WC-HEA金属陶瓷的制备及摩擦学性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nmhnhjcf
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
金属陶瓷由于其出色的耐磨性能,已经在许多工程领域得到了广泛应用。WC-Co是这类合金典型的代表,由于Co粘结剂的耐高温性差及健康等问题,限制了WC-Co的进一步应用。高熵合金(HEAs)具有的特殊物化性能,因此通过HEA取代Co作为新的粘结剂是一种新的研究思路。本文在将Al Co Cr Fe Ni HEA作为金属陶瓷粘结剂的角度出发,展开不同占比及相关机械性能研究。首先,使用高能球磨机制备了不同球磨时长的WC-Co和WC-HEA合金粉末,通过物相变化及微观形貌对比推断其结合性能;为进一步研究这种金属陶瓷的最佳物相占比以及机械性能,通过对不同占比的WC-HEA进行热压烧结制备,然后结合微观结构及物相变化研究其宽温域摩擦机理,为制备高性能WC-HEA材料提供数据与理论支撑。具体研究结果如下:球磨制备10h,20h,40h,100h时长下的WC-Co和WC-HEA的合金粉末,WC与粘结剂等质量比混合。XRD测试发现球磨后WC-Co中出现明显的晶粒细化。球磨后WCHEA中HEA有FCC相的生成且衍射峰逐渐增强,100h后HEA的特征衍射峰消失,同时WC随着球磨时间的增加明显细化。SEM测试发现WC-HEA和WC-Co表现出两种截然不同的团聚方式,WC-HEA是镶嵌式团聚,WC颗粒镶嵌入合金粉末中,排布紧密。而WC-Co是粘附团聚,WC依附在粉末表面。低占比WC的WC-HEA(WC=0,10,30,50 wt%)合金中,通过XRD、SEM测试发现随着WC的增加,促进了η-碳化合物的形成,阻碍了BCC相向FCC+σ相的转变,导致FCC含量的减少和BCC相的增多。其中BCC相又会进一步调幅分解生成A2+B2相结构;维氏硬度测试发现在η-碳化物,BCC相和WC相的耦合强化作用下致使WC-HEA硬度大幅度提升;经宽温域摩擦学性能研究发现,低温下磨损率的降低归功于高硬度对塑性变形和分层的强大抵抗力,随着WC含量的增加磨损率降低。高温下,表层保留了大量的氧化物和部分氧化的金属颗粒,通过滑动作用被压实凝聚成了保护层,避免了对偶件和基材的直接接触减低了磨损率。高占比WC的WC-HEA(WC=70,80,90 wt%)合金中,通过SEM、XRD测试发现随着WC含量的变化表现出不同的微观结构及物相变化。WC3H和WC1H的HEA的主要相是FCC相,而WC2H的HEA主要相为BCC相。维氏硬度测试发现合金的硬度随WC含量的增加而增加;经宽温域摩擦学性能研究发现WC1H的摩擦系数较低,WC2H表现出较好的耐磨性能。室温下随着WC含量的增多有润滑层的出现,测试温度升高表层出现剥落,高温下形成了大面积的黑色氧化物釉质层。
其他文献
作为金属-有机骨架材料(MOF)的重要分支,铁基沸石咪唑骨架材料(Fe-ZIF)成为一类用于制备Fe-N-C的理想前驱体或自牺牲模板。然而,大量的Fe-Nx螯合中心在高温碳化时特别容易团聚,形成没有催化活性或催化活性较低的铁纳米颗粒,而不是直接转换为单原子分散的Fe-Nx活性位。因此,在防止团聚生成的前提下进行高载量Fe-Nx活性位的单原子可控构筑,是有效提高催化剂催化活性的关键。此外,目前已报道
学位
期刊
316L奥氏体不锈钢是一种卓越的金属材料,具有较高的抗拉强度、屈服强度、硬度和良好的耐蚀、耐高温等综合性能,在航空航天工业、海洋石油化工、生物医学装备等工程领域具有不可替代的作用。温压成形技术是在一定温度下利用模具将混有特殊润滑剂的金属粉末密实为具有一定尺寸、形状、密度的生坯,然后在需要的温度和气体气氛条件下,对生坯进行加热烧结,使粉末颗粒之间发生冶金粘结,增强其强度和密度。而且温压成形技术在粉末
学位
镁合金作为一种金属结构材料,因其具有较高的比强度、良好的铸造和切削性能以及可回收性等优点而受到广泛关注。但由于镁的化学性质活泼,高温下极易氧化和燃烧,因此也在一定程度上制约了镁合金的发展。而镁合金的半固态成形技术能有效减少和避免镁在生产成形过程中的损耗,并且通过半固态成形后的镁合金零件再经过热处理能有效提升其性能。因此,Mg-Zn-Cu系镁合金因其热处理强化效应明显、半固态成形性好以及开发成本较低
学位
Kevlar纤维具有强度高、耐腐蚀、密度小、模量高和化学稳定性好等优良特性,被广泛应用于航空、航天、军工、建筑和交通等领域。在Kevlar纤维表面镀覆导电金属,增加Kevlar纤维导电性对于拓宽其应用领域具有重要意义。但是化学镀层在Kevlar基体上的附着力弱、镀层易于破坏和剥落仍是一个严重的问题。本研究针对Kevlar纤维化学镀层易于剥落这一问题,提出了PVA覆膜处理的方式来提升了镀层的完整性和
学位
生物可降解医用合金中,锌及锌合金由于具有良好的生物相容性,相比较镁基合金和铁基合金,锌合金具有适中的降解速率,成为心血管支架、骨板和骨钉等产品的理想材料。然而,未经组织细化或变形处理的铸态锌合金其抗拉强度和延伸率不能满足植入人体中生物可降解材料的性能要求,限制了生物可降解Zn合金在临床医学中的应用。因此,为了提高和改善锌合金的力学性能,并满足植入人体后的腐蚀速率要求,本论文以临床医学中具有应用前景
学位
调控溶质元素晶界偏析行为是改善镍基高温合金性能的重要途径,然而镍基高温合金溶质元素间复杂的相互作用对晶界偏析行为和性能的影响目前尚未得以澄清。本文采用第一性原理计算首先系统研究14种溶质元素 X(X=Re、Cr、Co、Fe、Cu、Zr、Hf、W、Ta、Mo、Ru、Ti、Al和Mn)在Ni∑5[001](210)晶界中的单偏析行为及其对晶界性能的影响;在此基础上,进一步研究晶界中Zr与同类、异类代表
学位
Fe-Al基合金因其卓越的抗氧化、抗冲击以及优异的抗腐蚀等性能在石油化工、电站锅炉、冶金等领域应用越来越广泛。但是,室温脆性制约着该类合金作为结构材料在低温环境下的广泛应用。因此如何降低Fe-Al基合金的室温脆性成为该领域内的研究热点之一。造成该类合金室温塑性较差的主要原因是环境氢脆性以及长程有序超点阵空间结构所造成的反相畴界和本征易解理断裂的特点。为此,科学家们采取了若干改进措施,比如通过热处理
学位
随着生活水平的不断提高,人们对照明的品质要求越来越高,全光谱照明已成为世界范围内“高质量、健康绿色照明”的新趋势,而实现全光谱照明关键是填补位于460-520 nm区间的青光的缺失。1-1-1-3型硼酸盐材料由于合成温度低,对紫外具有较强的吸收而受到广泛关注,但是这种类型的荧光粉存在发射峰半高宽偏小,发射强度偏低的缺点,不利于实现全光谱照明。因此,本论文选用NaSrBO3:Ce3+和NaMgBO3
学位
多主元中高熵合金设计理念打破了传统合金单主元的设计架构,具有高硬度、高强度、高耐腐烛性与高温抗氧化性等优异性能,其功能结构性能一体化研究是当今研究热点。本文研究了Cu、Ag、Ce元素单一添加和多种添加对铁基中熵合金的微观组织与功能性能的影响,优化出兼具优异耐蚀和抗菌性能合金成分,探讨了合金在不同介质中的耐腐蚀行为以及大肠杆菌中的抗菌性能。首先,根据Boltzmann统计热力学理论,计算出添加不同比
学位