题目：Ti-Ni-Si三元双相金属硅化物基耐磨耐蚀合金研究

在石油化工、矿山、冶金以及航空航天等机械装备中大量机械运动副零部件既承受强烈的摩擦磨损作用又承受严酷的腐蚀作用，要求材料须同时具有优异的耐磨性能、耐蚀性能以及良好的强韧性配合。传统的耐磨材料往往难以满足上述恶劣环境对材料性能的要求，因此开发新型的耐磨耐蚀材料十分必要。本文针对上述问题，通过原位增韧的方法，在具有高硬度、高耐磨性和良好耐蚀性的Ti2Ni3Si三元金属硅化物中引入以形状记忆效应著称、具有优异塑韧性以及良好耐磨性和耐蚀性的NiTi金属间化合物，研究出了由Ti2Ni3Si三元金属硅化物和金属间化合物NiTi组成的Ti-Ni-Si三元双相金属硅化物合金耐磨耐蚀新材料。利用XRD、OM、SEM、EDS等方法分析了合金的显微组织；分别测试了Ti-Ni-Si三元双相金属硅化物合金的硬度、断裂韧性、摩擦系数、室温干滑动磨损及二体磨粒磨损性能、电化学腐蚀及浸泡腐蚀性能和滑动腐蚀磨损性能，分析了其耐磨耐蚀机理；研究了Ti含量、Si含量及Ti2Ni3Si体积分数对合金组织、硬度、断裂韧性、摩擦系数、干滑动磨损及二体磨粒磨损性能、电化学腐蚀性能等的影响；研究了磨损载荷、磨损时间、磨粒尺寸以及腐蚀液种类等参数对合金耐磨耐蚀性能和磨损及腐蚀机理的影响。结果表明：(1) Ti-Ni-Si三元双相金属硅化物合金主要由Ti2Ni3Si初生树枝晶和Ti2Ni3Si/NiTi枝晶间共晶组成，其中Ti2Ni3Si初生枝晶体积分数在39-85%范围之间，且随着合金中Ti含量增加或Si含量减少而减少。(2) 随着Ti-Ni-Si三元双相金属硅化物合金中Ti2Ni3Si含量的降低或NiTi含量的增加，合金的硬度和弹性模量降低，断裂韧性升高，这主要归功于金属间化合物NiTi优异的塑韧性对合金的增韧作用。(3) Ti-Ni-Si三元双相金属硅化物合金均具有低而稳定的摩擦系数(0.04-0.06之间)，合金摩擦系数随合金中Ti2Ni3Si含量减少而增加，随接触载荷增加以及接触表面粗糙度的增加，合金摩擦系数亦缓慢增加，表现出较低的载荷敏感性。(4) 在室温干滑动磨损试验条件下，Ti-Ni-Si三元双相金属硅化物合金具有优异的耐磨性能：在磨损过程中Ti-Ni-Si合金磨损表面形成保护合金磨损表面的转移附着层，其室温干滑动磨损机制主要受Ti2Ni3Si枝晶局部开裂和脆性剥落的控制；而合金中NiTi凭借其应力诱发马氏体相变导致的超弹性，将磨损过程中产生的微裂纹限制于Ti2Ni3Si枝晶尺度范围内并抑制Ti2Ni3Si枝晶的脆性剥落，提高了合金的耐磨性能；随着Ti2Ni3Si体积分数的减少，合金的耐磨性能略有降低；随着载荷增加，合金磨损量缓慢增加，表现出较低的磨损载荷敏感性。(5) 在二体磨粒磨损试验条件下，Ti-Ni-Si三元双相金属硅化物合金具有优异的磨损性能，其主要磨损机理是轻微的显微切削，这主要归功于Ti2Ni3Si相的高硬度和高弹性模量以及NiTi独特的超弹性；随着合金中Ti2Ni3Si相体积分数的降低，合金的硬度降低，其磨损量有所增加；随着载荷和磨粒粒度的增加，合金磨损量均略有增加。(6) 在电化学腐蚀试验条件下，Ti-Ni-Si三元双相金属硅化物合金在H2SO4、NaOH及NaCl等溶液中，均具有比1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢更正的自腐蚀电位、更小的自腐蚀电流密度、致钝电流密度和维钝电流密度、更宽的钝化区间以及更大的阻抗，表明合金具有比传统耐蚀材料更优异的耐腐蚀性能，这主要是由于合金中Ti和Ni均为易钝化元素，在各种腐蚀介质中均能于合金表面形成稳定且保护性强的钝化膜。(7) 在浸泡腐蚀试验条件下，Ti-Ni-Si三元双相金属硅化物合金在H2SO4、NaOH及NaCl等溶液中，均具有优异的耐腐蚀性能，这是由于合金表面形成稳定且保护性强的钝化膜以及合金组成相Ti2Ni3Si和NiTi高且相近的化学稳定性。在H2SO4溶液中，合金腐蚀机制为Ti2Ni3Si相的优先腐蚀；在NaOH和NaCl溶液中，合金腐蚀机制为均匀腐蚀。(8) 在滑动腐蚀磨损试验条件下，Ti-Ni-Si三元双相金属硅化物合金因兼具优异的耐磨性和耐蚀性，并在腐蚀磨损过程于表面形成保护合金的附着层，在H2SO4、NaOH及NaCl等溶液中表现出优异的腐蚀磨损性能，其失效机制在H2SO4溶液中主要受磨损控制，而在NaOH和NaCl溶液中主要受局部腐蚀控制。