Al2O3-SrSO4复合材料的制备与摩擦学性能

论文摘要

本文采用化学沉淀法和EDTA络合Sr2+离子的方法制备了片状和粒状纳米SrSO4粉体。将SrSO4与Al2O3粉体混合,采用热压和放电等离子烧结法制备出Al2O3-SrSO4复合材料,并通过添加Sr2SiO4、SiO2、Ag等材料改善复合材料的烧结性能。采用X射线衍射仪、扫描电镜、热重-差热分析仪和高温摩擦磨损试验机等研究了SrSO4粉体的相结构和形貌、不同成分Al2O3-SrSO4复合材料的组织结构和摩擦磨损性能。采用化学沉淀法用SrCl2和Na2SO4为原料制备出了用于复合材料的纯度高、粒径分布均匀的片状纳米SrSO4粉体,制备工艺为:室温,Sr2+、SO42-离子浓度1.0mol/L,SrCl2溶液体积210ml,Na2SO4溶液体积200ml,无水乙醇体积70ml。采用EDTA络合Sr2+离子的方法制备出了用于复合材料的纯度高、粒径分布均匀的粒状纳米SrSO4粉体,制备工艺为:室温,Sr2+、SO42-离子浓度1.0mol/L,SrCl2溶液体积120ml,Na2SO4溶液体积100ml,无水乙醇体积36ml,EDTA 8g,pH=9。采用Ag粉作为添加剂有效地提高了Al2O3-SrSO4复合材料的烧结性能,添加10wt%Ag的Al2O3-SrSO4复合材料的致密度和维氏硬度最高,分别为91.9%、3.77GPa ,烧结工艺为:热压,升温速率20℃/min ,保温温度1050℃,压力30MPa,保温保压时间60min。从室温至600℃宽温域摩擦磨损试验后发现,Al2O3的摩擦系数为0.450.52;600℃时的磨损率为2.5×10-4mm-3/（N·m）。添加10wt%Ag的Al2O3-SrSO4复合材料能够很好地降低复合材料的摩擦系数,减小其在高温下磨损速率,从室温到高温的摩擦系数为0.270.35,磨损速率为1.4×10-57.8×10-5 mm-3/（N·m）。摩擦系数和磨损速率随温度变化的趋势一致。高温下在Al2O3-SrSO4复合材料的磨损表面观察到有明显的固体润滑膜形成,能有效地降低复合材料的摩擦系数和磨损速率,其磨损机制为剥层磨损,疲劳磨损和塑性变形。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪 论
• 1.1 课题背景
• 1.2 高温固体润滑剂和自润滑复合材料
• 1.2.1 高温固体润滑剂
• 1.2.2 高温固体自润滑复合材料
• 1.3 硫酸盐的物理化学性质和结构
• 4 的物理化学性质与结构'>1.3.1 BaSO₄的物理化学性质与结构
• 4 的物理化学性能及结构'>1.3.2 SrSO₄的物理化学性能及结构
• 1.4 热压烧结与放电等离子烧结技术
• 1.4.1 热压烧结
• 1.4.2 放电等离子烧结技术
• 1.4.3 其它烧结技术
• 1.5 本文研究的目的意义及主要内容
• 1.5.1 本文研究的目的和意义
• 1.5.2 本文研究的主要内容
• 第2章 试验材料与研究方法
• 2.1 试验所用原料
• 2.2 材料的组织结构分析
• 2.2.1 X 射线衍射分析方法
• 2.2.2 扫描电镜（SEM）观察及成分分析
• 2.3 TG-DTA 热物性能分析
• 2.4 材料的性能测试
• 2.4.1 密度
• 2.4.2 硬度
• 2.4.3 抗弯强度和弹性模量的测定
• 2.4.4 断裂韧性的测定
• 2.4.5 高温摩擦磨损试验
• 2O₃-SrSO₄复合材料的制备、组织结构与力学性能'>第3章 Al₂O₃-SrSO₄复合材料的制备、组织结构与力学性能
• 3.1 原料粉体的制备与表征
• 4 粉体的制备与表征'>3.1.1 片状SrSO₄粉体的制备与表征
• 4 粉体的制备与表征'>3.1.2 粒状SrSO₄粉体的制备与表征
• 2SiSO₄ 粉体的制备与表征'>3.1.3 Sr₂SiSO₄粉体的制备与表征
• 2O₃-SrSO₄ 复合材料的热压烧结、组织结构与力学性能'>3.2 Al₂O₃-SrSO₄复合材料的热压烧结、组织结构与力学性能
• 2O₃-SrSO₄ 复合材料的热压烧结'>3.2.1 Al₂O₃-SrSO₄复合材料的热压烧结
• 2O₃-SrSO₄ 复合材料的物相分析'>3.2.2 热压烧结Al₂O₃-SrSO₄复合材料的物相分析
• 2O₃-SrSO₄ 复合材料的力学性能'>3.2.3 热压烧结Al₂O₃-SrSO₄复合材料的力学性能
• 2O₃-SrSO₄ 复合材料的断口形貌'>3.2.4 热压烧结Al₂O₃-SrSO₄复合材料的断口形貌
• 2O₃-SrSO₄ 复合材料的放电等离子烧结与硬度'>3.3 Al₂O₃-SrSO₄复合材料的放电等离子烧结与硬度
• 2O₃-SrSO₄ 复合材料'>3.3.1 SPS 烧结Al₂O₃-SrSO₄复合材料
• 2O₃-SrSO₄ 复合材料的物相分析'>3.3.2 SPS 烧结Al₂O₃-SrSO₄复合材料的物相分析
• 2O₃-SrSO₄ 复合材料的组织形貌'>3.3.3 SPS 烧结Al₂O₃-SrSO₄复合材料的组织形貌
• 2O₃-SrSO₄ 复合材料的致密度与硬度'>3.3.4 SPS 烧结Al₂O₃-SrSO₄复合材料的致密度与硬度
• 3.4 本章小结
• 2O₃-SrSO₄复合材料的摩擦学性能'>第4章 Al₂O₃-SrSO₄复合材料的摩擦学性能
• 2O₃-SrSO₄ 复合材料的摩擦学行为'>4.1 Al₂O₃-SrSO₄复合材料的摩擦学行为
• 2O₃-SrSO₄ 复合材料摩擦学性能的影响'>4.2 温度对Al₂O₃-SrSO₄复合材料摩擦学性能的影响
• 4.3 不同温度下的磨痕表面形貌
• 2O₃-SrSO₄ 复合材料的自润滑机理'>4.4 Al₂O₃-SrSO₄复合材料的自润滑机理
• 2O₃-SrSO₄ 复合材料的磨损机制'>4.5 Al₂O₃-SrSO₄复合材料的磨损机制
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢