MoSi2-Mo5Si3-Mo5SiB2/SiC配对副的摩擦磨损性能

MoSi2-Mo5Si3-Mo5SiB2/SiC复合材料是一种很有发展前景的高温耐磨材料,但MoSi2-Mo5Si3-Mo5SiB2/SiC/SiC配对副的干滑动摩擦磨损性能尚不清楚.本文中通过销-盘式干滑动摩擦磨损试验,考察了MoSi2-Mo5Si3-Mo5SiB2/SiC/SiC配对副在不同温度(25~1 000℃)和载荷下(2.5~10 N)的摩擦学特性.结果表明:试验温度和载荷对MoSi2-Mo5Si3-Mo5SiB2/SiC/SiC配对副的摩擦系数影响较大,而对其磨损率影响较小.载荷为5 N时,在25~1 000℃区间,摩擦系数和磨损率分别在0.11~0.43和0.513×10-7~0.544×10-7 mm3/(N·m)范围;在25~400℃时,磨损机制以轻微的氧化和黏着磨损为主,在600~1 000℃磨损机制主要表现为严重的氧化和黏着磨损.在1 000℃时,随着载荷(2.5~10 N)的增加,摩擦系数和磨损率分别为0.29~0.38和0.540×10-7~0.547×10-7 mm3/(N·m);载荷为2.5~10 N时,始终存在黏着和氧化磨损;载荷为7.5~10 N时,材料磨损表面还伴随碾压塑性变形的特征.

基于第一性原理的D8m-Mo5Si3成键特征与点缺陷行为

运用第一性原理平面波赝势方法,对D8m-Mo5Si3化合物的空位与反位缺陷的形成能、点缺陷浓度及其电子结构进行计算,研究D8m-Mo5Si3的成键行为,并分析了其点缺陷结构的稳定性。结果表明:D8m-Mo5Si3的晶格常数a=9.6808Å,c=4.9033Å,体模量B0=247.08 GPa。Mo5Si3的成键电荷密度呈现出纺锤状特征,表明了Mo 4d态和Si 3p态之间的局部杂化效应。由形成能的计算结果可知,在富Mo合金中MoSi1缺陷最稳定,在富Si合金中SiMo2缺陷最稳定。究其原因是因为在MoSi1和SiMo2这两种缺陷中Si和Mo原子之间的电荷积累效应得到增强,相互作用增大。结合Wagner-Schottky模型,研究了在2173 K下D8m-Mo5Si3的点缺陷浓度与成分之间的关系,计算结果再次证实了MoSi1和SiMo2是富Mo或富Si合金中最主要的缺陷形式。

SiC/Mo界面反应的微观结构及对Mo力学性能的影响

采用XRD、SEM分析测试方法研究在600~1200℃和1800℃真空热处理2 h条件下SiC/Mo界面反应层微观结构,并对SiC/Mo界面反应前后Mo金属的力学性能进行比较。研究表明：在800和1000℃热处理后,Mo与SiC分解的C在表面反应生成Mo2C;在1200℃热处理后Mo表面出现了Mo2C和Mo3Si相,以亚微米颗粒状反应层结构存在;当1800℃热处理后出现了Mo5Si3、Mo5Si3C以及扩散未分解的SiC。采用EDS方法在SiC/Mo界面反应层的断口处确定出Si扩散深度大于C。在600~1200℃热处理后,SiC/Mo界面反应对Mo金属的维氏硬度和延伸率均增大,而拉伸强度改变较小。

La_2O_3-Mo_5Si_3/MoSi_2复合材料的力学性能和高温氧化行为

通过自蔓延高温合成了稀土协同Mo5Si3复合强韧化MoSi2的复合粉末,研究了La2O3-Mo5Si3/MoSi2复合材料的室温力学性能和高温氧化特性。结果表明:与纯MoSi2相比,稀土和Mo5Si3细化了材料的晶粒,提高材料的室温弯曲强度和断裂韧性,其强化机制为细晶强化,韧化机制为细晶韧化、裂纹偏转、裂纹分支和微桥接;当Mo5Si3含量不超过30%(摩尔分数)时,随着Mo5Si3含量的增加,材料的抗氧化性能降低,而RE-40%Mo5Si3/MoSi2(摩尔分数)复合材料出现粉化现象;RE-Mo5Si3/MoSi2复合材料抗氧化性的降低,主要是由于Mo5Si3较差的抗氧化性、材料致密度的降低以及晶粒细化的结果;0.8%稀土(质量分数)协同5%Mo5Si3(摩尔分数)的RE-Mo5Si3/MoSi2复合材料具有较好的综合力学性能和高温抗氧化特性。

Mo-Si-C系金属间化合物Mo_5Si_3C Gibbs生成自由能估算

根据最小自由能原理和向下凸曲面性质推导出估算三元系和二元系金属间化合物热力学数据的判断式 ,并以 Mo- Si- C三元系为例 ,估算了三元相 T(Mo5 Si3C)的 Gibbs生成自由能。

MoSi_2-Mo_5Si_3复合材料的低温氧化行为

通过热重分析 (TGA)、X射线衍射 (XRD)和扫描电镜 (SEM)研究了 Mo Si2 - Mo5Si3复合材料的低温氧化行为 ,指出材料低温氧化时 ,随 Mo5Si3量增多 ,材料氧化加剧 ,当 Mo5Si3含量超过 16 % (质量分数 )时发生“PEST”现象 ,所形成的 Si O2 由于 Mo O3晶须的大量存在 ,使其不能均匀连续地分布于材料表面 。

Fe_2(MoO_4)_3/Si_3N_4复合粉末还原及热压微观组织结构分析

以α-Si3N4,Fe（NO3）3.9H2O和NH4Mo7O24.4H2O为原料,采用非均相沉淀法制备Fe2（MoO4）3/Si3N4复合粉末,采用氢气还原与热压法获得Fe-Mo/Si3N4复合粉末与烧结体,采用X线衍射仪（XRD）、电子能谱（EDS）、电镜扫描（SEM）和电镜透射（TEM）等方法对Fe-Mo/Si3N4复合粉末与烧结体物相、成分及微结构进行观察与分析。分析结果表明：Fe-Mo/Si3N4复合粉末主要成分为α-Si3N4,Mo,Si和Fe-Mo氮化物（Fe6Mo7N2和Fe3Mo3N）,其中Mo颗粒长大;粒径为4~7μm的Mo5Si3大颗粒均匀镶嵌在Si3N4,Fe-Mo氮化物（Fe6Mo7N2和Fe3Mo3N）及SiO2的混合物组成的粒径为1μm左右的小颗粒之中。

La_2O_3-Mo_5Si_3/MoSi_2复合材料的高温氧化行为

研究了0.8%La2O3-Mo5Si3/MoSi2复合材料在1200℃空气中的高温氧化行为。结果表明:0.8%稀土和Mo5Si3的加入,使材料的抗氧化性能降低。Mo5Si3含量越高,材料的抗氧化性能越差。当Mo5Si3含量低于30%时,在氧化初始阶段,质量变化呈直线下降,随着氧化的进行,氧化逐渐增重,材料表面形成较致密的SiO2阻止了材料的进一步氧化,使得氧化增重较小。而0.8%La2O3-40%Mo5Si3/MoSi2复合材料却出现了“粉化”现象。0.8%La2O3-Mo5Si3/MoSi2复合材料抗氧化性能的降低,归因于Mo5Si3差的抗氧化性和材料致密度的降低;另外,稀土和Mo5Si3的加入,细化了材料的晶粒,使晶界面积增加,加速了氧在晶界中的扩散,促进了材料的氧化。

球磨参数对机械合金化制备Al_2O_3/Mo_5Si_3复合粉体特性的影响

以MoO3粉、Mo粉、Si粉及Al粉为原料,采用机械化学还原法制备了Al2O3/Mo5Si3复合粉体。利用XRD、SEM等对复合粉体在球磨过程中的物相转变和形貌进行表征,并对球磨参数对机械合金化过程的影响进行探讨。结果表明,原料粉体球磨10 h后转变为Al2O3/Mo5Si3复合粉体,反应较完全。随球磨时间延长,复合粉体细小均化,粉体粒度较小,球磨20h后粉体粒度在3~5μm之间,随球磨转速的提高,球磨时间延长,球磨提供能量提高,反应开始时间变短。

热压原位合成(Cu-Mo)/Mo_5Si_3复合材料

为改善Mo5Si3的室温脆性,以Mo、Cu、Si粉体为原料,通过热压反应烧结原位合成制备了(Cu-Mo)/Mo5Si3复合材料。其微观组织由Mo5Si3和少量Mo形成的相和Cu基固溶体相两相组成,且各相分布均匀、组织致密。随着Cu含量(质量分数)的增加,Mo5Si3的体积分数减少,材料的硬度下降,而相对密度、抗弯强度和断裂韧度提高。Cu和Mo的协同增韧,加之Mo5Si3的高强度和高硬度使(Cu-Mo)/Mo5Si3复合材料具有良好的强韧性配合。

难熔(Mo_(1-x),Nb_x)_5Si_3合金的制备与组织性能

为改善Mo5Si3的本征脆性,采用电弧熔炼/高温退火技术制备了(Mo1-x,Nbx)5Si3(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0)合金,并结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计等分析设备,对合金试样进行了分析测试。结果表明,Mo有助于高温相β-Nb5Si3的稳定;合金更倾向形成(Mo,Nb)5Si3及β-(Nb,Mo)5Si3固溶体,能谱分析表明有少量Mo3Nb2Si3三元相生成;Nb在Mo5Si3中的固溶度远大于在MoSi2中的固溶度;随Nb含量的增加,合金硬度呈现先增高后降低的抛物线规律,最高硬度(HV)达1616.7,试样退火后的硬度高于退火前的硬度;压痕断裂韧度较低,合金韧性没有明显改善。

热压法制备的(Mo_(1-x)Nb_x)_5Si_3合金组织及抗腐蚀性能

以Mo粉、Nb粉、Si粉为原料,采用热压法制备(Mo1-xNbx)5Si3(x=0,0.2,0.4)难熔金属硅化物合金,利用电化学测试及盐酸浸泡腐蚀实验,研究该合金在浓度为1 mol/L的HCl溶液中的腐蚀行为以及Nb含量对合金组织和耐蚀性的影响。结果表明,随Nb含量增加,(Mo1-xNbx)5Si3合金晶粒细化,相对密度和组织均匀性提高,x=0.4时晶粒尺寸和相对密度分别为44.1 nm和96.1%;阳极极化曲线表现出钝化-溶解-钝化的二次钝化行为;由于(Mo1-xNbx)5Si3合金高的化学稳定性及其表面形成MoO2、SiO2等钝化膜,因此该合金具有非常优异的耐HCl溶液腐蚀性能,且随着Nb含量增加,耐腐蚀性提高。Mo5Si3、Mo4NbSi3和Mo3Nb2Si3在0.1 mol/L的盐酸溶液中平均浸泡腐蚀速率分别为0.064、0.039和0.020 mm/a,远低于0Cr18Ni9不锈钢的平均腐蚀速率(12.04 mm/a)。

自蔓延高温合成 MoSi_2/Mo_5Si_3 复合材料

用初始Ｍｏ粉和Ｓｉ粉通过自蔓延高温合成方法（ＳＨＳ）制取不同Ｍｏ５Ｓｉ３含量的ＭｏＳｉ２／Ｍｏ５Ｓｉ３复合材料．用Ｘ射线衍射仪、扫描电镜对产物进行组织结构分析．实验结果表明，在自蔓延高温合成中，ＭｏＳｉ２是一步生成，无中间相形成．随着样品中Ｓｉ含量的减少，产物中Ｍｏ５Ｓｉ３的含量增多。

Mo_3Si-Mo_5Si_3共晶硅化物的氧化

利用循环氧化和原位 X射线衍射法 ,研究了 Mo3 Si- Mo5Si3 共晶硅化物在 60 0～ 1 2 0 0°C氧化行为 ,分析了低温氧化规律和高温氧化瘟疫现象 .结果表明 ,共晶硅化物的低温氧化并没有按照热力学优先顺序反应而是受到了动力学因素的控制 ,氧化曲线呈直线规律 .在 1 0 0 0°C氧化并发生氧化瘟疫现象的试样中发现 ,孔洞和裂缝等缺陷处优先生成混合氧化物 .

MoSi_2高温氮化行为的研究

以MoSi2粉体为原料,分别在1400、1500、1600、1700℃温度下,0.9MPa氮气气氛条件下保温3h,研究了MoSi2的高温氮化行为。XRD、SEM和EDS研究结果表明:MoSi2的氮化产物主要有Mo5Si3和Si3N4,同时还有SiO2和Si2N2O生成,氮化生成的Si3N4呈针柱状。MoSi2氮化后生成的Si3N4的量随氮化温度的升高而增加。

TiAl和Mo_5Si_3金属间化合物基高温结构材料及其合金化研究

对比分析了TiAl和Mo_5Si_3金属间化合物的性能特点、应用前景和存在问题,并对这两种金属间化合物的合金化研究作了综述和展望。近来研究微量镁和镍在TiAl合金中的作用发现,微合金化可提高变形合金的热加工工艺性能和促进铸造合金组织的细化,是TiAl金属间化合物进一步合金化研究的重要方向。根据模量计算和常用合金元素在Mo_5Si_3相中溶解度的测定结果,讨论了以合金化韧化Mo_5Si_3化合物的潜力。

热压制备Mo-Nb-Si系新型高温金属硅化物合金

以Mo粉、Nb粉和S i粉为原料,采用机械活化/热压工艺制备(Mo1-xNbx)5Si3(x=0,0.4,0.6,1.0)型高温金属硅化物。通过XRD、SEM和EDS等分析手段对合金试样进行物相分析、显微组织观察、微区成分分析及力学性能测试。结果表明:合金试样的主要物相为Mo5Si3、α-Nb5Si3、γ-Nb5S i3及其(Mo,Nb)5Si3和β-(Nb,Mo)5Si3固溶体相,Mo有助于高温相β-Nb5S i3的相稳定;随着Nb含量的增加,硬度值呈上升趋势,合金硬度较高,达1 311.5～1 397.5HV;试样的压痕断裂韧度和抗压强度呈先增加后降低的趋势,当x=0.6时断裂韧度和抗压强度达到最大,分别为4.71MPa·m1/2和1 637MPa,Nb5Si3和Nbss(Nb基固溶体)有助于合金断裂韧度的提高。

Cu含量对Mo_5Si_3-Cu复合材料显微组织和力学性能的影响

以Mo粉、Si粉和Cu粉为原料,采用机械合金化/热压烧结法制备Mo_5Si_3-Cu复合材料,研究了Cu含量对Mo_5Si_3-Cu复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明,Mo_5Si_3-Cu复合材料由基体相Mo_5Si_3和晶界相Cu组成,组织均匀细小,晶粒尺寸为3~5μm;随着Cu含量的增加,复合材料的烧结致密度、弯曲强度和断裂韧性逐渐升高,而硬度呈先升高后降低的趋势;Cu含量为10%时,复合材料的致密度、硬度、弯曲强度和断裂韧性分别为98.2%、793 HV0.5、551 MPa和8.47 MPa·m1/2。

硅钼混合粉末反应烧结合成MoSi_2

系统研究了按Mo-66.6%Si配比的混合粉末反应烧结合成MoSi2的相变过程,并从热力学和动力学的角度给予分析.结果表明,反应烧结合成纯MoSi2的最低温度为1 200℃左右,且由低温至高温相的形成顺序为Mo+Si→Mo3Si+Si→Mo5Si3+Si→MoSi2.

MoSi_2-Mo_5Si_3复合材料的烧结工艺

系统研究了MoSi2 -Mo5Si3复合材料的烧结工艺。结果表明 ,MoSi2 -Mo5Si3复合材料理想的烧结温度为 1 40 0～ 1 50 0℃ ,保温时间为 1 .0～ 1 .5h ,当Mo5Si3含量为 1 6%时 ,MoSi2 -Mo5Si3复合材料具有最大的相对密度和硬度。