添加纳米固体润滑剂的自润滑陶瓷材料高温摩擦磨损性能研究

采用真空热压烧结工艺制备了一种添加纳米固体润滑剂CaF2的自润滑陶瓷材料,研究其在室温25℃到600℃环境下与40Cr钢销干摩擦时的摩擦磨损性能.结果表明:自润滑陶瓷材料的摩擦系数与磨损率随环境温度的升高而逐渐降低,600℃时摩擦系数降低到0.21,磨损率降低到2.4×10-6 mm3/N·m.常温下自润滑陶瓷材料的磨损机理是磨粒磨损,高温环境同时存在磨粒磨损和粘着磨损.高温环境下摩擦表面纳米CaF2含量的增加和固体润滑膜的形成是摩擦磨损性能改善的主要原因.     

层数对梯度自润滑陶瓷刀具材料Al2O3/TiC/CaF2残余应力的影响

针对陶瓷减摩性能与耐磨性能不能在自润滑刀具中合理兼顾的难题,本研究将梯度功能材料设计思想引入Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷刀具材料的设计和制造中,并建立了该梯度自润滑陶瓷刀具材料的物理模型、组成分布模型和物性参数模型.采用有限元方法计算分析了层数对对称型梯度自润滑陶瓷刀具残余应力的影响,确定了最佳层数为7层.以本设计模型和有限元分析结果为基础,制备了分布指数为1.8的7层梯度自润滑陶瓷刀具材料Al2O3/TiC/CaF2.试验结果表明:所制备的梯度自润滑陶瓷刀具材料具有良好的力学性能.     

热压工艺对Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷模具材料力学性能与微观结构的影响

采用真空热压烧结工艺制备了Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷模具材料,并研究了该模具材料的力学性能与微观结构.结果表明,当烧结温度为1450℃,保温时间为10 min时,模具材料的硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为14.57 GPa、8.6 MPa·m1/2和1144 MPa;当烧结温度为1450℃,保温时间为30 min时,模具材料的硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为16.29 GPa、7.53 MPa·m1/2和1035 MPa.在这两种烧结工艺下制备的模具材料均具有良好的综合力学性能,烧结工艺得到优化,可以满足不同硬度材料的成型需求.在对模具材料的微观结构分析时发现,模具材料的断裂方式是以沿晶断裂为主的穿晶与沿晶断裂的混合断裂模式.     

热物性参数对Al2O3/(W,Ti)C/CaF2梯度自润滑陶瓷刀具材料残余应力的影响

基于功能梯度材料的设计思想,设计并制造了Al2O3/(W,Ti) C/CaF2梯度自润滑陶瓷刀具材料.利用有限元法计算分析了梯度自润滑陶瓷刀具材料层间热膨胀系数差值、分布指数和弹性模量对其残余应力的影响,并给出了径向应力和Von Mises等效应力的分布图,为梯度自润滑陶瓷刀具的研制开发提供了理论基础.以此为基础,采用真空热压工艺制备了Al2O3/(W,Ti) C/CaF2梯度自润滑陶瓷刀具材料.结果表明:据此制备的梯度自润滑陶瓷刀具材料具有良好的力学性能.     

TiB2/WC/h-BN纳微米复合梯度自润滑陶瓷材料的设计与制备

以纳米TiB2和微米TiB2为基体,WC为增强相,h-BN为固体润滑剂,采用热压工艺制备了TiB2/WC/h-BN纳微米复合梯度自润滑陶瓷材料,并测量了其力学性能.结果表明:与均质TiB2/WC/h-BN微米自润滑陶瓷材料相比,其抗弯强度、断裂韧性与硬度分别提高了15.8;、6.7;和11.1;.用压痕法测量得到材料内部的残余应力,其应力值呈明显的阶梯变化趋势,且关于中间层对称分布,材料表层存在残余压应力,可有效提高材料力学性能与使用性能.显微结构观察显示,TiB2/WC/h-BN纳微米复合梯度自润滑陶瓷材料晶粒细小、均匀,纳米TiB2颗粒分布均匀,材料断裂模式为典型的穿晶/沿晶混合断裂模式.     

超声波化学镀法制备Ni-B包覆CaF2粉体

采用粒度为1～ 20μm的CaF2,通过超声波法进行化学镀Ni-B,获得合金Ni-B包覆CaF2复合粉体.分析了工艺条件对镀速以及增重率的影响,并采用环境扫描电子显微镜对粉体的微观形貌进行观察,利用能谱仪对镀后的粉末表层成分进行分析.结果表明,包覆后的CaF2复合粉体外观致密,无尖角,不含其他杂质元素.实验对各参数进行优化,优化后的硫酸镍、硼氢化钠、乙二胺与稳定剂的浓度分别为18 g/L、1.3 g/L、60 mL/L与1 mg/L,pH为14,搅拌速率取45 r/min,温度在65～75℃之间.     

纳米SiO2包覆片状微米h-BN复合粉体的制备与表征

利用St(o)ber法,以氨水为催化剂,通过正硅酸乙酯(TEOS)的水解与缩合反应,在片状微米六方氮化硼(h-BN)表面包覆一层纳米球形二氧化硅(SiO2),制备出一种以h-BN为核、SiO2为壳的h-BN@SiO2核壳结构复合粉体.采用XRD、SEM、EDS和TEM分别对包覆前后粉体进行表征,结果显示由球形纳米SO2组成的包覆层完整、致密,且与h-BN基体结合紧密、牢固.研究了TEOS与氨水添加方式对包覆效果的影响,结果表明先将氨水添加至h-BN的乙醇悬浮液中,然后分次缓慢逐滴向其中添加TEOS,每次滴加完成后间隔一段时间再进行下一次滴加得到的包覆效果最佳.