水潤(rùn)滑條件下陶瓷類復(fù)合材料摩擦學(xué)性能的研究.pdf

1、由于用水作機(jī)械傳動(dòng)摩擦副的潤(rùn)滑介質(zhì)在許多方面比用油更具有優(yōu)越性，水潤(rùn)滑技術(shù)自20世紀(jì)70年代以來(lái)得到了廣泛的研究和應(yīng)用。水潤(rùn)滑技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題是正確選擇水潤(rùn)滑條件下的摩擦副對(duì)偶材料。陶瓷材料在水中具有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，因此陶瓷摩擦副是水潤(rùn)滑技術(shù)研究的重點(diǎn)，但是陶瓷材料的脆性是其難以克服的缺點(diǎn)，使它們的應(yīng)用受到了限制。陶瓷類復(fù)合材料由陶瓷和金屬?gòu)?fù)合而成，兼具金屬和陶瓷材料的特點(diǎn)，在水潤(rùn)滑方面具有較高的潛力。
　　 本文研究的主要內(nèi)容

2、是探討WC-Co硬質(zhì)合金和Ti(C,N)基金屬陶瓷這兩種陶瓷類復(fù)合材料水潤(rùn)滑條件下的摩擦學(xué)性能。利用球-盤(pán)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行滑動(dòng)摩擦實(shí)驗(yàn)，以Si3N4陶瓷球?yàn)樯显嚇樱謩e以Ti(C,N)盤(pán)、WC盤(pán)、Si3N4盤(pán)和316不銹鋼盤(pán)為下試樣組成滑動(dòng)摩擦副。
　　 本論文以去離子水潤(rùn)滑為主，同時(shí)又選取了3％NaCl溶液和無(wú)水乙醇這兩種液體作為潤(rùn)滑液，用來(lái)與在去離子水中的潤(rùn)滑條件進(jìn)行對(duì)比分析。其中，3％NaCl溶液用來(lái)模擬海水中的潤(rùn)滑環(huán)

3、境，選用無(wú)水乙醇的目的是將摩擦副與水分離，通過(guò)摩擦副在沒(méi)有發(fā)生水合反應(yīng)時(shí)的表現(xiàn)來(lái)分析水在摩擦過(guò)程中所起的作用。
　　 觀察了滑動(dòng)摩擦副在去離子水、3％NaCl溶液、無(wú)水乙醇中的摩擦性能和磨損情況。并將不同載荷，不同滑行速度下的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析了不同摩擦階段的磨痕表面變化。通過(guò)光學(xué)顯微鏡和非接觸式表面三維微觀形貌儀觀察了磨痕形貌。
　　 研究結(jié)果表明：Si3N4球/Ti(C,N)盤(pán)和Si3N4球/WC盤(pán)這兩對(duì)摩擦副在水潤(rùn)

4、滑條件下經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的磨合后摩擦因數(shù)都能夠降低到0.01以下，進(jìn)入流體潤(rùn)滑狀態(tài)。3％NaCl溶液中的Na+離子會(huì)影響摩擦過(guò)程，使摩擦因數(shù)的降低幅度變小，在部分實(shí)驗(yàn)條件下無(wú)法進(jìn)入流體潤(rùn)滑狀態(tài)。在無(wú)水乙醇中，四種摩擦副的摩擦因數(shù)曲線基本保持水平不會(huì)降低，說(shuō)明水的潤(rùn)滑作用是摩擦因數(shù)降低的主要因素。兩種陶瓷類復(fù)合材料在不同的潤(rùn)滑液、載荷和滑行速度下的耐磨性都比Si3N4盤(pán)好，具有優(yōu)異的水潤(rùn)滑性能。
　　 水潤(rùn)滑條件下Si3N4球/Ti(

5、C,N)盤(pán)摩擦副在高速低載、高速高載時(shí)能夠進(jìn)入流體潤(rùn)滑狀態(tài)，低速時(shí)摩擦因數(shù)只降低少許。說(shuō)明滑行速度提高時(shí)，水潤(rùn)滑效果會(huì)更加明顯，且摩擦副具有較高的承載能力。由于Ti(C,N)材料具有較高的硬度和良好的耐腐蝕性，使得在大多數(shù)條件下摩擦副都具有最小的總磨損量，且高載時(shí)盤(pán)的磨損量與低載荷時(shí)相比反而降低。推測(cè)其磨合過(guò)程為：盤(pán)表面的金屬及其氧化層被緩慢去除，之后內(nèi)部陶瓷層被拋光，待摩擦化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的潤(rùn)滑膜在表面充分積累摩擦因數(shù)便會(huì)降低。由于Ti(

6、C,N)基金屬陶瓷材料由七種化學(xué)成分復(fù)合而成，這些復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)可能對(duì)潤(rùn)滑膜的形成過(guò)程有負(fù)面的影響，所以產(chǎn)生的潤(rùn)滑膜量比Si3N4球/WC盤(pán)摩擦副要少。
　　 水潤(rùn)滑條件下Si3N4球/WC盤(pán)摩擦副在高速低載、高速高載以及低速低載時(shí)都能夠進(jìn)入流體潤(rùn)滑狀態(tài)。磨損機(jī)理為摩擦化學(xué)磨損，磨損產(chǎn)物粘著在盤(pán)的磨痕上，使盤(pán)有較小的磨損量，載荷增大時(shí)盤(pán)的磨損量降低，顯示出優(yōu)異的耐磨性。推測(cè)磨合過(guò)程與Si3N4/Si3N4摩擦副類似：拋光效應(yīng)使表