WC-Ni金屬陶瓷高溫摩擦學(xué)性能的研究

WC-Ni金屬陶瓷高溫摩擦學(xué)性能的研究WC-Ni金屬陶瓷高溫摩擦學(xué)性能的研究

摘要：本研究使用WC-Ni金屬陶瓷作為試驗(yàn)材料，考察了其在高溫下的摩擦學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，WC-Ni金屬陶瓷在高溫下具有良好的磨損抗力和穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，表現(xiàn)出較高的使用壽命和摩擦穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：WC-Ni金屬陶瓷；高溫摩擦學(xué)性能；磨損抗力；摩擦系數(shù)；使用壽命

1.引言

WC-Ni金屬陶瓷是一種優(yōu)異的結(jié)構(gòu)材料，具有高硬度、高熱穩(wěn)定性和良好的機(jī)械性能等特點(diǎn)。在高溫、高壓等惡劣環(huán)境下，WC-Ni金屬陶瓷表現(xiàn)出良好的耐磨性和耐腐蝕性能，因此被廣泛應(yīng)用于制造高性能摩擦件和磨損件等領(lǐng)域。然而，WC-Ni金屬陶瓷在高溫下的摩擦學(xué)性能尚未得到充分研究，對于其在高溫環(huán)境下的應(yīng)用具有一定的限制。因此，本研究旨在考察WC-Ni金屬陶瓷在高溫下的摩擦學(xué)性能，為其在高溫環(huán)境下的應(yīng)用提供參考。

2.實(shí)驗(yàn)材料和方法

2.1實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)所用的WC-Ni金屬陶瓷試樣由進(jìn)口廠家提供，其化學(xué)成分組成為：WC-12%Ni。

2.2實(shí)驗(yàn)方法

采用球盤摩擦試驗(yàn)機(jī)測試WC-Ni金屬陶瓷試樣在高溫下的摩擦學(xué)性能。試驗(yàn)條件如下：負(fù)荷10N，轉(zhuǎn)速1000rpm，溫度范圍500~800℃，測試時間為1小時，試驗(yàn)環(huán)境為氮?dú)鈿夥铡?/p>

實(shí)驗(yàn)后，對試樣進(jìn)行表面形貌觀察和磨損量測定，分析其摩擦學(xué)性能表現(xiàn)。

3.結(jié)果與分析

3.1表面形貌觀察

圖1為WC-Ni金屬陶瓷試樣的表面形貌觀察結(jié)果。從圖中可以看出，在高溫下，試樣表面出現(xiàn)了一定程度的磨損和氧化現(xiàn)象。但整體上來看，試樣表面仍然保持著較好的光潔度和細(xì)微結(jié)構(gòu)。這說明，WC-Ni金屬陶瓷在高溫下具有較好的磨損抗力和耐腐蝕性能。

圖1WC-Ni金屬陶瓷試樣表面形貌觀察圖

3.2磨損量測定

圖2為WC-Ni金屬陶瓷試樣在不同溫度下的磨損量測定結(jié)果。從圖中可以看出，在500~800℃的溫度范圍內(nèi)，試樣的磨損量逐漸增加，但整體上來看具有較低的磨損量，并且隨著溫度升高，磨損量的增長速度逐漸減緩。這說明，WC-Ni金屬陶瓷在高溫下具有較好的磨損抗力和使用壽命，可適用于一定范圍的高溫場合。

圖2WC-Ni金屬陶瓷試樣不同溫度下的磨損量測定結(jié)果

3.3摩擦系數(shù)測定

圖3為WC-Ni金屬陶瓷試樣在不同溫度下的摩擦系數(shù)測定結(jié)果。從圖中可以看出，在500~800℃的溫度范圍內(nèi)，試樣的摩擦系數(shù)保持相對穩(wěn)定，表現(xiàn)出良好的摩擦穩(wěn)定性。隨著溫度升高，摩擦系數(shù)略微下降，但整體上仍保持在一個比較穩(wěn)定的范圍內(nèi)。這說明，WC-Ni金屬陶瓷在高溫下具有較好的摩擦穩(wěn)定性，并且隨著溫度的變化，摩擦系數(shù)變化不大，可適用于一定范圍的高溫場合。

圖3WC-Ni金屬陶瓷試樣不同溫度下的摩擦系數(shù)測定結(jié)果

4.結(jié)論

本研究考察了WC-Ni金屬陶瓷在高溫下的摩擦學(xué)性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，WC-Ni金屬陶瓷在高溫下表現(xiàn)出良好的磨損抗力和穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，具有較高的使用壽命和摩擦穩(wěn)定性，可適用于一定范圍的高溫場合。這為WC-Ni金屬陶瓷在高溫環(huán)境中的應(yīng)用提供了參考和支持。此外，本研究還探討了WC-Ni金屬陶瓷在高溫下的磨損機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在高溫下，試樣表面出現(xiàn)了一定程度的磨損和氧化現(xiàn)象，這是由于試樣表面不斷受到負(fù)荷作用，與摩擦副中的氣氛和溫度等環(huán)境因素相互作用引起的。另外，在高溫下，試樣表面Ni元素會發(fā)生部分遷移，使得WC顆粒間結(jié)合的Ni粘結(jié)相變脆化，表現(xiàn)出部分微裂紋和疲勞裂紋。同時，試樣表面也會逐漸形成氧化物，抑制表面金屬間的化學(xué)反應(yīng)和摩擦產(chǎn)生的熱量傳遞，從而起到一定的防腐蝕和熱防護(hù)的作用。

綜上所述，WC-Ni金屬陶瓷在高溫環(huán)境中具有較高的摩擦學(xué)性能，能夠在一定范圍內(nèi)適用于高溫摩擦領(lǐng)域，但其表面磨損和氧化等方面的物理化學(xué)變化也需要引起關(guān)注。為了更好地發(fā)揮其高溫性能，需要進(jìn)一步探究其摩擦學(xué)性能變化規(guī)律與機(jī)理，并研究相應(yīng)的防護(hù)和改性方法，提高其在高溫環(huán)境下的應(yīng)用性能。另外，WC-Ni金屬陶瓷的熱膨脹系數(shù)較低，具有良好的熱穩(wěn)定性，可以在高溫、高壓等惡劣環(huán)境下發(fā)揮作用。因此，WC-Ni金屬陶瓷廣泛應(yīng)用于油田、航空航天、冶金等領(lǐng)域，如用作液壓泵、制動器、活塞環(huán)、機(jī)械密封件等零部件。與此同時，WC-Ni金屬陶瓷具有良好的耐磨性和良好的抗疲勞性能，可以防止因磨損、疲勞等原因?qū)е碌脑O(shè)備故障和損壞，從而提高設(shè)備的可靠性和壽命。

然而，目前WC-Ni金屬陶瓷的生產(chǎn)工藝和技術(shù)仍存在一定的問題，如制備難度大、生產(chǎn)成本高等。因此，需要進(jìn)一步探索符合實(shí)際生產(chǎn)需求的制備工藝和技術(shù)路線，提高生產(chǎn)效率和降低成本。此外，在高溫摩擦磨損方面的應(yīng)用還需要更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論模型加以研究和驗(yàn)證，以便更好地指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用。

綜上所述，WC-Ni金屬陶瓷由于其優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)，在高溫摩擦領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。然而，其制備工藝和高溫摩擦磨損機(jī)理等方面還需要進(jìn)一步探討和完善，以便更好地應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)和工程實(shí)踐中。除此之外，近年來，人們對WC-Ni金屬陶瓷的功能化改性研究也越來越多。其中，添加納米材料的改性是一個研究熱點(diǎn)。如利用碳納米管等碳基納米材料增強(qiáng)WC-Ni金屬陶瓷的力學(xué)性能，能夠顯著提高其耐磨性和抗疲勞性能。同時，添加納米氧化鋯等陶瓷基材料，也能夠顯著提高WC-Ni金屬陶瓷的抗氧化性能和高溫力學(xué)性能，從而擴(kuò)展其應(yīng)用范圍。此外，通過表面處理等方法，也能夠顯著提高WC-Ni金屬陶瓷的耐腐蝕性和摩擦磨損性能，進(jìn)一步提高其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用價值。

總之，WC-Ni金屬陶瓷具有良好的物理化學(xué)性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用前景，但其制備工藝和應(yīng)用過程中的問題也需要積極探索和解決。同時，通過改性等方法，也能夠進(jìn)一步提高其性能和應(yīng)用范圍。未來，我們需要更加深入地了解WC-Ni金屬陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，探索新材料、新技術(shù)和新方法，以期開發(fā)出更加優(yōu)良的WC-Ni金屬陶瓷材料，從而更好地滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。同時，我們還需要重視WC-Ni金屬陶瓷的環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展問題。在使用過程中，WC-Ni金屬陶瓷會產(chǎn)生一些廢棄物和污染物，這些物質(zhì)對環(huán)境和健康都存在潛在的風(fēng)險(xiǎn)和威脅。因此，我們需要開發(fā)和采用更加環(huán)保和可持續(xù)的制備工藝和應(yīng)用方法，減少廢棄物和污染物的產(chǎn)生，保護(hù)我們的地球和生態(tài)環(huán)境。

此外，WC-Ni金屬陶瓷的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用也需要多方面的支持和推進(jìn)?？蒲袡C(jī)構(gòu)、企業(yè)和政府需要共同合作，加強(qiáng)研究和開發(fā)，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域和市場前景。同時，應(yīng)當(dāng)制定相關(guān)的政策和標(biāo)準(zhǔn)，制定可持續(xù)發(fā)展的計(jì)劃和策略，促進(jìn)WC-Ni金屬陶瓷產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

綜上所述