基于離子氮化的復(fù)合表面處理抗扭動微動磨損機理研究.pdf

1、扭動微動是在交變載荷下接觸副間發(fā)生往復(fù)微幅的相對扭動。扭動微動現(xiàn)象在工業(yè)領(lǐng)域普遍存在，使得零部件的使用壽命大大降低。表面工程技術(shù)，作為一種減緩微動損傷的有效措施，可以很好地保護基體材料。但有關(guān)表面工程技術(shù)抗扭動微動損傷的研究報道很少。因此，系統(tǒng)地研究離子滲硫/離子氮化復(fù)合層，激光淬火/離子氮化復(fù)合層和DLC/離子氮化復(fù)合層的扭動微動磨損性能和損傷機理，對表面工程抗扭動微動損傷的應(yīng)用具有重要的理論意義和工程指導(dǎo)價值。
　　 本文在

2、高精度的扭動微動磨損試驗機上，采用球/平面接觸方式，在不同的法向載荷和角位移幅值條件下，對基體（LZ50鋼）及三種復(fù)合層（離子滲硫/離子氮化復(fù)合層、激光淬火/離子氮化復(fù)合層、DLC/離子氮化復(fù)合層）進(jìn)行了扭動微動磨損試驗。在分析動力學(xué)特性的基礎(chǔ)上，利用了光學(xué)顯微鏡(OM)、X射線衍射儀(XRD)、掃面電子顯微鏡(SEM)、電子能譜(EDX)、拉曼光譜儀和雙模式表面形貌儀等進(jìn)行微觀分析，系統(tǒng)研究了三種復(fù)合層的扭動微動運行行為和損傷機理。研

3、究獲得的主要結(jié)論如下:
　　 1.離子滲硫/離子氮化復(fù)合層的扭動微動磨損
　　 離子滲硫/離子氮化復(fù)合層由于氮化層的支撐作用和滲硫?qū)又械腇eS的易滑移結(jié)構(gòu)，改變了基材的微動運行區(qū)域，使其滑移區(qū)向小角位移幅值方向移動，使得混合區(qū)減小，滑移區(qū)增大。角位移幅值和法向載荷對摩擦扭矩有重要的影響，摩擦扭矩的演變規(guī)律與所處的微動區(qū)域有關(guān)，部分滑移區(qū)的摩擦扭矩一直處于較低水平，混合區(qū)的摩擦扭矩呈現(xiàn)“跑合-爬升-峰值-穩(wěn)定”四個階段，滑

4、移區(qū)的摩擦扭矩四個階段特征不明顯。摩擦耗散能呈現(xiàn)與摩擦扭矩相同的特征，且低于LZ50鋼的耗散能。當(dāng)微動運行于部分滑移區(qū)，離子滲硫/離子氮化復(fù)合層損傷輕微;微動運行于混合區(qū)，磨損機制為磨粒磨損、氧化磨損和剝層;微動運行于滑移區(qū)，損傷加重，磨損機制仍為磨粒磨損、氧化磨損和剝層。在相同工況下，離子滲硫/離子氮化復(fù)合層的損傷比LZ50鋼基材輕微。
　　 2.激光淬火/離子氮化復(fù)合層的扭動微動磨損
　　 該復(fù)合層由于其高硬度和表面

5、的殘余壓應(yīng)力改變了基材的扭動微動的運行區(qū)域，滑移區(qū)向小角位移幅值方向移動，混合區(qū)減小，滑移區(qū)擴大。該復(fù)合層摩擦扭矩和摩擦耗散能的演變與離子滲硫/離子氮化復(fù)合層的相似。微動運行于部分滑移區(qū)，總體損傷輕微;在混合區(qū)，磨損機制為磨粒磨損、氧化磨損和剝層;在滑移區(qū)，損傷嚴(yán)重，磨損機制仍為磨粒磨損、氧化磨損和剝層。在相同工況下，復(fù)合層的損傷比LZ50鋼輕微。
　　 3.DLC/離子氮化復(fù)合層的扭動微動磨損
　　 DLC具有高硬度和

6、低摩擦系數(shù)的特性，促使基材的滑移區(qū)向小角位移幅值方向移動，混合區(qū)消失，滑移區(qū)大大增加。在部分滑移區(qū)，摩擦扭矩處于較低水平，在滑移區(qū)，摩擦扭矩呈緩慢上升。摩擦耗散能在不同的運行區(qū)域呈現(xiàn)于摩擦扭矩相同的特征。微動運行于部分滑移區(qū)，DLC/離子氮化復(fù)合層的損傷輕微，仍保留原始的顆粒狀特征;在滑移區(qū)，損傷機制為磨粒磨損、剝落和石墨化。DLC/離子氮化復(fù)合層大大降低了基材的磨損，表現(xiàn)出優(yōu)異的抗微動損傷特性。
　　 4.三種復(fù)合層的對比