【摘 要】
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在传统的机械制动传动系统如齿轮、滑动轴承和柴油机用钢活塞等的运行过程中,燃烧后会生成硫的氧化物,与水结合为硫酸蒸气从而产生含硫腐蚀气氛,且局部服役温度高达600℃,此时材料在高温、含硫苛刻工况下的耐磨性成为影响其使用的关键因素。本文选用铁基合金（Fe-25Mn-9Al-8Cr-1C）为研究对象,分别研究了 NiAl含量和Mo含量对其显微组织、力学性能、氧化性能和不同工况（干摩擦、含硫边界润滑、油润
【基金项目】
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陕西省教育厅青年创新团队建设科研计划项目（21JP051）； 陕西高校第五批“青年杰出人才支持计划”； 十四五装备预先研究共用技术项目； 国家自然科学基金青年基金项目（51705391）；
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在传统的机械制动传动系统如齿轮、滑动轴承和柴油机用钢活塞等的运行过程中,燃烧后会生成硫的氧化物,与水结合为硫酸蒸气从而产生含硫腐蚀气氛,且局部服役温度高达600℃,此时材料在高温、含硫苛刻工况下的耐磨性成为影响其使用的关键因素。本文选用铁基合金（Fe-25Mn-9Al-8Cr-1C）为研究对象,分别研究了 NiAl含量和Mo含量对其显微组织、力学性能、氧化性能和不同工况（干摩擦、含硫边界润滑、油润滑）下的摩擦磨损性能的影响,得出综合性能较为优异的复合材料,探索增强相和环境温度（室温、350℃、600℃）对其高温摩擦磨损性能的影响规律。主要研究结论如下:通过机械合金化结合真空热压烧结制备的铁基复合材料主要由奥氏体相、Cr7C3相、α-Al2O3相、NiAl相和Fe2MoC相组成。其抗拉强度和断裂应变均随NiAl含量及Mo元素增加呈现出先增后减的趋势,断裂类型为脆性断裂,断裂方式为解理断裂。当Mo元素含量为0.3wt.%时,合金的抗拉强度达到最大值约826MPa,较基体提高了约54.1%,归因于Mo元素的固溶强化作用显著。氧化性能研究表明:材料的单位面积氧化增重及平均氧化层厚度均随NiAl含量和Mo含量增加不断减小,抗氧化性能得到提升,尤其当Mo含量为0.4wt.%时,单位面积氧化增重达到最小值0.743mg/cm2,平均氧化层厚度达到最小值0.432μm,分别较基体合金降低了65.5%和94.1%,归因于Mo元素细化晶粒使得晶界增加,可以快速地形成更为连续和致密的Al2O3氧化膜,提高了材料的抗氧化性能。室温干摩擦、油润滑、含硫边界润滑三种工况下的摩擦磨损性能研究表明:该系列材料的摩擦系数和体积磨损率均呈现出:干摩擦＞油润滑＞含硫边界润滑的规律。NiAl和Mo的加入可以提高材料的摩擦磨损性能,且协同增强的复合材料在三种工况下表现出更为优异的磨损性能,尤其是含硫边界润滑工况下的平均摩擦系数低至0.039,体积磨损率低至0.201×10-4·mm3·N-1·m-1,分别较基体降低了 54.6%和51.4%,归因于弥散分布的NiAl起到了增强基体的作用和生成的二维层状结构MoO3在磨损过程中所起到的润滑作用,该系列材料干摩擦和含硫边界润滑工况的磨损机理为磨粒磨损与氧化磨损协同作用。高温摩擦磨损性能研究表明:四种材料的摩擦系数随着环境温度升高变化甚微,但体积磨损率则呈下降趋势,材料的高温抗磨性能较为优异。尤其是NiAl和Mo的协同增强使其高温磨损性能改善显著,600℃体积磨损率仅为0.224×10-4·mm3·N-1·m-1,较基体降低了 44.7%,归因于磨损表面生成了一层起润滑作用的致密氧化膜。
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