《內生非晶複合材料的磨損及其失效機理》是依託太原理工大學，由楊慧君擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：內生非晶複合材料的磨損及其失效機理
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊慧君
- 依託單位：太原理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
非晶合金及其複合材料較傳統晶態合金在室溫下變形時，表現出更高的彈性極限、屈服強度以及疲勞極限，使其具有成為優質結構工程材料的潛質。然而，目前對非晶合金及其複合材料的研究主要集中在力學性能上，而對其摩擦磨損性能關注較少。摩擦學性能的優劣不僅與材料本身相關，且受接觸載荷、滑動速度及測試環境等影響，其中，服役及測試環境尤為重要。因此，本項目擬重點考察內生非晶基複合材料在空氣、去離子水、NaCl溶液以及模擬雨水等典型摩擦環境中的摩擦磨損行為；藉助物相分析，探究摩擦受力區域的非晶-晶態轉化主要控制機制及原子層面發生的變化；明確內生非晶複合材料在典型服役環境中的失效機制及微觀變形規律。研究結果可為內生非晶基複合材料的工程化套用提供理論依據。
結題摘要
非晶合金及其複合材料較傳統晶態合金在室溫下變形時，表現出更高的彈性極限、屈服強度以及疲勞極限，使其具有成為優質結構工程材料的潛質。然而，目前對非晶合金及其複合材料的研究主要集中在力學性能上，而對其摩擦磨損性能關注較少。摩擦學性能的優劣受接觸載荷、滑動速度及測試環境等影響，其中，服役及測試環境尤為重要。因此，本項目重點考察了內生枝晶增韌非晶基複合材料在空氣、去離子水、AHP高溫潤滑脂以及模擬雨水等典型摩擦環境中的摩擦磨損行為；明確了非晶複合材料在典型服役環境中的失效機制及微觀變形規律。得出了如下結論：樹枝晶均勻分布在非晶基體內，樹枝晶的體積分數為46%，直徑是2-5 μm，樹枝晶的結構主要是bcc β-Zr固溶體。乾燥條件下，複合材料的摩擦係數分別在10 N和0.4 m/s獲得最小值0.339和0.330。磨損率分別在10 N和0.3 m/s獲得最小值1.826×10-4 mm3/N•m和2.389×10-4 mm3/N•m。去離子水中，摩擦係數的範圍為0.35-0.55。載荷為10 N時，磨損率最小；而滑動速度為0.2 m/s時，磨損率最大。AHP高溫潤滑脂中，摩擦係數在0.15-0.35的範圍內變化。AHP高溫潤滑脂顯著降低了材料的摩擦係數，比干燥環境中降低了0.08左右。磨損率分別在10 N和0.4 m/s時獲得最大值。增大滑動速度會增加粘著磨損的幾率。模擬雨水中，摩擦係數在10 N獲得最小值0.385，而磨損率獲得最大值8.85×10-4 mm3/(N•m)。摩擦係數和磨損率的變化範圍分別為0.38～0.52和7.02×10-4～22.77×10-4 mm3/(N•m)。Zr基非晶複合材料在乾燥條件下的平均摩擦係數和磨損率比酸雨中的低很多。在較低的載荷和滑動速度下，Zr基非晶複合材料的磨損機理主要是磨粒磨損。隨載荷和滑動速度的增加，磨損機理由磨粒磨損轉變為磨粒磨損和粘著磨損。材料在磨損過程中發生了氧化和腐蝕，主要的氧化產物是ZrO2、TiO2和Nb2O5。主要的腐蝕產物是金屬氯化物、金屬碳酸鹽和金屬硫酸鹽。非晶複合材料在酸雨中的腐蝕電位和腐蝕電流分別是-0.080421 V和6.1709×10-8 A。本項目共發表SCI收錄論文22篇，中文核心論文1篇，授權國家發明專利4項，獲山西省自然科學獎二等獎1項，培養畢業了5名碩士研究生。
