醇水潤(rùn)滑鋁鎂鈦硼涂層摩擦磨損性能研究.pdf

1、由TiB2納米晶粒彌散分布在Al-Mg-B非晶基體中的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的Al-Mg-Ti-B涂層能夠大幅降低醇水邊界潤(rùn)滑狀態(tài)下機(jī)械部件的摩擦系數(shù)，進(jìn)而減少摩擦副間的磨損，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行效率。醇水潤(rùn)滑介質(zhì)作為一種綠色無(wú)污染的潤(rùn)滑介質(zhì)，符合當(dāng)今的能源形勢(shì)與研究方向，兼之來(lái)源廣泛、安全性高、流動(dòng)性好等特點(diǎn)，使得醇水潤(rùn)滑Al-Mg-Ti-B涂層有著突出的應(yīng)用前景，更具有重大的研究意義。以往的研究基于摩擦及磨損機(jī)理的系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)硼酸是涂層低摩擦

2、行為的主要貢獻(xiàn)因素。然而醇水潤(rùn)滑Al-Mg-Ti-B涂層在不同摩擦條件下的摩擦行為還沒(méi)有被系統(tǒng)的研究。因此亟需對(duì)不同摩擦條件下醇水潤(rùn)滑Al-Mg-Ti-B涂層摩擦及磨損的基本機(jī)理做出更深入的理解，特別是不同摩擦條件對(duì)于醇水潤(rùn)滑摩擦化學(xué)反應(yīng)的影響需要做出系統(tǒng)的研究。
　　本文利用直流磁控濺射的方法分別在單晶硅片和軸承鋼片上沉積了Al-Mg-Ti-B涂層和TiB2涂層。通過(guò)球盤式單向旋轉(zhuǎn)摩擦實(shí)驗(yàn)及掃描電鏡(SEM)、能譜(EDX)和X

3、射線光電子能譜(XPS)等表征手段，研究了高載荷作用下醇水潤(rùn)滑Al-Mg-Ti-B涂層的摩擦行為與低載荷條件下涂層摩擦行為的區(qū)別。研究結(jié)果表明隨著載荷增大，摩擦系數(shù)下降更快，下降幅度更大，摩擦系數(shù)曲線變得平滑，磨痕處的粘著磨損受到抑制;但過(guò)高的載荷又會(huì)使摩擦層不能長(zhǎng)時(shí)間保持，而且會(huì)加速潤(rùn)滑劑的損失，造成潤(rùn)滑失效。
　　本文進(jìn)一步通過(guò)球盤式單向旋轉(zhuǎn)摩擦實(shí)驗(yàn)比較了醇水潤(rùn)滑Al-Mg-Ti-B涂層和醇水潤(rùn)滑TiB2涂層的摩擦行為。研究發(fā)

4、現(xiàn)在相同摩擦條件下，兩種涂層在與鋼對(duì)磨時(shí)摩擦系數(shù)均呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)，Al-Mg-Ti-B涂層能達(dá)到更低的穩(wěn)態(tài)摩擦系數(shù)。SEM及EDX結(jié)果表明，醇水潤(rùn)滑兩種涂層摩擦過(guò)程中主要發(fā)生表面的拋光;XPS結(jié)果表明，Al-Mg-Ti-B涂層在摩擦過(guò)程中的氧化程度更大，摩擦化學(xué)反應(yīng)更劇烈，形成的摩擦層帶來(lái)更低的摩擦系數(shù)，而TiB2涂層在摩擦過(guò)程中發(fā)生了部分Fe的粘著。
　　本文還系統(tǒng)研究了Al-Mg-Ti-B涂層在球盤式往復(fù)摩擦實(shí)驗(yàn)中的摩擦行為

5、及表現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)Al-Mg-Ti-B涂層在干摩擦后發(fā)生了大量的剝落，而醇水潤(rùn)滑涂層表面沒(méi)有出現(xiàn)剝落，但在磨痕處出現(xiàn)了大量Fe的粘著;Al-Mg-Ti-B涂層經(jīng)紫外輻照后的摩擦系數(shù)曲線與未經(jīng)紫外輻照的摩擦系數(shù)曲線走勢(shì)相同，但整體上數(shù)值更低，變化更快。經(jīng)紫外輻照后的磨痕寬度更窄，深度更淺，磨損程度低，耐磨性好。XPS結(jié)果表明，紫外輻照促進(jìn)了Al-Mg-Ti-B涂層表面氧化硼的進(jìn)一步水化反應(yīng)，生成硼酸，從而降低了醇水潤(rùn)滑涂層與鋼對(duì)磨的摩擦系數(shù)