MoS_(2)
- 格式：pdf
- 大小：4.47 MB
- 文档页数：6
MoS2−Ag−V2O5对镍基材料摩擦磨损性能的影响
李 建，李长生✉，段昭宇江苏大学材料科学与工程学院，镇江 212013✉通信作者,E-mail:********************.cn
摘 要 采用粉末冶金烧结工艺制备了含不同润滑剂（MoS2、Ag和V2O5）的镍基自润滑复合材料，研究了镍基复合材料在室温至600 ℃之间的摩擦磨损性能，通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和Raman光谱等分析相组成和磨损形貌。结果表明：镍基自润滑复合材料的摩擦系数随温度的增加呈先增加后降低的趋势。在室温条件下，随着Ag含量的增加，复合材料的摩擦系数减小；在600 ℃，随着V2O5含量的增加，复合材料的摩擦系数和磨损率均降低。在中低温，镍基自润滑复合材料主要由MoS2和Ag起润滑作用，降低材料摩擦磨损；在高温，复合材料发生了摩擦化学反应，生成新的钼酸银润滑相，润滑机理是由钼酸银和V2O5的协同润滑效应。关键词 镍基合金；摩擦；磨损；润滑机理；钼酸银分类号 TB333
Effect of MoS2−Ag−V2O5 on friction and wear properties ofnickel-based composites
LI Jian, LI Chang-sheng✉, DUAN Zhao-yuCollege of Material Science and Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China✉Correspondingauthor,E-mail:********************.cnABSTRACT The nickel-based self-lubricating composites added with the different solid lubrications (MoS2, Ag, and V2O5) wereprepared by powder metallurgy sintering. The friction and wear properties of the nickel-based composites were investigated betweenroom temperature and 600 ℃. The phase composition and the wear surface micromorphology were analyzed by X-ray diffraction(XRD), scanning electron microscope (SEM), and Raman spectroscopy. The results indicate that, the friction coefficients of the nickel-based self-lubricating composites increase firstly and then decrease with the temperature increasing. At room temperature, the frictioncoefficients of the composites decrease with the increase of Ag content; at 600 ℃, the friction coefficients and wear rates of thecomposites decrease with the increase of V2O5 content. The composites mainly reduce the friction and wear by MoS2 and Ag at mediumand low temperatures; a new lubricating phase of silver molybdates is formed in the friction chemical reaction of the composites at thehigh temperature, and the lubrication mechanism is the synergistic lubrication effect of silver molybdate and V2O5 at high temperature.KEY WORDS nickel-based alloys; friction; wear; lubrication mechanism; silver molybdate 收稿日期：2019−12−16基金项目：江苏省自然科学基金资助项目（1871500001）DOI：10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019120008；http://pmt.ustb.edu.cn 第39卷第2期粉末冶金技术Vol. 39, No. 22021 年 4 月 Powder Metallurgy TechnologyApril 2021含固体润滑剂的镍基复合材料具有优异的自润滑性能，可在较宽的温度服役条件下使用[1]。从室温到高温，让自润滑复合材料始终保持低摩擦系数和低磨损率是非常困难的，这成为摩擦学界的主要挑战[2]。常规的固体润滑剂只能在有限的温度范围提供润滑，例如石墨、MoS2、软金属、h-BN和少量金属氧化物等[3‒5]。到目前为止，几乎没有一种固体润滑剂可以同时在低温和高温提供润滑，唯一的办法是结合不同固体润滑剂的润滑作用[6‒9]。Aouadi等[10]通过等离子喷涂工艺制备了Mo2N/MoS2/Ag高温自润滑涂层，该涂层实现了从室温至600 ℃保持相对较低摩擦系数和磨损率的润滑作用，主要是因为在摩擦磨损试验中形成了钼酸银，且在600 ℃试验时，涂层的摩擦系数可以降至0.1。在磨损过程中，当温度高于500 ℃时，氧原子很容易将硫原子置换，Ag和Mo氧化物发生摩擦化学反应形成钼酸银化合物[10‒12]。Huang等[13]研究了V2O5固体润滑剂对NiAl基复合材料摩擦磨损性能的影响，结果表明，V2O5在高温表现出优异的摩擦学性能，800 ℃时摩擦系数可以降至0.18。V2O5剪切强度与石墨相似，因此V2O5成为高温固体润滑剂的优先选择[14]。目前，研究者只对固体润滑剂MoS2、Ag和V2O5中的一种或两种进行研究，尚未开展以MoS2和Ag为中低温润滑剂、以V2O5为高温润滑剂的复合材料摩擦磨损性能的研究。本文采用粉末冶金烧结工艺制备了镍基自润滑复合材料，以Ag、MoS2为中低温润滑剂，V2O5为高温润滑剂和硬质增强相，研究了复合材料在不同温度（25～600 ℃）条件下的摩擦学性能，阐述了相应的减摩耐磨机理，实现了复合材料从室温到高温的连续润滑。1 实验材料及方法实验原料为Ni‒20Cr合金粉、W粉、国药集团化学试剂有限公司生产的Ag粉、MoS2粉和V2O5粉，平均粒径为30～70 μm。将以上几种原料粉末按照表1中的配比在高能球磨机中混合球磨10 h，混合后在400 MPa压力下压制成形，然后在氩气烧结炉中进行烧结，烧结温度为1150 ℃，保温60 min，随炉冷却至室温，将样品加工并抛光成所需的样品，用于以下分析和测试。利用阿基米德排水法测算试样的孔隙率，并在FB-3000LC型布氏硬度计上测试材料表面的硬度，每个样品至少进行了10次测量。用UMT-2多功能摩擦磨损试验机测试试样的摩擦磨损性能，圆盘是镍基复合材料，对偶件是Si3N4陶瓷球 （ϕ5.556 mm，约15 GPa），测试温度为25 ℃、300 ℃和600 ℃，载荷5 N，转速200 r∙min−1，测试时间30 min。磨损率由以下公式确定：S = V/NL，其中V是磨损体积（通过SV-3000型三维光学显微镜测得），N是施加的载荷，L是滑动距离，所有摩擦磨损性能测试均进行3次并求取平均值。采用日本岛津XRD-6000X型X射线衍射仪 （X-ray diffraction，XRD）鉴定烧结后复合材料的物相结构，利用Observer.Z1m型Zeiss金相显微镜、S-3400N型钨灯丝扫描电子显微镜（scanningelectron microscope，SEM）、Gemini500型场发射扫描电子显微镜（field emission scanning electronmicroscope，FESEM）及其附带的能量色散光谱仪 （Energy dispersion spectrometer，EDS）和DXR型激光拉曼光谱仪（laser Raman spectrometer，IR）观察材料的微观形貌、磨痕形貌和物相组成。2 结果与讨论2.1 镍基复合材料的力学性能及组织结构表1列出了不同配比的镍基复合材料的硬度和孔隙率测试结果。可以看出，复合材料的硬度随着Ag含量（质量分数）的增加而降低，随着V2O5含量（质量分数）的增加而增加，这是由于Ag的硬度低、质软，金属氧化物属于硬质相，硬度较高。复合材料的孔隙率先降低后增加，MoS2本身疏松多孔，并在烧结过程中的部分分解，导致材料的孔隙率较大，Ag在烧结过程中以液相形式存在，充填进入烧结体的孔隙中，使材料的孔隙率降低。图1为NA1和NAV8镍基自润滑复合材料的光学形貌，图2为NAV4镍基自润滑复合材料不表 1 镍基自润滑复合材料化学成分及力学性能Table 1 Chemical composition and mechanical properties ofthe nickel-based self-lubricating composites试样质量分数 / %硬度，HBS孔隙率 / %Ni‒20CrWMoS2AgV2O5NA余量108——67.119.4NA1余量10810—56.911.4NA2余量10820—47.57.2NAV4余量10810478.313.5NAV8余量108108105.415.8·142·粉末冶金技术2021 年 4 月同放大倍数的显微形貌。从图中可以看出，润滑剂分布均匀，基体上分布的深灰色点块状物质为MoS2，且有轻微的团聚现象，浅白点块状物质为Ag，V2O5较均匀的分布在基体中。V2O5与基体之间结合更紧密，MoS2与基体之间结合比较松散，这会对基体的力学性能以及摩擦磨损性能产生不同影响。
100 μm100 μm(a)(b)
图 1 添加不同润滑剂镍基材料的光学形貌：（a）NA1；(b) NAV8Fig.1 Optical morphology of the nickel-based materials with the different lubricants: (a) NA1; (b) NAV8
10 μm10 μm(a)(b)
AgMoS2V2O5
图 2 NAV4镍基材料不同放大倍数的显微形貌：（a）低倍；（b）高倍Fig.2 SEM images of the NAV4 nickel-based material: (a) low magnification; (b) high magnification图3为NA、NA1和NAV8复合材料的X射线衍射分析，结果表明存在MoS2和Ag润滑相。在烧结后的复合材料中还观察到VO2新相的存在，这是因为当烧结温度超过1000 ℃时，V2O5化合物发生还原反应生成VO2。前人的研究结果已经证实了此还原反应过程，依次为V2O5→V3O7→V4O9→V6O13→VO2→VO。同时，烧结过程中形成了MoO3相，其在中高温下有良好的润滑效果，MoO3形成机理为MoS2氧化分解[15]。 250020001500NAV8NA1NA222222222266555555531
