Page 113 - 《摩擦学学报》2021年第3期
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402 摩 擦 学 学 报 第 41 卷
Oxides, Ag,
and molybdate Micro-void coalescence
and oxidation failure
Wear debris
and Ag
Metallic silver Lubricating film Composition of the worn surface Micro-viod coalescence Fracture mode
Lubricant
Lubricant
Second phase Second phase
Ni-based composites Ni-based composites
Temperature/℃ Temperature/℃
(a) Lubrication mechanism (b) Fracture mechanism
Fig. 10 NCTA material lubrication mechanism and fracture mechanism simulation diagram in a wide temperature range
图 10 NCTA材料在宽温域内润滑机理和断裂机制模拟图
在晶界偏析并在合金中起弥散强化作用，阻碍了位错 成的局部摩擦膜；当温度升高至800 ℃时，摩擦化学反
运动从而提高了材料的强度；而对于NCA合金，因为 应生成的钼酸银、氧化物和Ag形成连续润滑膜，显著
Ag在Ni中的溶解度非常有限，所以除了Ni基固溶体和 减少了材料的摩擦磨损. 强化方面，由于在材料制备
Al O 氧化物之外，微观组成仍然包含Ag，由于Ag具 过程中原位生成了TaC和Al O 陶瓷相，显著提升了材
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有低熔点和良好的高温流动性而在基体中均匀分布 料的机械强度；在中低温时断裂机制为微孔聚集型，
[图2(c)]，当位错到达Ag时，它们很容易切割软质相 而在高温阶段以微孔聚集型和氧化失效断裂为主.
Ag并继续运动，因此，NCA的机械强度明显低于NC合金.
3 结论
对于NCT(NiCrMoAl-Ta)材料，室温及400 ℃时断
裂表面出现密集且明显的微孔洞，类似于NC合金，断 a. 在热压烧结过程中Ta原位生成了TaC，材料中
裂机制为微孔聚集型断裂，其抗拉抗压强度高于 的部分Al氧化成Al O 陶瓷相，Ag未参与固相反应，原
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NC合金，这归因于引入Ta后原位生成了TaC陶瓷相并 位生成的TaC和Al O 在基体中弥散分布，降低了密
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在镍基体中弥散分布，位错遇到硬质TaC颗粒时不能 度，改善了材料的烧结性能.
切过，只能采用绕过机制并留下位错环，需要额外的 b. Ta和Ag的加入降低了材料的摩擦磨损，NiCrMoAl-
能量，因而提高了材料的强度，同时应力集中更强烈， Ta-Ag复合材料实现了室温~800 ℃的连续润滑，室温
使材料的微孔聚合断裂机制更加明显；高温时，断裂 时Ag提供润滑作用；中温时由磨屑和Ag形成局部润
机制以微孔聚集型和氧化断裂为主. T≥400 ℃时，相 滑膜；而在800 ℃下获得最佳摩擦磨损性能，即摩擦系
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较于NCA材料，NCTA(NiCrMoAl-Ta-Ag)材料力学性 数0.24，磨损率3×10 mm /(Nm)，这归因于高温下磨
能有所提高，分析原因如下：一方面由于Ag的氧化和 损表面形成了含氧化物、Ag以及钼酸银的协同润滑膜.
c. Ta提高了材料宽温域内的机械性能，而Ag降低
挤出使材料强度显著下降；另一方面TaC颗粒对NCTA
材料起补强作用，改善了复合材料的力学性能，其断 了材料的机械性能. NiCrMoAl-Ta复合材料在宽温域
(RT~1 000 ℃)内具有较高的机械性能，在1 000 ℃时
裂机制类似于NCT材料.
压缩强度可达到92 MPa，而NiCrMoAl-Ta-Ag材料具
综合以上的分析，磨损表面成分随测试温度升高
有良好的高温机械强度，1 000 ℃时抗压强度仍可达
而改变，以减少镍基材料宽温域内的摩擦磨损. 同时，
材料依靠自生成的第二相(碳化物和氧化物)的弥散强 到73.8 MPa. 这归因于烧结过程中原位生成的TaC和
Al O 陶瓷相起到弥散强化作用. 材料的断裂机制随
化效果，提高了镍基材料宽温域内的机械强度. 2 3
温度升高由微孔聚集型断裂转变为以微孔聚集型和
图10给出 NCTA材料在不同温度阶段的润滑机
氧化失效断裂为主的断裂.
理和断裂机制模拟图. 润滑方面，室温时由于软金属
Ag在反复挤压和摩擦热的作用下被挤出到磨损表面， 参 考 文 献
起到减摩效果；温度增至400 ℃时，此时摩擦系数和磨 [ 1 ] Xue Qunji, Lu Jinjun. Research status and developing trend of solid
损率的减小是由于表面生成了由磨屑(如TaC)和Ag组 lubrication at high temperatures[J]. Tribology, 1999, 19(1): 91–96
