Page 43 - 《摩擦学学报》2021年第2期

188 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

increased the microhardness of composites. At 800 ℃, because the complete and smooth lubrication films (Nb 2 O 5 ,
Al 2 O 3 , Ag 2 Nb 4 O 11 , AgNbO 3 and AgNb 3 O 8 ) on worn surfaces of NABO20 composite and Al 2 O 3 counterpart ball
prevented the direct contact of the composite and its counterpart, the wear-resistance of the composite was improved
effectively.
Key words: powder metallurgy; Ag 2 Nb 4 O 11 ; lubrication film; wear-resistance; high-temperature lubricating mechanism

高温固体润滑是摩擦学领域人类所面临的最严 铌酸银体系的非化学计量比的Ag Nb O 是否具有同
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峻挑战之一. 在多数高温情况下(特别是当T > 350 ℃ AgNbO 同样的高温润滑作用以及其对NiAl金属间化
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时)由于液体润滑油的迅速降解 [1-3] ，高温固体润滑是 合物的力学及摩擦学性能的影响又会是怎样？
许多高温环境中减少摩擦磨损的唯一可行的选择. 随 由此，本文作者首先采用高温固相反应法制备了
着科学技术的迅速发展，现代高技术领域摩擦系统的 Ag Nb O 粉末，然后采用高能球磨和真空热压烧结
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核心部件依赖于高温固体润滑材料来获得高性能、高 技术制备了添加Ag Nb O 的NiAl基复合材料，研究
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效率和长寿命，高温固体润滑材料被广泛应用于航 Ag Nb O 的添加对NiAl基复合材料显微结构﹑力学
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空、航天、热核等(如滚动轴承、空气箔轴承、齿轮、各 及 摩 擦 学 性 能 的 影 响 ， 并 通 过 同 添 加 AgNbO 的
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种卫星部件)和其他工业的核心部件(如材料成型、汽 NiAl基复合材料(NAB20) 的摩擦磨损性能做简单的
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车气缸壁/活塞环润滑和坦克座动部件等) . 目前可 比较，以便对添加了Ag Nb O 的NiAl基复合材料的摩
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用于高温固体润滑材料的高温固体润滑剂大体可分 擦学性能有更深刻直观的认识，进而考察不同温度
为三类 [7-9] ：(i)软金属，如Ag、和Au [10-11] ；(ii)氟化物，如 (RT~800 ℃)下添加了Ag Nb O 的NiAl基复合材料的
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CaF 、BaF 2 ；(iii)金属氧化物，如V O 、MoO 、TiO 和 摩擦磨损性能，详细探究了其高温摩擦磨损机制.
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ZnO 和 三 元 金 属 氧 化 物 ， 如 钼 酸 银 (Ag MoO ，
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[14, 17-19] [20-21] 1 试验部分
Ag Mo O ) 、钒酸银(AgVO ，Ag VO ) 、铌酸
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银(AgNbO ) 和钽酸银(AgTaO ，Ag Ta O ) ，这 1.1 铌酸银(Ag Nb O )的合成
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三类高温固体润滑剂在高温下都会发生塑性变形和 采用高温固相反应法制备了铌酸银(Ag Nb O )
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(或)形成低剪切强度的表面 [25-26] . 其中，银与过渡族金 粉体. 具体的合成方法如下：以1：1摩尔比称量出硝酸
属元素构成的三元金属氧化物是最近几年受广泛关 银(AgNO ，质量分数为99.8%，国药集团化学试剂有
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注的新型高温固体润滑剂，而三元金属氧化物铌酸银 限公司)和氧化铌(Nb O ，质量分数为99.5%，国药集
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和钽酸银由于其熔点高于钼酸银和钒酸银，具有更好 团化学试剂有限公司)粉末，置于研钵中进行研磨，直
的耐高温性能，可用作800~1 000 ℃(甚至更高)范围内 至其均匀混合. 然后将混合粉末转移到刚玉坩埚中，
高温固体润滑剂. Stone等 在研究钽酸银体系的润滑 放置于处于空气氛围的马弗炉中加热到500 ℃，保温5 h
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作用时，发现了一种新的钽酸银(Ag Ta O )润滑剂. 后，取出样品；再次充分研磨30 min后，在800 ℃下再
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当温度超过400 K时，Ag Ta O 为单斜晶系，空间群 次煅烧24 h，最后获得了铌酸银白色粉末.
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C2/C(a = 10.840 Å, b = 6.162 Å, c = 12.745 Å， β= 1.2 复合材料的制备
106.22°)，晶体结构为交替连接的TaO 和AgO 八面体 采用粉末冶金技术(高能球磨+真空热压烧结)制
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同TaO 五边形双锥体在X-Y平面上构成多面体层，两 备了添加Ag Nb O 的NiAl基复合材料. 具体的配比
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个多面体层通过共角连接，沿Z轴交替叠加，构成三维 列于表1中，按照表中的配比分别称取各组分放于二
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框架 . 作者前期研究由AgNbO 原位分解所形成的 氧化锆球磨罐中，高能球磨10 h(P5，Fritsh)，球料比
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NiAl-NbC-Ag复合材料的高温摩擦学性能时 ，发现 10：1，转速250 r/min. 同时在球磨过程中，为了避免冷
NiAl-NbC-Ag复合材料的中低温摩擦学性能的显著改 焊作用，在混合粉末中加入一定量的过程控制剂甲醇.
善分别源于添加剂AgNbO 在真空热压烧结过程中发 混合粉体经球磨后，装入石墨模具中，在真空热压烧
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生分解形成的Ag单质和在高温摩擦过程中磨损表面 结炉(ZT-45-20Y，上海晨华股份有限公司)中于1 300 ℃
发生高温摩擦化学反应再生成的铌酸银(AgNbO 和 温度下进行真空热压烧结. 详细的烧结工艺参数参照
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Ag Nb O )，其中在600 ℃形成的Ag Nb O 也表现出 前期工作 .
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一定的高温润滑性能，另外由于其同Ag Ta O 一样 1.3 材料表征及性能测试
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具有相似的典型高温润滑剂的层状结构 ，我们考虑 采用全自动真密度分析仪(AccuPyc 1330，Micromeri-