《單相Fe2B塊體摩擦化學行為的晶粒“取向效應”》是依託西安交通大學，由皇志富擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：單相Fe2B塊體摩擦化學行為的晶粒“取向效應”
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：皇志富
- 依託單位：西安交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
Fe2B作為鐵硼合金或鋼鐵表面滲硼層中的主要減摩相，其摩擦化學反應產物特性是決定材料摩擦學性能的重要因素之一。而取向Fe2B晶粒空間鍵絡特徵的差異雖然對其摩擦化學反應行為會產生根本性作用，但是這方面的研究目前基本處於空白。本項目以採用定向凝固技術製備的具有不同特徵取向Fe2B單相塊體為研究對象，提出研究Fe2B晶粒取向對其摩擦化學行為特徵影響的學術思想，以揭示取向Fe2B摩擦學特性及發生摩擦化學反應異同的根本機制為目標。確定主要研究內容為：（1）表征不同摩擦條件下取向Fe2B摩擦學特性；（2）闡明摩擦產物類型及構成對其摩擦學特性的作用機制；（3）基於密度泛函理論（DFT）和有限元 ABAQUS軟體計算，揭示取向Fe2B空間鍵絡特徵和摩擦應力場、溫度場對其發生化學反應的協同作用機制。該項目目標的實現不僅可進一步豐富摩擦學理論，而且還可為改善鐵硼合金和滲硼層摩擦學特性提供重要的理論指導和試驗數據。
結題摘要
Fe2B是鐵硼合金中最期望獲得的硬質相，也是鋼鐵滲硼過程中希望獲得的表層組織。研究表明滲硼層在滑動摩擦過程中發生化學反應生成自潤滑膜，從而降低摩擦因數，有一定的減摩性。另外，Fe2B晶體在生長過程中表現出很強的定向效果。本項目通過製備單相Fe2B塊體和定向Fe2B塊體，利用實驗表征和模擬計算，分別在不同載荷和速度下研究其的摩擦磨損性能，對比研究了不同晶粒取向Fe2B塊體的摩擦學行為，並討論了Fe2B塊體的動態摩擦學行為，得到以下主要結果：（1）摩擦產物Fe2O3、B2O3、SiO2以及H3BO3組成的混合物共同構成了潤滑膜，降低了摩擦係數。塊體Fe2B的磨損方式主要以磨粒磨損和脆性斷裂為主。銷試樣摩擦面中心點的穩定溫度值與摩擦速度和載荷的函式關係為：T=154.2vP-2257.3v-28.27P+473.86。銷試樣摩擦表面中心點應力隨載荷的增加同樣成比例增加，但是中心點應力卻隨速度的增加幾乎保持不變。（2）隨著載荷和速度的增加，取向試樣的摩擦係數和磨損率均出現降低後增加的趨勢。橫截面試樣在8N載荷條件下獲得最低的摩擦係數和磨損率，而縱截面試樣在12N載荷時摩擦係數和磨損率最低。同一速度和載荷作用下，隨著時間的延長，橫截面銷試樣的升溫區域不斷擴大；而縱截面銷試樣的升溫區域只維持在銷試樣的下半段。且位於同一位置，橫截面的溫度值始終低於縱截面試樣的溫度值。不同時間下橫、縱試樣摩擦面上中心點應力值變化趨勢幾乎一致，兩者的應力差值在其應力值的千分之一範圍內。本項目研究了載荷、速度和晶粒取向等對Fe2B塊體摩擦磨損性能的影響，闡明了Fe2B塊體的動態摩擦學變化規律，揭示了摩擦界面應力場、溫度場與晶粒“取向效應”對Fe2B摩擦行為的協同作用機制，進一步豐富和完善了摩擦學理論，並為Fe2B塊體作為耐磨減摩材料在工程中的套用奠定了基礎。
