AlCoCrCuFeNi合金在过氧化氢中的摩擦学性能研究

论文摘要

本文以国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“强氧化环境下材料的磨损机制”子课题“强氧化环境下新型金属材料的摩擦磨损行为”为依托,针对高浓度过氧化氢(H202)介质中使用的滑动摩擦副,应用摩擦学、表面形貌、表面能谱等多种手段,试验研究新型结构材料AlCoCrCuFeNi高熵合金在高浓度过氧化氢介质中的摩擦学性能及其与材料结构、热处理性能等相互作用关系,探讨高浓度过氧化氢中AlCoCrCuFeNi合金的摩擦磨损行为和磨损机理,为开拓强氧化环境的新型摩擦副材料和高熵合金的应用领域,提供理论和实验依据。研究的主要内容和成果如下：(1)铸态AlCoCrCuFeNi高熵合金与工程陶瓷(ZrO2、SiC和Si3N4)组成滑动摩擦副在H202介质中的摩擦学试验结果表明：与1Cr18Ni9Ti不锈钢相比,在90%H202介质中,AlCoCrCuFeNi合金与SiC和Si3N4陶瓷组成摩擦副具有良好的摩擦磨损性能,尤其与Si3N4陶瓷配副时摩擦学性能最优。(2)在90%H202介质中,AlCoCrCuFeNi/ZrO2摩擦副的主要磨损机制为粘着磨损和由粘着转移产物导致的磨粒磨损,同时伴随有氧化磨损；AlCoCrCuFeNi/SiC和AlCoCrCuFeNi/Si3N4摩擦副的主要磨损机制为抛光型氧化磨损；由于AlCoCrCuFeNi/Si3N4摩擦副还伴随有边界润滑效应,导致摩擦副的摩擦系数非常小且几乎无波动,且AlCoCrCuFeNi合金的磨损非常小。(3)在600℃、645℃、700℃和1000℃回火处理后,铸态AlCoCrCuFeNi合金与Si3N4陶瓷组成摩擦副在90%H202介质中的摩擦学性能发生显著变化：随着回火温度的升高,摩擦副初始阶段的摩擦系数增大,进入磨合稳定期的时间增加,磨合期和磨合稳定期的平均摩擦系数均增大；同时,AlCoCrCuFeNi试样的磨损增大。(4)回火处理AlCoCrCuFeNi合金保持铸态的枝晶相和枝晶间相组织；随着回火温度提高,枝晶区Cu元素的偏聚增大,导致枝晶区BCC结构的含量下降,从而使枝晶区的硬度下降。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 过氧化氢发动机中存在的摩擦磨损问题
• 1.2.1 过氧化氢简介
• 1.2.2 液体火箭发动机简介
• 1.2.3 过氧化氢推进技术的研究进展
• 1.2.4 过氧化氢发动机中存在的摩擦磨损问题
• 1.3 高熵合金及其发展概况
• 1.3.1 高熵合金的定义
• 1.3.2 高熵合金的组织与性能
• 1.3.3 高熵合金的制备方法
• 1.3.4 高熵合金的应用
• 1.3.5 高熵合金的研究状况
• 1.4 本论文拟研究的主要内容
• 第二章 设备、试样及试验方法
• 2.1 试验设备及分析仪器
• 2.1.1 SST-ST销盘磨损试验机
• 2.1.2 试验分析仪器
• 2.2 试验材料
• 2.2.1 过氧化氢
• 2.2.2 AlCoCrCuFeNi高熵合金
• 2.2.3 1Cr18Ni9Ti不锈钢
• 2、SiC和Si₃N₄陶瓷'>2.2.4 ZrO₂、SiC和Si₃N₄陶瓷
• 2.3 试样与试验方法
• 2.3.1 试样加工
• 2.3.2 试验方法
• 第三章 高浓度过氧化氢中AlCoCrCuFeNi合金的摩擦学性能
• 3.1 引言
• 3.2 高浓度过氧化氢中AlCoCrCuFeNi合金的摩擦学性能
• 2表面粗糙度对AlCoCrCuFeNi合金摩擦学性能的影响'>3.2.1 ZrO₂表面粗糙度对AlCoCrCuFeNi合金摩擦学性能的影响
• 3.2.2 Si3N4表面粗糙度对AlCoCrCuFeNi合金摩擦学性能的影响
• 3.2.3 对偶陶瓷材料对AlCoCrCuFeNi合金摩擦学性能的影响
• 3.3 AlCoCrCuFeNi合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢摩擦学性能对比
• 3.3.1 AlCoCrCuFeNi合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢的摩擦系数对比
• 3.3.2 AlCoCrCuFeNi合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢的磨损量对比
• 2O₂浓度对AlCoCrCuFeNi合金摩擦学性能的影响'>3.4 H₂O₂浓度对AlCoCrCuFeNi合金摩擦学性能的影响
• 2O₂浓度对AlCoCrCuFeNi/ZrO₂摩擦副摩擦系数的影响'>3.4.1 H₂O₂浓度对AlCoCrCuFeNi/ZrO₂摩擦副摩擦系数的影响
• 2O₂浓度对AlCoCrCuFeNi合金磨损量的影响'>3.4.2 H₂O₂浓度对AlCoCrCuFeNi合金磨损量的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 高浓度过氧化氢中AlCoCrCuFeNi合金的磨损机理
• 4.1 引言
• 2摩擦副磨损机理'>4.2 AlCoCrCuFeNi/ZrO₂摩擦副磨损机理
• 4.3 AlCoCrCuFeNi/SiC摩擦副磨损机理
• 3N₄摩擦副磨损机理'>4.4 AlCoCrCuFeNi/Si₃N₄摩擦副磨损机理
• 4.5 1Cr18Ni9Ti不锈钢与三种陶瓷配副的磨损机理
• 4.6 本章小结
• 第五章 热处理对AlCoCrCuFeN i合金摩擦学性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 热处理工艺
• 5.3 热处理对AlCoCrCuFeNi合金摩擦学性能的影响
• 3N₄摩擦副摩擦系数的影响'>5.3.1 热处理对AlCoCrCuFeNi/Si₃N₄摩擦副摩擦系数的影响
• 5.3.2 热处理对AlCoCrCuFeNi合金磨损量的影响
• 5.4 AlCoCrCuFeNi合金组织结构对摩擦学性能的影响
• 5.4.1 热处理对AlCoCrCuFeNi合金组织结构的影响
• 5.4.2 AlCoCrCuFeNi合金组织结构对摩擦学性能的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文主要成果、结论、创新点及研究展望
• 6.1 全文主要成果和结论
• 6.2 全文主要创新点
• 6.3 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢