過氧化氫環(huán)境下陶瓷材料磨損機理的研究.pdf

1、新一代無毒無害運載火箭的推進系統(tǒng)中的部分運動部件（如渦輪泵軸承）和密封件等要求在H2O2強氧化性環(huán)境下工作，在此種極端工況條件下的摩擦副的摩擦學行為將發(fā)生極度惡化。陶瓷材料是過氧化氫的二級相容材料，以其耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等一系列優(yōu)異的性能在航空航天軸承領域內具有廣闊的應用前景。當前，對于陶瓷材料在H2O2強氧化性介質中的摩擦學行為及其失效機理的研究尚未多見，本文通過研究陶瓷材料在H2O2強氧化性環(huán)境中的摩擦磨損行為、腐蝕電化學特性及

2、失效機理，在此基礎上建立H2O2介質溶液中的陶瓷球/1Crl8Ni9Ti不銹鋼環(huán)摩擦配副的磨損模型和腐蝕模型，為強氧化性環(huán)境下摩擦副材料的合理設計、選材提供了重要的理論依據(jù)。
　　 通過所建立的強氧化環(huán)境下材料摩擦學及電化學性能試驗平臺對Zr02、A1203和Si3N4工程陶瓷材料分別與1Cr18Ni9Ti不銹鋼材料配副時在不同濃度H2O2介質溶液中的摩擦磨損行為進行了研究，對比分析了摩擦系數(shù)、磨損量、摩擦副的磨損表面形貌、磨粒

3、特征以及腐蝕電化學參數(shù)的變化規(guī)律，建立磨損量-H2O2介質濃度、腐蝕量-H2O2介質濃度關系的磨損模型和腐蝕模型。
　　 研究發(fā)現(xiàn)：隨著H2O2介質溶液濃度的增大，Zr02陶瓷球/1Crl8Ni9Ti不銹鋼環(huán)摩擦配副和Al2O3陶瓷球/1Crl8Ni9Ti不銹鋼環(huán)摩擦配副的平均摩擦系數(shù)總體上呈現(xiàn)減小的趨勢；而Si3N4陶瓷球/1Crl8Ni9Ti不銹鋼環(huán)摩擦配副的平均摩擦系數(shù)總體上呈現(xiàn)增大的趨勢。離子鍵型陶瓷材料（Zr02、A1

4、203）的吸附能力比共價鍵型陶瓷Si3N4的強，其與1Cr18Ni9Ti不銹鋼對摩時，在陶瓷表面形成不銹鋼的轉移膜，發(fā)生類似金屬與金屬之間的粘著磨損作用，使摩擦系數(shù)較高。隨著H2O2介質溶液濃度的增大，粘著作用減弱，摩擦系數(shù)減小，高濃度H2O2介質溶液中，Si3N4陶瓷材料的磨損以腐蝕磨損和磨粒磨損為主，摩擦系數(shù)增大。從磨損量的大小來看，Si3N4陶瓷球/1Cr18Ni9Ti不銹鋼環(huán)摩擦配副最耐磨，Zr02陶瓷球/1Crl8Ni9Ti不

5、銹鋼環(huán)摩擦配副最不耐磨，A1203陶瓷球/1Cr18Ni9Ti不銹鋼環(huán)摩擦配副耐磨性居中。ZrO2陶瓷球在H2O2介質溶液中發(fā)生脆性斷裂和犁溝型磨損，使其磨損量較大；Si3N4陶瓷球在H2O2介質溶液中以腐蝕磨損為主，生成的膜狀產物能對磨損表面起到一定的保護作用，磨損量較小。考察試驗后的磨損表面粗糙度可知，H2O2介質能對1Cr18Ni9Ti不銹鋼環(huán)表面起到一定的類似化學拋光的作用，使磨損后的表面粗糙度有所減小?？疾觳煌瑵舛菻2O2介質

6、溶液中的自腐蝕電位隨磨損進程的變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)：純水中自腐蝕電位為負，隨著H2O2濃度的增加，自腐蝕電位發(fā)生正移現(xiàn)象，且正移量增加；H2O2介質溶液中的H2O2的鈍化作用會造成1CrlSNi9Ti不銹鋼陽極腐蝕電流減小、鈍化膜的穩(wěn)定性和厚度增加，鈍化性能增強，從而使1CrlSNi9Ti不銹鋼在H2O2介質溶液中的自腐蝕電位正移。濃度愈大，鈍化作用愈強，正移量增加。Si3N4陶瓷球/1Crl8Ni9Ti不銹鋼環(huán)電位正移幅度最小；Zr02陶瓷球

7、/1Crl8Ni9Ti不銹鋼環(huán)電位正移幅度最大，且波動嚴重；A1203陶瓷球/1Cr18Ni9Ti不銹鋼環(huán)幅度和波動居中。H2O2強氧化性介質溶液中生成的鈍化膜在摩擦磨損過程中破壞、再生、再破壞造成了自腐蝕電位的變化與波動。陶瓷球磨損量-H2O2介質濃度、腐蝕量-H2O2介質濃度分別遵循指數(shù)關系與對數(shù)關系，建立的H2O2介質溶液下的陶瓷球/1Cr18Ni9Ti不銹鋼環(huán)摩擦配副的磨損模型和腐蝕模型為陶瓷不銹鋼配副的摩擦磨損行為和腐蝕電化學