NiAl-Ag2Mo2O7复合材料的设计制备及摩擦机制研究

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针对现代航空、航天、核工程等高新技术领域的机械部件在高温、宽温域等苛刻工况下摩擦磨损问题,本论文开展了NiAl基复合材料制备及其宽温域摩擦学性能的研究,利用水热反应法制备不同纳米结构形态(纳米线、纳米棒、纳米颗粒)的钼酸银粉体,以NiAl金属间化合物为基体材料,钼酸银(Ag2Mo2O7)为润滑相,采用高能球磨/机械混合法和真空热压烧结技术制备NiAl基复合材料,考察不同纳米结构形态的钼酸银对NiAl基复合材料的组织结构、机械性能和摩擦磨损性能的影响,阐明室温~800℃宽温域条件下NiAl基复合材料的组分、结构与性能的演变规律和高温润滑磨损机理。主要研究结果如下:  (1)采用一步水热法,通过控制反应条件进行实验探究,制备了三种不同纳米结构形态的钼酸银粉体。结果表明:制备线状纳米钼酸银的最佳条件是反应温度为140℃、反应时间为8h,AgNO3浓度为0.05mol/L;当(NH4)6Mo7O24浓度为0.06mol/L,AgNO3浓度为0.38mol/L,反应温度为180℃,反应时间为8h时,得到了粒度较为均匀且分散性良好,直径为300nm,长度在300nm~1.3μm左右的长条棒状钼酸银粉体;当(NH4)6Mo7O24浓度为0.1mol/L,AgNO3浓度为0.05mol/L,反应温度为200℃,反应时间为8h,结构诱导剂为PVP时,制得了粒径约为70~150nm的颗粒状钼酸银粉体,分散性良好。  (2)采用高能球磨法制备了NiAl-Ag2Mo2O7复合粉体,利用真空热压烧结技术制备了NiAl-Ag2Mo2O7块体复合材料,探讨Ag2Mo2O7润滑相对NiAl复合材料的组织及在宽温域(室温~800℃)内摩擦学性能的影响。研究表明:钼酸银(Ag2Mo2O7)润滑相的加入显著改善了NiAl复合材料的高温摩擦学性能。此外,所制备的颗粒状钼酸银可降低NiAl复合材料的宽温域摩擦系数和磨损率。相比线状和棒状钼酸银,颗粒状钼酸银的NiAl基复合材料在800℃时具有更加优异的摩擦学性能,其摩擦系数为0.27,磨损率为0.46×10-5mm3/Nm。复合材料高温下摩擦磨损性能的改善是由于磨损表面形成的以钼酸银为主要的高温润滑相起到了主要的减磨、润滑作用。  (3)采用机械混合法制备了NiAl-Ag2Mo2O7复合粉体,利用真空热压烧结技术制备了不同纳米结构形态钼酸银的NiAl基复合材料,研究不同纳针对现代航空、航天、核工程等高新技术领域的机械部件在高温、宽温域等苛刻工况下摩擦磨损问题,本论文开展了NiAl基复合材料制备及其宽温域摩擦学性能的研究,利用水热反应法制备不同纳米结构形态(纳米线、纳米棒、纳米颗粒)的钼酸银粉体,以NiAl金属间化合物为基体材料,钼酸银(Ag2Mo2O7)为润滑相,采用高能球磨/机械混合法和真空热压烧结技术制备NiAl基复合材料,考察不同纳米结构形态的钼酸银对NiAl基复合材料的组织结构、机械性能和摩擦磨损性能的影响,阐明室温~800℃宽温域条件下NiAl基复合材料的组分、结构与性能的演变规律和高温润滑磨损机理。主要研究结果如下:  (1)采用一步水热法,通过控制反应条件进行实验探究,制备了三种不同纳米结构形态的钼酸银粉体。结果表明:制备线状纳米钼酸银的最佳条件是反应温度为140℃、反应时间为8h,AgNO3浓度为0.05mol/L;当(NH4)6Mo7O24浓度为0.06mol/L,AgNO3浓度为0.38mol/L,反应温度为180℃,反应时间为8h时,得到了粒度较为均匀且分散性良好,直径为300nm,长度在300nm~1.3μm左右的长条棒状钼酸银粉体;当(NH4)6Mo7O24浓度为0.1mol/L,AgNO3浓度为0.05mol/L,反应温度为200℃,反应时间为8h,结构诱导剂为PVP时,制得了粒径约为70~150nm的颗粒状钼酸银粉体,分散性良好。  (2)采用高能球磨法制备了NiAl-Ag2Mo2O7复合粉体,利用真空热压烧结技术制备了NiAl-Ag2Mo2O7块体复合材料,探讨Ag2Mo2O7润滑相对NiAl复合材料的组织及在宽温域(室温~800℃)内摩擦学性能的影响。研究表明:钼酸银(Ag2Mo2O7)润滑相的加入显著改善了NiAl复合材料的高温摩擦学性能。此外,所制备的颗粒状钼酸银可降低NiAl复合材料的宽温域摩擦系数和磨损率。相比线状和棒状钼酸银,颗粒状钼酸银的NiAl基复合材料在800℃时具有更加优异的摩擦学性能,其摩擦系数为0.27,磨损率为0.46×10-5mm3/Nm。复合材料高温下摩擦磨损性能的改善是由于磨损表面形成的以钼酸银为主要的高温润滑相起到了主要的减磨、润滑作用。  (3)采用机械混合法制备了NiAl-Ag2Mo2O7复合粉体,利用真空热压烧结技术制备了不同纳米结构形态钼酸银的NiAl基复合材料,研究不同纳米结构形态(纳米线、纳米棒、纳米颗粒)的Ag2Mo2O7对NiAl复合材料的组织及宽温域(室温~800℃)摩擦学性能的影响。结果表明:NAW、NAR和NAP三种复合材料都在测试温度为800℃时表现出最优的摩擦学性能。其中,相比线状和棒状钼酸银,颗粒状钼酸银NiAl基复合材料在800℃时具有更加优异的摩擦学性能,其摩擦系数为0.16,磨损率仅为0.23×10-5mm3/Nm,这归因于高温下(800℃)摩擦表面形成的由NiO、NiMoO4和Ag2Mo2O7组成的润滑膜提供协同润滑作用,有效的降低了复合材料的摩擦系数和磨损率,从而改善了复合材料在高温下的摩擦学性能。
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