关键词:
镁合金
LPSO相
摩擦磨损
磨损机理
摘要:
作为最轻的金属结构材料,镁合金因其高比强度、比刚度,良好的电磁屏蔽和阻尼减震以及易于回收利用等优点,被广泛应用于航空航天、汽车和电子通讯等工业领域,但是镁合金机械性能较低、耐磨性能较差,这限制了其在许多工业领域的应用。近年来,一种新型的含长周期堆垛有序(LPSO)相镁合金因具有较好的综合力学性能以及耐磨性能,受到了国内外研究学者的广泛关注。因此本文采用重力铸造工艺制备了含LPSO相Mg84Y8Zn8、Mg84Y8Ni8和Mg84Y8Zn4Ni4合金,并对其进行固溶处理。利用XRD、SEM、EDS、TEM等分析手段系统研究了各态合金的微观组织,并测试其力学性能;同时采用球-盘式摩擦磨损实验,对三种铸态合金的干摩擦磨损行为进行研究,并分析其摩损机理。本文主要研究结论如下:(1)三种铸态合金基体相均为LPSO相。Mg84Y8Zn8合金中LPSO相的显微硬度最高,为132.3 HV,而Mg84Y8Zn4Ni4合金中LPSO相的显微硬度最低,为109.3 HV。Mg84Y8Zn4Ni4合金具有最佳的拉伸和压缩性能,其抗拉强度、压缩强度和伸长率分别为95.3 MPa、474 MPa和4.7%。经过固溶处理后,三种合金中LPSO相的体积分数均有所增加,Mg84Y8Zn8合金中的LPSO相结构也由18R转变为14H;此外,三种合金中LPSO相的显微硬度均有所降低,Mg84Y8Ni8合金中LPSO相的显微硬度最高,为109.4 HV,而Mg84Y8Zn4Ni4合金中LPSO相的显微硬度最低,为98.4 HV;固溶态Mg84Y8Zn4Ni4合金具有最佳的压缩性能,其压缩强度为519.4 MPa。(2)固定滑动速度为0.125 m/s,随着载荷的增大,三种合金的平均摩擦系数和体积磨损率均逐渐增大;固定载荷为6 N时,随着滑动速度的增加,三种合金的平均摩擦系数和体积磨损率均逐渐降低。在这两种条件下,Mg84Y8Zn8合金具有最低的平均摩擦系数和体积磨损率,表现出最佳的耐磨性能;而Mg84Y8Zn4Ni4合金具有最高的平均摩擦系数和体积磨损率,表现出最差的耐磨性能。(3)固定滑动速度为0.125 m/s,当载荷为3 N时,三种合金的主要磨损机制均为磨粒磨损和氧化磨损;当载荷为6 N时,三种合金的磨损表面开始出现剥层磨损,表面氧化程度也加重,其中Mg84Y8Zn4Ni4合金剥层磨损程度最为严重,而Mg84Y8Zn8合金最轻;当载荷为9 N时,Mg84Y8Ni8和Mg84Y8Zn4Ni4合金的磨损机制开始转变为表面塑性变形,由轻微磨损状态开始进入严重磨损状态,其中Mg84Y8Zn4Ni4合金表面塑性变形程度最为严重。(4)固定载荷为6 N,在0.125 m/s的滑动速度下,三种铸态合金的磨损机制均主要为磨粒磨损、氧化磨损和剥层磨损,其中Mg84Y8Zn4Ni4合金剥层磨损程度最为严重,而Mg84Y8Zn8合金最轻;当滑动速度增加至0.251 m/s时,Mg84Y8Zn8合金只含有磨粒磨损和氧化磨损,而Mg84Y8Ni8合金和Mg84Y8Zn4Ni4合金主要为磨粒磨损、氧化磨损和轻微剥层磨损,其中Mg84Y8Zn4Ni4合金剥层磨损仍然更为严重,当滑动速度增加至0.377 m/s时,三种合金都只含有磨粒磨损和氧化磨损两种磨损机制,但随着滑动速度的增加,其磨损表面氧含量逐渐增多,氧化磨损逐渐加重。