学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

过氧化氢环境下陶瓷材料磨损机理的研究

作　者: 黎俊
导　师: 袁成清
学　校: 武汉理工大学
专　业: 轮机工程
关键词: 陶瓷材料 1Cr18Ni9Ti H2O2 磨损自腐蚀电位模型
分类号: V250.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 50次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

新一代无毒无害运载火箭的推进系统中的部分运动部件(如涡轮泵轴承)和密封件等要求在H202强氧化性环境下工作,在此种极端工况条件下的摩擦副的摩擦学行为将发生极度恶化。陶瓷材料是过氧化氢的二级相容材料,以其耐高温、耐磨损、耐腐蚀等一系列优异的性能在航空航天轴承领域内具有广阔的应用前景。当前,对于陶瓷材料在H202强氧化性介质中的摩擦学行为及其失效机理的研究尚未多见,本文通过研究陶瓷材料在H202强氧化性环境中的摩擦磨损行为、腐蚀电化学特性及失效机理,在此基础上建立H202介质溶液中的陶瓷球/1 Cr1 8Ni9Ti不锈钢环摩擦配副的磨损模型和腐蚀模型,为强氧化性环境下摩擦副材料的合理设计、选材提供了重要的理论依据。通过所建立的强氧化环境下材料摩擦学及电化学性能试验平台对Zr02、A12O3和Si3N4工程陶瓷材料分别与1Crl18Ni9Ti不锈钢材料配副时在不同浓度H202介质溶液中的摩擦磨损行为进行了研究,对比分析了摩擦系数、磨损量、摩擦副的磨损表面形貌、磨粒特征以及腐蚀电化学参数的变化规律,建立磨损量-H2O2介质浓度、腐蚀量-H2O2介质浓度关系的磨损模型和腐蚀模型。研究发现：随着H202介质溶液浓度的增大,ZrO2陶瓷球/1 Crl 8Ni9Ti不锈钢环摩擦配副和A1203陶瓷球/1Crl 8Ni9Ti不锈钢环摩擦配副的平均摩擦系数总体上呈现减小的趋势；而Si3N4陶瓷球/1Cr18Ni9Ti不锈钢环摩擦配副的平均摩擦系数总体上呈现增大的趋势。离子键型陶瓷材料(ZrO2、A12O3)的吸附能力比共价键型陶瓷Si3N4的强,其与1Cr18Ni9Ti不锈钢对摩时,在陶瓷表面形成不锈钢的转移膜,发生类似金属与金属之间的粘着磨损作用,使摩擦系数较高。随着H202介质溶液浓度的增大,粘着作用减弱,摩擦系数减小,高浓度H202介质溶液中,Si3N4陶瓷材料的磨损以腐蚀磨损和磨粒磨损为主,摩擦系数增大。从磨损量的大小来看,Si3N4陶瓷球/1Cr18Ni9Ti不锈钢环摩擦配副最耐磨,Zr02陶瓷球/1Cr18Ni9Ti不锈钢环摩擦配副最不耐磨,A1203陶瓷球/1Cr18Ni9Ti不锈钢环摩擦配副耐磨性居中。Zr02陶瓷球在H202介质溶液中发生脆性断裂和犁沟型磨损,使其磨损量较大；Si3N4陶瓷球在H202介质溶液中以腐蚀磨损为主,生成的膜状产物能对磨损表面起到一定的保护作用,磨损量较小。考察试验后的磨损表面粗糙度可知,H202介质能对1Cr18Ni9Ti不锈钢环表面起到一定的类似化学抛光的作用,使磨损后的表面粗糙度有所减小。考察不同浓度H202介质溶液中的自腐蚀电位随磨损进程的变化规律发现：纯水中自腐蚀电位为负,随着H202浓度的增加,自腐蚀电位发生正移现象,且正移量增加；H202介质溶液中的H202的钝化作用会造成1Crl8Ni9Ti不锈钢阳极腐蚀电流减小、钝化膜的稳定性和厚度增加,钝化性能增强,从而使1Crl8Ni9Ti不锈钢在H202介质溶液中的自腐蚀电位正移。浓度愈大,钝化作用愈强,正移量增加。Si3N4陶瓷球／1Cr18Ni9Ti不锈钢环电位正移幅度最小；Zr02陶瓷球／1Cr18Ni9Ti不锈钢环电位正移幅度最大,且波动严重；A1203陶瓷球／1Cr18Ni9Ti不锈钢环幅度和波动居中。H202强氧化性介质溶液中生成的钝化膜在摩擦磨损过程中破坏、再生、再破坏造成了自腐蚀电位的变化与波动。陶瓷球磨损量-H202介质浓度、腐蚀量-H202介质浓度分别遵循指数关系与对数关系,建立的H202介质溶液下的陶瓷球/1Cr18Ni9Ti不锈钢环摩擦配副的磨损模型和腐蚀模型为陶瓷不锈钢配副的摩擦磨损行为和腐蚀电化学性能的分析提供了依据,具有较好的试验指导作用。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 课题研究背景  11-13
  1.2 国内外研究现状及进展  13-18
    1.2.1 工程陶瓷材料的摩擦学应用及其发展方向  13-14
    1.2.2 腐蚀磨损概论  14-16
    1.2.3 H_2O_2环境下工程陶瓷材料腐蚀磨损研究进展  16-18
  1.3 课题来源  18
  1.4 研究的主要内容  18-19
第2章试验设备及分析方法  19-27
  2.1 前言  19
  2.2 摩擦磨损试验设备  19-20
  2.3 电化学测试系统  20-22
    2.3.1 腐蚀电化学概述  20-21
    2.3.2 腐蚀电化学测试系统的构建  21-22
  2.4 试验分析仪器及手段  22-24
    2.4.1 磨粒分析  22-23
    2.4.2 摩擦副表面分析  23-24
  2.5 试验分析流程及数据处理  24-26
    2.5.1 分析流程  24-25
    2.5.2 数据处理  25-26
  2.6 本章小结  26-27
第3章陶瓷材料在H_2O_2介质下的摩擦学与腐蚀电化学特性  27-56
  3.1 前言  27
  3.2 试验部分  27-29
    3.2.1 材料准备  27-28
    3.2.2 试验设计  28-29
  3.3 摩擦学性能分析  29-46
    3.3.1 摩擦系数分析  29-30
    3.3.2 质量磨损量分析  30-31
    3.3.3 磨粒分析  31-35
    3.3.4 摩擦副表面形貌分析  35-40
    3.3.5 工程陶瓷材料在H_2O_2介质下的摩擦磨损机理探讨  40-46
  3.4 腐蚀电化学性能分析  46-55
    3.4.1 自腐蚀电位测量结果及分析  46-52
    3.4.2 工程陶瓷材料在H_2O_2介质下的腐蚀电化学机理探讨  52-55
  3.5 本章小结  55-56
第4章磨损模型与腐蚀模型  56-65
  4.1 前言  56
  4.2 磨损模型  56-60
    4.2.1 模型建立  56-57
    4.2.2 模型求解  57-59
    4.2.3 模型讨论  59-60
  4.3 腐蚀模型  60-64
    4.3.1 模型建立  60-61
    4.3.2 模型求解  61-63
    4.3.3 模型讨论  63-64
  4.4 本章小结  64-65
第5章结论与展望  65-68
  5.1 全文主要成果和结论  65-66
  5.2 研究展望  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-73
攻读硕士期间发表的主要论文  73
攻读硕士期间参加的科研项目  73

过氧化氢环境下陶瓷材料磨损机理的研究

内容摘要

全文目录

相似论文