Zr基块体非晶合金的摩擦磨损行为及机理研究

作     者：廖振龙 

作者单位：福建工程学院 

学位级别：硕士

导师姓名：陈文哲;花能斌

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：Zr基块体非晶合金 干摩擦磨损行为 成分 对偶件 退火处理 

摘      要：耐磨性能是材料在工程应用中的一个重要性能指标。为了促进非晶合金在结构材料领域中的应用,本文以Zr基块体非晶合金为研究对象,系统研究了合金成分、结构以及对偶件形状参数等条件对Zr基块体非晶合金摩擦磨损行为及机理的影响。首先,研究了合金成分对Zr基非晶合金干摩擦磨损行为及机理的影响。ZrAlNiCu、ZrAlCoAg、ZrAlCo和ZrAlCoPt块体非晶合金的比磨损速率在14.25-18×10 mm·mm·N之间变化,摩擦系数约为0.6-0.7,磨损机制均为磨粒磨损和氧化磨损。不同合金成分的Zr基非晶合金具有不同的硬度和泊松比,其耐磨性受到硬度和韧性协同作用影响。此外,实验研究发现Pd基、Fe基、Ti基、Hf基、Zr基和Mg基等非晶合金的耐磨性与硬度和泊松比存在相关性,硬度和泊松比越高,非晶合金的耐磨性越好。其次,研究了对偶件尺寸对ZrAlNiCu块体非晶合金的微刮擦行为及机理的影响。随着对偶件尺寸从毫米级别减小到微米级别,ZrAlNiCu块体非晶合金在微刮擦条件下的磨损机制均为磨粒磨损,并没有出现干摩擦条件下的氧化磨损现象。ZrAlNiCu块体非晶合金的应力分布模拟计算结果表明,非晶合金在低应力条件下的应力集中主要分布在样品表面,刮擦损伤主要受塑性变形控制;在高应力条件下,应力集中则主要分布在距离样品表面一定深度的亚表层区域,此时其刮擦行为则主要以剪切带和微裂纹的形核与扩展为主。最后,采用真空热处理获得不同退火态的ZrAlNiCu合金样品,研究合金结构对Zr基非晶合金干摩擦磨损行为及机理的影响。实验结果表明,随着退火温度的升高,ZrAlNiCu合金的比磨损速率降低,磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损共同控制。真空退火处理降低了ZrAlNiCu合金在摩擦过程中的抗氧化性,退火温度越高,合金样品在摩擦过程中的氧化现象越明显。非晶合金的硬度随着退火温度的升高而提高,当非晶合金出现晶化现象时硬度显著提高,这与摩擦过程表面生成更多的高硬度的氧化物有关。综上所述,Zr基块体非晶合金的比磨损速率主要是硬度和泊松比协同作用的结果,其磨损失效方式与磨痕的应力分布状态密切相关,并且可以通过非晶合金的结构驰豫和结晶来进一步增强Zr基块体非晶合金的耐磨性。