| 题名 | Fe_3Si基有序合金材料及其摩擦学与抗氧化性能研究 |
| 作者 | 贾建刚 |
| 答辩日期 | 2008 |
| 导师 | 马勤 ; 吕晋军 |
| 关键词 | Fe3Si 机械合金化 有序度 复合材料 摩擦学性能 氧化动力学 |
| 学位名称 | 博士 |
| 英文摘要 | 金属硅化物Fe3Si基有序合金具有较高的熔点、良好的耐磨性和高温抗氧化性，是一种潜在的高温结构材料。由于这种合金组成元素价格低廉，因此具有较好的工程应用前景。但是，像大多数高温有序金属间化合物合金一样，Fe3Si硬而脆的性质限制了它的实际应用。因此，改善Fe3Si的脆性，同时研究其在各种条件下的摩擦学性能及其高温氧化行为已成为高温结构用Fe3Si基合金材料最为重要的基础性工作之一。本研究采用机械合金化随后退火处理（简称MAAP或M2AP技术）、中频感应热压烧结和真空电弧熔炼等方法制备了Fe3Si、Fe3Si基合金和Fe3Si基复合材料，重点考察了M2AP技术制备的Fe3Si基合金粉末的有序度及真空熔炼制备的Fe3Si基块体材料的组织结构、摩擦学性能和高温抗氧化性能，得到如下几条具有较重要意义的结论：首先，基于合金化改性原理，本论文研究了不同含量的合金元素Al对Fe3Si基有序合金机械合金化过程及其有序度的影响。结果表明，采用M2AP工艺可以制备出高有序度的Fe3Si基有序合金粉体。其中，球磨10h和15h的Fe75Si25粉末在860℃退火1h的有序度分别达到94．63％和96．66％。Al元素的加入会显著降低Fe3Si基有序合会的有序度。其次，基于改善Fe3Si基有序合金力学及其摩擦学性能的考虑，采用电弧熔炼／热压烧结技术制备了Fe3Si-Cu复合材料和Cr／Al复合合金化Fe3Si基有序合金材料，研究了其微观结构和力学性能。研究结果表明，塑性相Cu的引入和Cr／Al复合合金化均可以明显提高Fe3Si基有序合金材料的室温强度。透射电镜分析发现，Fe3Si和Cu界面之间符合以下晶体学关系：Cu{220}／／Fe3Si{004);Cu<100>／／Fe3Si<011>。第三，研究了Fe3Si、Fe3Si-Cu复合材料和Cr／Al复合合金化Fe3Si基有序合金在水润滑条件下的摩擦学性能，并与AISI 304不锈钢做了比较。研究发现，纯Fe3Si有序合金的摩擦学性能与AISI 304不锈钢相当，而Fe3Si-10 wt％Cu复合材料和Fe70Si20Cr5Al5有序合金在水润滑环境下的摩擦学性能比纯Fe3Si有序合金有明显的提高。水润滑条件下，纯Fe3Si合金、Fe3Si-Cu复合材料和Cr／Al合金化Fe3Si基有序合金与Si3N4对摩时的磨损机理均表现为典型的磨粒磨损特征。同时，Fe3Si-10 wt％Cu试验材料在与Si3N4对摩过程中，金属Cu在磨损表面富集并向对偶表面转移。这种富集和转移有效的抑制了Si3N4与水的摩擦化学反应。另外，研究了Fe3Si与Si3N4配副时在空气和氮气中不同温度下的摩擦学性能及其磨损机理，并与W18Cr4V在相同条件下的摩擦学性能作了对比。研究发现，低于600℃时Fe3Si的磨损率随温度升高而升高;在空气中800℃下，Fe3Si的磨损率则大幅度降低，表现出明显的所谓“反温度现象”，这与Fe3Si磨损表面生成的致密的摩擦氧化膜有关。最后，研究了Fe3Si及Cr／Al复合合金化Fe3Si基有序合金在800℃和900℃下的抗氧化性能。研究发现，800℃条件下Fe3Si的氧化动力学曲线包含两个阶段，即10h之前Fe3Si氧化增重速度表现为抛物线规律，10h之后则表现为直线规律;900℃下Fe3Si的氧化动力学曲线遵从抛物线规律;Cr／Al复合合金化，显著提高了Fe3Si基有序合金材料的高温抗氧化性能，其氧化动力学曲线也遵从抛物线规律。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 130 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/89805]  |
| 专题 | 材料科学与工程学院 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 贾建刚. Fe_3Si基有序合金材料及其摩擦学与抗氧化性能研究[D]. 2008. |
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