镜观察试样磨损表面形貌 ,用铁谱仪和流体光谱仪分别分析磨屑的尺寸和成分 .结果表明 :在载荷 1 0 0～ 2 0 0 N下 ,Ni- W( D)合金镀层磨损表面主要呈现轻微擦伤迹象 ,刷镀层表现出优良的抗磨能力 ;在 30 0 N载荷下 ,由于镀层剥落而造成磨粒磨损 ,磨损率剧增     

离心铸造二元钛合金的摩擦磨损性能研究

采用钨电极熔化、离心浇注工艺制备Ti-Mo、Ti-Nb和Ti-Cr二元钛合金,利用CJS111A型球-盘式摩擦磨损试验机评价其干摩擦磨损性能,研究合金元素对钛合金耐磨性的影响,采用扫描电子显微镜观察合金磨损表面形貌,利用机械性能显微探针测量磨痕轮廓,分析了几种合金的磨损机理.结果表明:当合金中Mo、Nb及Cr元素的质量分数为5%时,几种二元合金的稳态摩擦系数相差不大;当Mo、Nb及Cr元素的质量分数为10%时,Ti-10Mo合金与Ti-10Nb合金的稳态摩擦系数相差不大,Ti-10Cr合金的稳态摩擦系数较大;几种合金中,硬度较低的Ti-5Nb合金试样的磨痕深度最小,硬度最高的Ti-5Cr合金试样的磨痕深度最大;Ti-Mo合金和Ti-Nb合金的磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损共同作用,而Ti-Cr合金则以磨粒磨损为主.