面向海水关键摩擦副的复合陶瓷与涂层材料的性能研究

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1、论文分类号：２学校代码：１０７０８＃１５０５０１０＿＾在＃孩大ｆＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＥＩＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文Ｔｈｅｓ＇ｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ面向海水关键摩擦副的复合陶瓷与涂层材料的性能研宄－ｉｐＩｆｌｉ指导教师姓名：文怀兴教陈威副教授Ｉ学科名称：机械制造及自动化气＿■论文提交曰期：麵年３月Ｉ義论文答辩日期：２０１８年５月｜｜学位授予单位：陕ｆ技大学ｙｉ■■■■ＨＩ■■■■■■——■■■——１＾——■■■■—申请工学硕士学

2、位论文论文题目：面向海水关键摩擦副的复合陶瓷与涂层材料的性能研究学科门类：工学一级学科：机械工程培养单位：机电工程学院硕士生：刘杏导师：文怀兴教授陈威副教授2018年5月StudyonthePropertiesofCompositeCeramicsandCoatingMaterialsFacingtotheKeyFrictionalAssociatedwithSeaWaterAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegree

3、ofMasterofEngineeringScienceByXingLiuSupervisor:Prof.HuaixingWenLecturerWeiChenMay2018面向海水关键摩擦副的复合陶瓷与涂层材料的性能研究摘要近年来海洋装备的发展已列为重点研发领域。为拓展海洋环境下关键摩擦副的应用，金属等常用材料已不能满足海洋装备的性能需要。但复合陶瓷具有优异的耐腐蚀、耐高温等性能，可以更好地替代现有的关键部件。基于此，本文研究了海水环境下，变载、变速以及变量（六方氮化硼（hBN）的含量）三种参数对Si3N4-hBN复合陶瓷与双相不锈钢（2507）、聚醚醚酮、2507金属基聚醚醚酮复合

4、涂层配副的摩擦学性能的作用机制。旨在探究海水环境下三种变量对Si3N4-hBN/2507、Si3N4-hBN/PEEK、Si3N4-hBN/2507基PEEK复合涂层三种摩擦副的摩擦学性能的影响机理。采用SEM、EDS、XPS等测试分析手段，剖析摩擦表面试验前后的变化。本论文主要做了以下研究工作：（1）本文介绍了海水介质下，Si3N4-hBN/2507摩擦副在变载、变荷条件下的性能变化。试验表明，Si3N4-hBN与2507钢配副在20N参数下，摩擦因数低至0.38，与其配副的销、盘的磨损率的级数低至10-5数量级。摩擦副的主要磨损机理为磨粒磨损和腐蚀磨损。另一方面，当速度为1.73

5、m/s（1000r/min）时，随着磨程的增加，SN20在1.73m/s条件下的摩擦因数低至0.38，在该参数下，销盘的磨损率的级数也是在10-5数量级。（2）对比研究了海水环境下，变载、变速对Si3N4-hBN/PEEK摩擦副的摩擦学性能影响。试验发现，速度为1.73m/s时，SN20摩擦副的摩擦因数低至0.07，其中销的磨损率为0.38×10-5mm3/Nm，盘的磨损率为0.76×10-5mm3/Nm。磨损机理主要粘着磨损和腐蚀磨损。另一方面，随着速度的增加，摩擦因数和磨损率明显降低。当载荷为20N时，Si3N4-hBN/PEEK配副的摩擦因数表现出整体较低的趋势，且在速度为1.

6、73m/s表现出较好的摩擦学性能，其中摩擦因数低至0.07。磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损。（3）在以上研究的基础上，探讨了在海水环境中定载（20N）、定速（1.73m/s）条件下，Si3N4/2507基PEEK复合材料涂层配副的摩I擦学性能。结果发现，随着hBN的增加，摩擦副的摩擦因数也呈现明显的上升趋势。SN0与0%hBN含量的2507金属基PEEK涂层配副的摩擦因数低至0.05。当SN0与3%hBN含量的2507金属基PEEK涂层配副时的摩擦因数有所升高，摩擦副的摩擦因数升高为0.57。SN0与6%hBN含量的2507基PEEK涂层配副的摩擦因数显著上升至0.12。并且在该参

7、数下的磨损率也相对较高。这是由于不同含量的hBN的加入使得涂层材料的孔隙率升高，涂层与金属基体的结合度下降，加速了海水的腐蚀作用。本论文的研究表明，在海水环境中，Si3N4-hBN/2507金属摩擦副、Si3N4-hBN/PEEK、Si3N4-hBN/2507金属基PEEK复合涂层摩擦副在特定的参数下具有较好的服役性能。这不但为海洋工程装备的开发和应用提供了理论支撑，也在一定程度上对海洋装备中关键摩擦副的选择提供了新思路，具有重要的工程应用价值。关键词：陶