摘要
随着社会的发展和进步，人们对高温下运行的摩擦零件提出了更高的要求。传统的油脂类润滑剂难以在宽温域下提供连续有效润滑，因而发展在宽温域下具有良好的耐磨性能和自润滑性能的复合材料具有极高的价值。镍基合金具有良好的抗腐蚀、耐摩擦和高温力学性能，因而在摩擦领域得到广泛地应用。本文采用Ni-Mo合金作为基体，加入稀土元素Y来制备具有更高力学性能的Ni-Mo-Y合金。再以Ni-Mo-Y合金作为基体，通过添加固体润滑剂CaF2和石墨烯（Graphene，简称Gr）来制备Ni-Mo-Y-CaF2和Ni-Mo-Y-Gr复合材料。通过硬度计、压缩试验机、XRD、SEM、EDS、微区XRD、Raman、高温摩擦试验机等实验设备检测基体和复合材料的力学性能、微观组织以及广域温度范围内的摩擦学性能。分别探讨了CaF2和石墨烯的添加对复合材料摩擦学性能的影响，并揭示复合材料在广域温度下的自润滑机理。 本文采用放电等离子烧结法（SparkPlasmaSintering，简称SPS）制备4组不同Mo含量的Ni-Mo合金。通过分析其力学性能以及显微组织变化，选择NM-3(70Ni+30Mo)作为基体合金。该基体合金在室温、400℃、600℃和800℃下进行摩擦试验，结果显示在这四种温度下的平均摩擦系数分别为0.70、0.45、0.41、0.42，呈现出先下降后上升的趋势；而其平均磨损率分别为1.06×10-5mm3/N·m、2.86×10-5mm3/N·m、2.95×10-5mm3/N·m、7.27×10-5mm3/N·m，呈现出随温度上升的趋势。 稀土元素Y对镍基材料具有良好的改性作用，通过在NM-3的基础上添加Y元素，采用SPS技术制备3组不同Y含量Ni-Mo-Y合金，实验结果表明Y元素的添加有效地提高了合金的力学性能。通过研究对比，以NMY-2(68.95Ni+29.55Mo+1.5Y)作为基体合金进行摩擦学性能研究。将NMY-2合金分别在室温、200℃、400℃、600℃和800℃的温度下进行摩擦试验，实验结果显示其在这五种温度下的平均摩擦系数分别为0.77、0.67、0.50、0.40和0.42，呈现出先下降后上升的趋势；而其磨损率分别为1.26×10-5mm3/N·m、18.39×10-5mm3/N·m、28.06×10-5mm3/N·m、7.85×10-5mm3/N·m和7.57×10-5mm3/N·m，呈现出先上升后下降的趋势。 通过向NMY-2合金基体中添加不同量的CaF2来制备Ni-Mo-Y-5CaF2、Ni-Mo-Y-10CaF2和Ni-Mo-Y-15CaF2复合材料，实验表明，随着CaF2含量的增加，其力学性能呈现下降的趋势。将这3组复合材料在室温、400℃、600℃和800℃的温度下进行摩擦试验，研究结果显示Ni-Mo-Y-CaF2复合材料随着温度的升高，其摩擦系数呈现出先快速下降然后保持平稳再缓慢下降的趋势。Ni-Mo-Y-CaF2复合材料的磨损率则呈现出先上升后下降的趋势。该复合材料在高温下表现出良好的摩擦学性能，主要归因于在高温摩擦时，表面会形成NiMoO4和CaMoO4以及Mo的氧化物MoO3和MoO2，这些钼酸盐和Mo的氧化物形成了致密的氧化层起到了润滑的作用，从而使复合材料表现出良好的摩擦学性能。 通过向Ni-Mo-Y合金基体中加入石墨烯来制备Ni-Mo-Y-1Gr、Ni-Mo-Y-5Gr和Ni-Mo-Y-10Gr复合材料，实验表明，随着石墨烯含量的升高，其力学性能呈现下降的趋势。这3组复合材料在室温、200℃、400℃、600℃和800℃的温度下进行摩擦试验，研究结果显示Ni-Mo-Y-Gr复合材料在较低温度下具有较低的摩擦系数和磨损率，表现出较好的摩擦磨损性能，这主要归因于石墨烯在低温下起到了良好的润滑作用。
NETL