MoDTC潤滑Al-Mg-Ti-B-N涂層摩擦磨損行為的研究.pdf

1、機械零部件的摩擦磨損不僅會導(dǎo)致機械系統(tǒng)燃油效率降低，產(chǎn)生廢氣污染，而且還會導(dǎo)致零部件摩擦損耗增大。一般可以通過在機械零部件上沉積耐磨涂層及使用特定功能的潤滑油添加劑兩方面進行努力。近年來，MoDTC(molybdenum dialkyldithiophosphate)的摩擦學(xué)特性受到了廣泛關(guān)注，作為減摩劑能夠有效降低摩擦系數(shù)，另一方面由于MoDTC不含有P元素從而避免了發(fā)動機催化劑Pt中毒，很大程度上減少了污染排放。然而MoDTC添加劑

2、主要用于鐵基材料，其與非鐵基材料之間的研究較少。Al-Mg-Ti-B等富硼材料具有優(yōu)良特性，如高硬度、低摩擦系數(shù)、低密度及高的熱穩(wěn)定性，在摩擦磨損體系中具有廣泛的應(yīng)用前景。以往的研究發(fā)現(xiàn)在ZDDP(Zinc Dialkyl Dithiophosphates)添加劑潤滑油或IL(Ion Liquid)等潤滑條件下Al-Mg-Ti-B涂層較DLC涂層與添加劑有更好的匹配性，但MoDTC添加劑與Al-Mg-Ti-B涂層之間的作用尚不清楚。

3、r>　　為了獲得摩擦磨損性能更優(yōu)異的Al-Mg-Ti-B涂層，探究了摻氮對Al-Mg-Ti-B涂層性能的影響，使用直流磁控濺射方法通過控制不同N2/Ar+N2流量比(0％、5％、10％)制備了不同氮含量的Al-Mg-Ti-B-N涂層，使用X射線衍射(XRD)、摩擦磨損測試儀、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線光電子能譜(XPS)、納米壓痕，劃痕實驗、拉曼光譜等表征方法研究了不同N2/Ar+N2流量比對Al-Mg-Ti-B-N涂層結(jié)構(gòu)、成分

4、、力學(xué)性能、膜基結(jié)合、耐磨性能的影響，結(jié)果表明制備的Al-Mg-Ti-B-N涂層均為無定型結(jié)構(gòu)或非晶結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)致密均勻，隨N2/Ar+N2流量比增大，涂層硬度及彈性模量下降，膜基結(jié)合略有增強，耐磨性增加。
　　本研究進一步結(jié)合實際工況研究了不同摩擦方式（單向旋轉(zhuǎn)滑動、往復(fù)滑動）條件下，PAO/MoDTC潤滑不同N2/Ar+N2流量比Al-Mg-Ti-B-N涂層的摩擦行為及摩擦磨損機制，結(jié)果表明:
　　(1)單向旋轉(zhuǎn)摩擦測試條

5、件下，不同N2/Ar+N2流量比Al-Mg-Ti-B-N涂層摩擦系數(shù)均出現(xiàn)上升，且隨著N2/Ar+N2流量比增多，摩擦系數(shù)上升時的轉(zhuǎn)折點出現(xiàn)的時間越早，涂層磨痕處SEM結(jié)果顯示所有N2/Ar+N2流量比涂層磨痕處均沒有明顯的磨損，這意味著MoDTC添加劑與Al-Mg-Ti-B-N涂層之間具有良好的匹配性。對磨鋼球磨斑SEM結(jié)果顯示隨N2/Ar+N2流量比增多，鋼球磨斑直徑減小，這主要是由于涂層硬度逐漸減小導(dǎo)致的，此外高分辨率SEM圖像顯

6、示磨斑處均有微米級劃痕，這說明對磨鋼球發(fā)生了磨粒磨損，磨斑處EDX顯示沒有明顯的MoS2摩擦膜形成，進一步XPS結(jié)果顯示涂層磨痕處有MoO3及MoS2的形成，我們認(rèn)為MoO3作為硬質(zhì)顆粒在摩擦過程中移除了對磨鋼球產(chǎn)生的MoS2摩擦膜導(dǎo)致了摩擦系數(shù)的升高。
　　(2)往復(fù)運動摩擦測試條件下，不同N2/Ar+N2流量比涂層均具有較低的摩擦系數(shù)～0.04，涂層SEM圖像結(jié)果顯示涂層磨痕處均沒有出現(xiàn)明顯的磨損，對磨鋼球EDX分析顯示所有涂

7、層磨斑處均有明顯的MoS2信號，這也是涂層能夠產(chǎn)生低摩擦系數(shù)的原因，XPS結(jié)果顯示5％，10％N2/Ar+N2流量比涂層磨痕處均有MoS2形成，并無MoO3形成，而0％N2/Ar+N2流量比磨痕處為MoS2和MoO3。
　　(3)與單向旋轉(zhuǎn)相比，往復(fù)運動MoDTC潤滑條件下Al-Mg-Ti-B-N涂層能夠保持更低更穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，這主要是由摩擦方式?jīng)Q定的，在往復(fù)運動過程中能夠?qū)⑿纬傻挠操|(zhì)氧化物顆粒逐漸移除，減少對磨鋼球摩擦膜的移除