水潤滑條件下陶瓷類復合材料摩擦學性能的研究.pdf

1、由于用水作機械傳動摩擦副的潤滑介質(zhì)在許多方面比用油更具有優(yōu)越性，水潤滑技術(shù)自20世紀70年代以來得到了廣泛的研究和應用。水潤滑技術(shù)的關(guān)鍵問題是正確選擇水潤滑條件下的摩擦副對偶材料。陶瓷材料在水中具有優(yōu)異的摩擦學性能，因此陶瓷摩擦副是水潤滑技術(shù)研究的重點，但是陶瓷材料的脆性是其難以克服的缺點，使它們的應用受到了限制。陶瓷類復合材料由陶瓷和金屬復合而成，兼具金屬和陶瓷材料的特點，在水潤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合材料水潤滑條件下的摩擦學性能。利用球-盤式摩擦磨損試驗機進行滑動摩擦實驗，以Si3N4陶瓷球為上試樣，分別以Ti(C,N)盤、WC盤、Si3N4盤和316不銹鋼盤為下試樣組成滑動摩擦副。
　　 本論文以去離子水潤滑為主，同時又選取了3％NaCl溶液和無水乙醇這兩種液體作為潤滑液，用來與在去離子水中的潤滑條件進行對比分析。其中，3％NaCl溶液用來模擬海水中的潤滑環(huán)

3、境，選用無水乙醇的目的是將摩擦副與水分離，通過摩擦副在沒有發(fā)生水合反應時的表現(xiàn)來分析水在摩擦過程中所起的作用。
　　 觀察了滑動摩擦副在去離子水、3％NaCl溶液、無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)果進行對比，分析了不同摩擦階段的磨痕表面變化。通過光學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)盤和Si3N4球/WC盤這兩對摩擦副在水潤

4、滑條件下經(jīng)過較長時間的磨合后摩擦因數(shù)都能夠降低到0.01以下，進入流體潤滑狀態(tài)。3％NaCl溶液中的Na+離子會影響摩擦過程，使摩擦因數(shù)的降低幅度變小，在部分實驗條件下無法進入流體潤滑狀態(tài)。在無水乙醇中，四種摩擦副的摩擦因數(shù)曲線基本保持水平不會降低，說明水的潤滑作用是摩擦因數(shù)降低的主要因素。兩種陶瓷類復合材料在不同的潤滑液、載荷和滑行速度下的耐磨性都比Si3N4盤好，具有優(yōu)異的水潤滑性能。
　　 水潤滑條件下Si3N4球/Ti(

5、C,N)盤摩擦副在高速低載、高速高載時能夠進入流體潤滑狀態(tài)，低速時摩擦因數(shù)只降低少許。說明滑行速度提高時，水潤滑效果會更加明顯，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，且高載時盤的磨損量與低載荷時相比反而降低。推測其磨合過程為：盤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，待摩擦化學反應產(chǎn)生的潤滑膜在表面充分積累摩擦因數(shù)便會降低。由于Ti(

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