AlMgB14-TiB2超硬復(fù)合材料的高溫摩擦及高溫抗氧化性能的研究.pdf

1、近年來，一種新型的三元硼化物AlMgB14因具有極高的硬度、良好的耐磨性、較好的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)異性能受到極大關(guān)注，它是繼金剛石、立方氮化硼、碳化硼之后，超硬材料中的又一新成員。據(jù)報(bào)道，單晶和多晶的AlMgB14的顯微硬度分別介于27.4-28.3GPa，32-35GPa之間。 AlMgB14中添加微米級(jí)TiB2相，形成彌散均勻分布AlMgB14-TiB2陶瓷基復(fù)合材料的顯微硬度值最高可達(dá)46GPa。規(guī)模生產(chǎn)AlMgB14及AlMgB14

2、-TiB2復(fù)合材料的成本遠(yuǎn)小于金剛石和立方氮化硼。因此，AlMgB14及其復(fù)合材料在刀具、耐磨器件、涂層、航空航天零部件及軍工等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文采用先進(jìn)的電場(chǎng)激活壓力輔助燒結(jié)FAPAS(Field Activated PressureAssisted Synthesis)技術(shù)，在1400℃燒結(jié)溫度、加載60MPa條件下成功制備了AlMgB14及超細(xì)TiB2顆粒增強(qiáng)AlMgB14-TiB2陶瓷基復(fù)合材料。采用壓痕法

3、，對(duì)樣品的顯微硬度及斷裂韌性進(jìn)行表征。利用顯微硬度儀及掃面電子顯微鏡觀察壓痕裂紋擴(kuò)展路徑，初步探究超細(xì)TiB2顆粒對(duì)AlMgB14材料的增強(qiáng)增韌機(jī)理。
　　采用HT-1000型球-盤往復(fù)式高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，對(duì)復(fù)合材料AlMgB14-30wt.％TiB2在25℃-800℃溫度范圍的摩擦磨損性能進(jìn)行表征。利用XRD、SEM、EDS等分析方法，對(duì)摩擦副摩擦表面的形貌及元素分布和轉(zhuǎn)移進(jìn)行了分析。
　　采用熱重分析法，對(duì)AlMgB1

4、4-30wt.％TiB2復(fù)合材料在600℃-1000℃溫度范圍內(nèi)空氣中氧化10小時(shí)的高溫抗氧化性進(jìn)行表征。利用XRD對(duì)試樣表面氧化層的物相進(jìn)行分析，結(jié)合SEM、EDS等分析方法，觀察分析氧化表面和氧化層橫截面的微觀形貌，并對(duì)氧化層生成機(jī)理進(jìn)行初步探討。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，添加超細(xì)TiB2顆粒能顯著提高AlMgB14的硬度及斷裂韌性。AlMgB14-30wt.％TiB2復(fù)合材料的平均顯微硬度高達(dá)32.5GPa，斷裂韌性值最高達(dá)4.1

5、5MPa·m1/2; AlMgB14-30wt.％TiB2復(fù)合材料在25℃-800℃溫度范圍，載荷10N，摩擦速度0.1m/s作用下，摩擦系數(shù)在介于0.12-0.65之間，磨損率介于1.1×10-6mm3/(N·m)-6.62×10-6mm-3/(N·m)。磨損機(jī)理由低溫時(shí)的磨粒磨損逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檎持p。在800℃高溫下由于摩擦表面生成含有TiO2的氧化潤滑膜，AlMgB14-30wt.％TiB2復(fù)合材料的摩擦系數(shù)僅為0.12，表現(xiàn)了優(yōu)異

6、的自潤滑性和耐磨性;AlMgB14-30wt.％TiB2復(fù)合材料在600-1000℃高溫氧化10小時(shí)的氧化動(dòng)力學(xué)符合拋物線規(guī)律，氧化激活能為176±20KJ·mol-1，氧化層厚度由700℃時(shí)的4.1μm增加到1000℃時(shí)的84μm。在700℃高溫僅有TiB2相發(fā)生氧化，氧化后質(zhì)量變化也很小。而AlMgB14相的氧化初始溫度在800℃，氧化物中有鎂硼酸鹽(MgO(B2O3)2)和鋁硼酸鹽((Al2O3)10(B2O3)2)生成。在100