内生钛基非晶复合材料摩擦磨损性能的研究.pdf

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1、太原理工大学硕士研究生学文论文内生钛基非晶复合材料摩擦磨损性能的研究摘要通过快速冷却等方式抑制熔融态金属原子的有序排列，可以得到与传统金属完全不同的非晶合金。它拥有超高强度和大的弹性极限，同时兼具强耐蚀性、高耐磨性和优异的磁学性能等优点。优异的性能吸引大量研究者将目光从有序态物质投向无序结构的非晶体系，带动了非晶态甚至凝聚态物理的蓬勃发展。然而，无序结构使非晶合金具有超高强度的同时也兼具了玻璃态物质的室温脆性，大大限制了它的工程应用，非晶合金因此也被称为金属玻璃。通过调节成分并采用合适的冷却工艺，

2、得到的内生枝晶增韧非晶基复合材料同时拥有了高强度和大韧性的综合力学性能，使其拥有更为广泛的工程应用前景。文中，通过合适的成分配比，采用真空电弧熔炼（铜模吸铸法）技术制备得到了三种树枝晶体积分数不同的Ti基内生枝晶增韧非晶基复合材料。重点研究了不同载荷下，Ti42Zr22V14Cu5Be17非晶复合材料分别在干磨条件下和酸雨环境中的磨损行为，探究了磨损机理和酸雨中的腐蚀机理；进一步分析了树枝晶体积分数对材料摩擦磨损性能、显微硬度以及酸雨中腐蚀性能的影响。研究结果如下：1.研究发现，Ti42Zr22V

3、14Cu5Be17非晶复合材料干磨时，摩擦系数的平均值及波动幅度均随着载荷的增大而增大；磨损机制在低载荷时主要以磨粒磨损为主伴随有轻微的粘着磨损，随着载荷增大粘着磨损逐渐增强；磨痕I太原理工大学硕士研究生学文论文表面产生明显的加工硬化，载荷越大加工硬化越明显。2.酸雨中，摩擦系数平均值都要高于同载荷干摩擦时的摩擦系数；磨损率都超过了同载荷干磨时的值；磨损机制主要是腐蚀磨损，磨痕表面产生大量的分层和剥落现象。-3.内生枝晶非晶复合材料在酸雨中的腐蚀主要表现为酸雨中Cl的点蚀行为，亚稳态的非晶基体更易

4、被腐蚀而树枝晶保留下来。酸雨中点蚀坑的出现加剧了复合材料的磨损，使磨损率增大。4.研究还发现，随着复合材料中树枝晶体积分数增大，材料的显微硬度降低，磨损率升高，酸雨中的耐腐蚀性能增强。摩擦过程中，复合材料同时发生非晶基体的软化和树枝晶的硬化行为，摩擦后的加工硬化率与树枝晶体积分数呈现一个开口向下的Ｕ形关系，即合适的树枝晶体积分数才能达到更高的加工硬化能力。关键词：非晶复合材料，摩擦磨损，加工硬化，腐蚀II太原理工大学硕士研究生学文论文TRIBOLOGICALPROPERTIESOFTI-BASED

5、DENDRITE-REINFORCEDMETALLICGLASSMATRIXCOMPOSITESABSTRACTTheamorphousalloywasobtainedbyrestrainingtheorderlyarrangementofthemetalatomsatmoltenstatebyrapidcooling,whichwascompletelydifferentfromthatoftraditionalmetal.Bulkmetallicglassesexhibitsuperiorpe

6、rformanceatambienttemperature,suchashighstrengths,largeelasticlimits,highercorrosionresistance,highabrasionresistanceandexcellentmagneticpropertiesandsoon.Therefore,moreattentionwasattractedfromtheorderlystructuretotheamorphoussubstance,leadingtothevi

7、gorousdevelopmentofamorphousandcondensedmatterphysics.However,theamorphousalloysexhibitedbrittlefracturebehavioratroomtemperature,whichgreatlylimitsitsapplicationofengineering.Consequently,aseriesofdendrite-reinforcedmetallicglassmatrixcompositeswered

8、evelopedbyadjustingthecompositionandusingappropriatecoolingprocess.Thisnewcompositespossessedhavebothhighstrengthandexcellenttoughness,sothatithadawiderrangeofengineeringapplications.Inthispaper,threeTi-basedbulkamorphousalloyswithdifferentIII