高溫發(fā)汗自潤滑金屬陶瓷的制備表征及摩擦學(xué)特性研究

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1、高溫發(fā)汗自潤滑金屬陶瓷的制備、表征及摩擦學(xué)特性研究 高溫發(fā)汗自潤滑是基于生物體汗腺結(jié)構(gòu)和發(fā)汗原理提出的一種新型自潤滑 技術(shù),其材料是由汗腺式微孔金屬陶瓷硬質(zhì)相和多元潤滑劑軟質(zhì)相組成的互穿網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)合體,其潤滑機理是在高溫摩擦熱—應(yīng)力作用下將復(fù)合體中的潤滑劑沿 著汗腺式有序孔通道擴散至摩擦界面實現(xiàn)自補償潤滑:該研究是在國家自然科學(xué) 基金的資助下完成的。本文在回顧多孔材料、高溫固體自潤滑材料以及仿生結(jié)構(gòu) 材料的發(fā)展與研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,基于人體汗腺結(jié)構(gòu)與發(fā)汗機理,首次提出高溫發(fā) 汗自潤滑的概念;并采用二次復(fù)合造孔法,在真空條件下制備出具有汗腺式微孔 金屬陶瓷基體;通過真空壓力熔浸多元

2、固體潤滑劑,制備出了高溫發(fā)汗自潤滑復(fù) 合材料;并對其設(shè)計理論、微觀結(jié)構(gòu)、摩擦學(xué)特性及自潤滑機理進(jìn)行了系統(tǒng)的研 究。 為實現(xiàn)汗腺式微孔表層分布的有序化和內(nèi)胞孔的相互貫通化,文中基于高溫 擴散自潤滑機理和人體汗腺結(jié)構(gòu)特征,通過結(jié)構(gòu)和功能仿生模擬,建立了汗腺式 微孔結(jié)構(gòu)特征模型;基于燒結(jié)過程中孔隙演化的分析,對該模型進(jìn)行了統(tǒng)計數(shù)學(xué) 分析,探討了孔結(jié)構(gòu)形態(tài)、尺寸、孔徑分布及孔隙度的可控機理。為實現(xiàn)汗腺式 燒結(jié)體的孔結(jié)構(gòu)可控和強韌性可控的雙重目的,論文在對材料基體組分進(jìn)行摩擦 學(xué)設(shè)計的同時,組合出一種能在燒結(jié)過程中逐級分解的復(fù)合造孔劑孔— TiH₂+CaCO

3、b>32O₃超細(xì)顆粒為彌散質(zhì)點；創(chuàng)新出一種二次復(fù)合造孔的液-固相燒結(jié)新工藝,制備出了具有均勻開口于表層且內(nèi)互貫通的有序孔汗腺 式高強度基體。 為實現(xiàn)汗腺式金屬陶瓷的高溫自潤滑,論文基于軟金屬的成膜特點、濕潤性 和熔點差，組合出一種以Pb-Sn-Ag-RE為主體的復(fù)合固體潤滑劑；并采用真空壓 浸工藝熔滲進(jìn)汗腺式高強基體中,實現(xiàn)了發(fā)汗金屬陶瓷的高溫自潤滑功能。文中 以制備出的TiC-FeCrWMo源高溫發(fā)汗自潤滑金屬陶瓷為典型研究對象,微觀分 析了其孔隙結(jié)構(gòu)特征、力學(xué)性能和摩擦學(xué)特性。 實驗和理論分析表明:所

4、制備的金屬陶瓷自潤滑材料,其孔隙形態(tài)呈規(guī)則的 圓形或方形,孔徑分布均勻且服從瑞利分布規(guī)律,硬質(zhì)相與潤滑相互相貫穿成網(wǎng) 絡(luò)狀;既具有高的壓潰強度和耐磨性,又具有良好的高溫自潤滑性能（600℃時,平 均摩擦系數(shù)為0.26?0.29,磨損率為6.3X10^-6?9.6X 10^-6mm³/Nm）EDX?？赬RD勺磨損表面分析表明，該材 料在摩擦磨損過程中,潤滑組元可通過微孔通道擴散析出材料基體,在摩擦表面 形成一層含有Pb、S仆Ag>Cu等元素的復(fù)合潤滑膜。 文中基于SEMS面形貌分析，探討了高溫擴散自補償潤滑膜結(jié)構(gòu)特征和成膜機理。