1前言

　　稀土元素因其具有特殊的電子結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì),在材料科學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)稀土在摩擦學(xué)材料中的應(yīng)用也得到了重視,在聚合物中添加稀土化合物（LaF3,CeF3,CeO2,La2O3）可明顯改善其力學(xué)及摩擦磨損性能[1,2]。鎳基合金具有優(yōu)良的力學(xué)和高溫抗氧化性能,已廣泛應(yīng)用于各種燃?xì)廨啓C(jī)。利用氧化物[3～5]、硫化物[6,7]減摩及氧化物與硫化物協(xié)同減摩[8～10]的合金及鎳基自潤(rùn)滑材料得到了一定的研究。Sliney的研究表明LaF3和CeF3能有效地潤(rùn)滑鎳合金,在室溫時(shí)摩擦系數(shù)為0 5,500℃以上摩擦系數(shù)在0 2左右[11]。文獻(xiàn)[12]測(cè)試了CeF3含量對(duì)鎳合金摩擦磨損性能的影響,本文用粉末冶金熱壓方法制備了含不同稀土化合物（LaF3,CeO2和La2O3）的Ni-Cr基合金,評(píng)價(jià)了其摩擦磨損性能。

　　2試驗(yàn)方法2 1合金制備

　　用純度高于96%的NiCr合金粉末為基,其中添加一定量的Mo、Al、Ti、B粉末,再分別添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的LaF3及4%的CeO2,La2O3粉末。充分混和后先冷壓成?45mm×15mm的盤狀,然后將這幾種盤狀樣品一次裝入石墨模具內(nèi),每?jī)蓚€(gè)樣品之間用石墨片隔開(kāi)。在FVPHPR10型（日本產(chǎn)）真空熱壓機(jī)上一次將這組樣品制備出來(lái)。真空抽至5～10Pa后用氬氣保護(hù)并開(kāi)始升溫;升溫速度20℃/min;熱壓壓力16MPa;溫度1280℃;保溫保壓時(shí)間20min。

添加3種不同稀土化合物的鎳基合金的金相照片?？梢?jiàn),添加LaF3和CeO2的鎳基合金的晶粒較細(xì),孔隙分布較均勻,而添加La2O3的鎳基合金晶粒粗化,孔隙聚集并球化。

　　用XRD分別對(duì)這3種合金進(jìn)行分析。結(jié)果表明,這幾種合金的相結(jié)構(gòu)基本一致,即主要由Ni基固溶體、Ni3（Al,Ti）、及少量的Cr18Mo42Ni40等相組成,沒(méi)有檢測(cè)到單質(zhì)的Mo,Al,Ti元素和稀土化合物,說(shuō)明材料在制備過(guò)程中已充分合金化,添加的少量稀土化合物在熱壓過(guò)程中可能分解或固溶到鎳基固溶體中。2 2摩擦磨損試驗(yàn)

　　摩擦磨損性能試驗(yàn)在MM200型環(huán)-塊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。將合金制備為塊樣,摩擦偶件為淬火45#鋼環(huán),硬度為56HRC,直徑為?40mm。試驗(yàn)前環(huán)、塊試樣表面均用500#砂紙打磨,然后用酒精棉球清洗,在空氣中晾干后備用。試驗(yàn)在室溫、大氣中和干摩擦下進(jìn)行。試環(huán)轉(zhuǎn)速分別為200r/min（滑行速度4 19m/s）和400r/min（滑行速度8 38m/s）;載荷分別為100N及200N,滑行距離均為15084m。

　　用感量為0 1mg的電子分析天平測(cè)定試樣塊磨損前后的質(zhì)量損失。用光學(xué)顯微鏡及掃描電鏡觀察試塊磨損表面形貌。濟(jì)南思達(dá)測(cè)試技術(shù)有限公司 專業(yè)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)生產(chǎn)廠家！www.jnstart.com

　　3試驗(yàn)結(jié)果與討論3 1LaF3含量對(duì)合金摩擦磨損性能的影響

　　示出了LaF3含量對(duì)合金樣品的摩擦系數(shù)（μ）和磨損質(zhì)量的影響曲線　可以看出,隨滑行速度及載荷的增加,幾種不同LaF3含量合金的摩擦系數(shù)下降。低載低速下（100N,4 19m/s）合金的摩擦系數(shù)zui高,載荷及速度分別增加一倍,幾種LaF3含量合金的摩擦系數(shù)分別下降近50%。幾種試驗(yàn)條件下,LaF3含量為4%的合金的摩擦系數(shù)zui低。可以看出,未添加LaF3鎳基合金的磨損量隨試驗(yàn)速度及載荷的增加而上升。低載低速下（100N,4 19m/s）,合金的磨損量隨LaF3含量的增加而略有上升。在高速及高載下LaF3含量zui高的樣品磨損量zui小。

　　綜合這3種條件下的摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果,LaF3含量為4%的合金綜合性能。3 2不同稀土化合物對(duì)合金摩擦磨損性能的影響

示出了分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的La2O3或LaF3及CeO2的鎳基合金在3種試驗(yàn)條件下的摩擦系數(shù)及磨損量。從a中可以看出,這幾種不同稀土化合物對(duì)鎳基合金的摩擦系數(shù)影響差別不大,但這3種合金的摩擦系數(shù)都隨速度及載荷的增加而下降。中可以看出,3種試驗(yàn)條件下添加CeO2鎳基合金的磨損量都zui低。3種合金在低載高速下的磨損量都比低載低速及高載高速下的低。3 3磨痕形貌及分析

　示出了合金磨損表面形貌的SEM照片。從中可以看出,低載低速下（100N,4 19m/s）,添加LaF3合金磨損表面較粗糙,表面有磨屑脫落留下的凹坑及一些松散的、將要脫落的片狀磨屑。說(shuō)明摩擦表面有氧化,磨損主要表現(xiàn)為粘著、犁溝及氧化磨損。隨著滑行速度的增加,摩擦表面變得較光滑,表面粘著脫落坑減少。示在高載高速下（200N,8 38m/s）,由于摩擦熱影響的結(jié)果,摩擦表面熱軟化甚至融化,合金的摩擦表面變得更加光滑,但仍有劃痕。從摩擦表面上已見(jiàn)不到松散的氧化物,氧化物被擠壓研磨成膜,與軟化及熔融金屬基體粘結(jié),形成摩擦保護(hù)性“釉質(zhì)層”[13],減少摩擦過(guò)程中金屬與金屬之間的粘著。

　　從中看到合金的摩擦系數(shù)隨載荷及速度的增加下降很快,說(shuō)明了“釉質(zhì)層”的減摩作用。由于釉質(zhì)氧化層具有高的硬度,一般比基體具有更好的耐磨作用[5,9]。從圖3b中可以看到幾種添加稀土化合物的合金在高載高速下的磨損量一般比低載低速下的少,其單位載荷、單位滑行距離下的磨損量不到低載低速下的一半（或略多一點(diǎn)）,進(jìn)一步證實(shí)“釉質(zhì)層”的抗磨作用。

　　添加CeO2合金的表面磨痕與添加LaF3合金的相似,只是其摩擦表面比添加LaF3合金的略光滑一些。都有沿滑動(dòng)方向條狀凸起的氧化物平臺(tái),它是氧化“釉質(zhì)層”摩擦過(guò)程中增長(zhǎng)的結(jié)果。高溫（或高載高速）摩擦?xí)r“釉質(zhì)層”的形成與磨損脫落是一個(gè)先處于相互競(jìng)爭(zhēng),后又處于動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程,故可以長(zhǎng)期起到摩擦自保護(hù)作用。

　　4結(jié)論

　?。?）采用粉末冶金熱壓方法制備的含幾種不同稀土化合物的鎳基合金中,稀土化合物的加入可明顯改善合金在高載高速下的耐磨性能,尤其以添加CeO2合金的磨損量zui少。

　　（2）添加稀土化合物合金在高載高速下的摩擦系數(shù)及磨損量都明顯低于低載低速下的,這與其摩擦表面形成的減摩耐磨“釉質(zhì)層”有關(guān)。濟(jì)南思達(dá)測(cè)試技術(shù)有限公司 專業(yè)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)生產(chǎn)廠家www.jnstart.com