原位合成Cu/FeS材料的反应机制与性能研究
发布时间：2023-09-17 08:49
金属基固体自润滑材料是材料科学研究领域的一个重要发展方向，因其在特殊条件下具有优良的摩擦学特性而受到人们的广泛关注，对节约能耗，延长机械使用寿命及提高工作可靠性都有重要意义。FeS具有六方结构，是很好的固体润滑材料。 本文通过反应合成法采用分析纯CuS粉末、机械合金化制备的铁铜合金和工业电解铜粉为原料来制备Cu／FeS复合材料，经X—射线衍射分析和能谱分析表明合成的样品中含有Cu、FeS和Fe2O3三相。我们从热力学和动力学的角度研究了反应的机理，通过热力学计算表明该反应是可以自发进行的，同时对反应过程中Cu和Fe可能发生的氧化反应的吉布斯自由能及氧分压进行了计算，解释了生成Fe2O3的原因。通过对5％FeS反应过程的差热分析及电导率的测定，分析了反应的动力学过程，计算了反应的激活能。 在实验中，制备了三种不同成分的样品，理论生成FeS的百分含量分别为5％、10％和15％。随着FeS百分含量的提高，材料的致密度和电导率下降，而硬度提高。对合成的样品进行了热压及挤压加工，分析了不同阶段材料的显微组织和...
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 耐磨材料、减摩材料和摩阻材料
1.2.1 减摩材料
1.2.1.1 对减摩材料性能的要求
1.2.1.2 常用减摩材料
1.2.2 摩阻材料
1.2.2.1 对摩阻材料性能的要求
1.2.2.2 常用金属摩阻材料
1.2.3 耐磨材料
1.2.4 提高材料耐磨性的表面强化技术
1.2.4.1 表面淬火
1.2.4.2 化学热处理
1.2.4.3 表面镀覆
1.2.4.4 表面冶金强化
1.3 FeS的制备及减磨机理
1.3.1 FeS的制备方法
1.3.1.1 微乳液法
1.3.1.2 均相沉淀法
1.3.1.3 辉光放电合成 FeS
1.3.1.4 离子渗硫
1.3.1.5 高温合成法
1.3.1.6 电弧放电
1.3.2 FeS的减摩耐磨机理
1.4 FeS材料的性能及应用
1.4.1 FeS材料的性能
1.4.1.1 FeS的摩擦性能
1.4.1.2 FeS的氧化性
1.4.2 FeS材料的应用
1.4.2.1 FeS作为固体润滑剂的应用
1.4.2.2 FeS作为电极的应用
1.4.2.3 FeS在处理含铬污水中的应用
1.5 原位反应合成技术
1.6 课题研究的目的和意义
1.7 课题来源及研究内容
1.7.1 课题来源
1.7.2 课题研究的内容
1.8 本章小结
第二章 实验方案及样品制备
2.1 实验方案
2.1.1 实验所用原料
2.1.2 实验的工艺流程
2.1.3 实验所用设备
2.1.4 分析与测试所用仪器
2.1.4.1 材料致密度测试
2.1.4.2 电阻率的测定
2.1.4.3 电导率的测定
2.1.4.4 硬度的测定
2.1.4.5 抗拉强度的测定
2.1.4.6 相组成分析
2.1.4.7 扫描电镜及能谱分析
2.1.4.8 显微组织分析
2.1.4.9 透射电镜分析
2.2 Cu/FeS复合材料的制备
2.2.1 材料的制备
2.2.2 实验结果与讨论
2.2.2.1 合成材料的物相分析
2.2.2.2 合成材料的扫描电镜图像及能谱分析
2.3 本章小结
第三章 Cu/FeS复合材料的反应机理
3.1 反应过程的热力学计算
3.1.1 CuS和Fe反应的热力学计算
3.1.2 反应可能涉及的Fe和 Cu的氧化热力学计算
3.2 反应过程的动力学计算
3.2.1 动力学分析模型
3.2.1.1 氧化动力学模型
3.2.1.2 结晶动力学模型
3.2.1.3 不需要反应模型的分析方法
3.2.1.4 化学动力学模型
3.2.2 反应烧结过程的动力学分析
3.2.2.1 反应过程电导率的测量
3.2.2.2 5%FeS系统的热分析
3.3 本章小结
第四章 Cu/FeS复合材料的加工性能
4.1 不同FeS含量的Cu/FeS材料的制备
4.2 Cu/FeS热压后的显微组织
4.3 不同真应变下 Cu/FeS材料的显微组织
4.3.1 真应变为4.0时Cu/FeS材料的显微组织
4.3.2 真应变为7.2时Cu/FeS材料的显微组织
4.3.3 真应变为9.6时Cu/FeS材料的显微组织
4.4 Cu/FeS经热压、挤压后性能变化
4.4.1 材料的致密度
4.4.2 材料的硬度
4.4.3 材料的电导率
4.4.4 材料的抗拉强度和延伸率
4.4.5 拉伸断口形貌
4.5 样品的透射电镜分析
4.6 本章小结
第五章 Cu/FeS复合材料的摩擦磨损性能
5.1 关于磨损的一些基本概念
5.1.1 磨损的定义
5.1.2 磨损的机理
5.1.2.1 粘着磨损
5.1.2.2 磨料磨损
5.1.2.3 冲蚀磨损
5.1.2.4 腐蚀磨损
5.1.2.5 微动磨损
5.1.2.6 接触疲劳磨损
5.1.3 磨损的特征
5.1.3.1 跑合(或磨合)阶段
5.1.3.2 稳定磨损阶段
5.1.3.3 剧烈磨损阶段
5.2 磨损试验的设备简介
5.3 摩擦磨损试验方案
5.4 摩擦磨损试验结果与讨论
5.4.1 试验结果与讨论
5.4.2 磨损机理的探讨
5.5 本章小结
第六章 结论
致谢
参考文献
附录 攻读硕士学位期间发表论文
本文编号：3847398
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 耐磨材料、减摩材料和摩阻材料
1.2.1 减摩材料
1.2.1.1 对减摩材料性能的要求
1.2.1.2 常用减摩材料
1.2.2 摩阻材料
1.2.2.1 对摩阻材料性能的要求
1.2.2.2 常用金属摩阻材料
1.2.3 耐磨材料
1.2.4 提高材料耐磨性的表面强化技术
1.2.4.1 表面淬火
1.2.4.2 化学热处理
1.2.4.3 表面镀覆
1.2.4.4 表面冶金强化
1.3 FeS的制备及减磨机理
1.3.1 FeS的制备方法
1.3.1.1 微乳液法
1.3.1.2 均相沉淀法
1.3.1.3 辉光放电合成 FeS
1.3.1.4 离子渗硫
1.3.1.5 高温合成法
1.3.1.6 电弧放电
1.3.2 FeS的减摩耐磨机理
1.4 FeS材料的性能及应用
1.4.1 FeS材料的性能
1.4.1.1 FeS的摩擦性能
1.4.1.2 FeS的氧化性
1.4.2 FeS材料的应用
1.4.2.1 FeS作为固体润滑剂的应用
1.4.2.2 FeS作为电极的应用
1.4.2.3 FeS在处理含铬污水中的应用
1.5 原位反应合成技术
1.6 课题研究的目的和意义
1.7 课题来源及研究内容
1.7.1 课题来源
1.7.2 课题研究的内容
1.8 本章小结
第二章 实验方案及样品制备
2.1 实验方案
2.1.1 实验所用原料
2.1.2 实验的工艺流程
2.1.3 实验所用设备
2.1.4 分析与测试所用仪器
2.1.4.1 材料致密度测试
2.1.4.2 电阻率的测定
2.1.4.3 电导率的测定
2.1.4.4 硬度的测定
2.1.4.5 抗拉强度的测定
2.1.4.6 相组成分析
2.1.4.7 扫描电镜及能谱分析
2.1.4.8 显微组织分析
2.1.4.9 透射电镜分析
2.2 Cu/FeS复合材料的制备
2.2.1 材料的制备
2.2.2 实验结果与讨论
2.2.2.1 合成材料的物相分析
2.2.2.2 合成材料的扫描电镜图像及能谱分析
2.3 本章小结
第三章 Cu/FeS复合材料的反应机理
3.1 反应过程的热力学计算
3.1.1 CuS和Fe反应的热力学计算
3.1.2 反应可能涉及的Fe和 Cu的氧化热力学计算
3.2 反应过程的动力学计算
3.2.1 动力学分析模型
3.2.1.1 氧化动力学模型
3.2.1.2 结晶动力学模型
3.2.1.3 不需要反应模型的分析方法
3.2.1.4 化学动力学模型
3.2.2 反应烧结过程的动力学分析
3.2.2.1 反应过程电导率的测量
3.2.2.2 5%FeS系统的热分析
3.3 本章小结
第四章 Cu/FeS复合材料的加工性能
4.1 不同FeS含量的Cu/FeS材料的制备
4.2 Cu/FeS热压后的显微组织
4.3 不同真应变下 Cu/FeS材料的显微组织
4.3.1 真应变为4.0时Cu/FeS材料的显微组织
4.3.2 真应变为7.2时Cu/FeS材料的显微组织
4.3.3 真应变为9.6时Cu/FeS材料的显微组织
4.4 Cu/FeS经热压、挤压后性能变化
4.4.1 材料的致密度
4.4.2 材料的硬度
4.4.3 材料的电导率
4.4.4 材料的抗拉强度和延伸率
4.4.5 拉伸断口形貌
4.5 样品的透射电镜分析
4.6 本章小结
第五章 Cu/FeS复合材料的摩擦磨损性能
5.1 关于磨损的一些基本概念
5.1.1 磨损的定义
5.1.2 磨损的机理
5.1.2.1 粘着磨损
5.1.2.2 磨料磨损
5.1.2.3 冲蚀磨损
5.1.2.4 腐蚀磨损
5.1.2.5 微动磨损
5.1.2.6 接触疲劳磨损
5.1.3 磨损的特征
5.1.3.1 跑合(或磨合)阶段
5.1.3.2 稳定磨损阶段
5.1.3.3 剧烈磨损阶段
5.2 磨损试验的设备简介
5.3 摩擦磨损试验方案
5.4 摩擦磨损试验结果与讨论
5.4.1 试验结果与讨论
5.4.2 磨损机理的探讨
5.5 本章小结
第六章 结论
致谢
参考文献
附录 攻读硕士学位期间发表论文
本文编号：3847398
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/3847398.html