含磨粒油润滑条件下镀（涂）层摩擦学性能及其机理

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1、上海交通大学博士学位论文含磨粒油润滑条件下镀（涂）层摩擦学性能及其机理姓名：杜令忠申请学位级别：博士专业：材料加工工程指导教师：徐滨士;吴毅雄20050201含磨粒油润滑条件下镀涂层摩擦学性能及其机理摘要高风沙环境下空气中的沙尘很容易进入装备的润滑系统引起零部件的快速磨损失效本文针对这个影响装备使用寿命的关键技术难题依据零件失效形式及硬质点+软基体的设计思想提出采用镍基纳米颗粒复合电刷镀层3Cr13高速电弧喷涂层12Co-WC超音速等离子喷涂层等三种先进表面工程技术来提高材料在含细沙油润滑条件下摩擦磨损

2、性能的技术路线采用SEMTEM及铁谱等技术研究了这三种镀涂层的显微组织相结构力学性能以及各种因素对其在含细沙油润滑条件下摩擦学行为的影响这对于解决高原高风沙条件下装备的快速磨损延长装备寿命提高装备保障能力和战斗力具有重大的工程现实意义同时通过系统研究镀涂层在含细沙油润滑条件下的磨损机理和抗磨机制从理论上探讨与钢铁等均质材料不同的镀涂层的组织结构对摩擦学行为的影响对指导镀涂层的设计具有重要的学术意义通过对纳米颗粒复合镀层组织形貌和力学性能的研究发现纳米颗粒在复合镀层中呈三维均匀分布镀层组织细小致密由于细晶

3、强化弥散强化和畸变强化镀层的硬度显著提高Al2O3SiO2SiCZrO2TiO2Si3N4及金刚石等七种镍基纳米颗粒复合电刷镀层在含细沙油润滑条件下的摩擦学性能对比实验表明n-Al2O3/Ni复合镀层具有最优的性价比当镀液中纳米颗粒含量为20g/L时复合镀层具有最佳的摩擦学性能它在含细沙油润滑条件下的耐磨性显著高于快速镍电刷镀层及45钢基体进一步对n-Al2O3/Ni复合镀层的研究表明速度载荷沙粒含量沙粒尺寸镀层表面状态和摩擦副材质对复合镀层在含细沙油润滑条件下的摩擦学性行为具有较大影响镀层的磨损体积随

4、载荷沙粒含量沙粒尺寸增加而增加I随滑动速度增加先减小当到一临界值时镀层的磨损体积又增加载荷和沙粒含量对磨损体积的影响较大而速度和沙粒尺寸对摩擦系数的影响较大镀层在低速低载下的磨损以磨粒磨损为主高速高载下的磨损转变为以材料的塑性变形和粘着磨损为主镀层表面状态和摩擦副材质对纳米颗粒复合镀层的耐磨性影响较大表面未抛光时镀层的磨损体积是表面抛光时的10倍而与钢球对磨时镀层的磨损体积也是其与陶瓷球对磨时的10倍3Cr13高速电弧喷涂层组织均匀致密表面平整涂层的孔隙率低结合强度高在含细沙油润滑条件下涂层的耐磨性比3

5、8CrSi钢提高15以上12Co-WC超音速等离子喷涂层具有比高速电弧喷涂层更优的表面组织和力学性能喷涂过程中WC颗粒的氧化和分解少涂层主要由WC和少量W2C组成在含细沙油润滑条件下涂层的耐磨性比灰铸铁提高6倍以上而且涂层的磨损体积随沙粒尺寸和沙粒含量增加变化较小在分析润滑状态沙粒和摩擦副对被磨材料的作用及润滑油中磨屑形貌的基础上发现镀涂层在含细沙油润滑条件下的磨损机理为微观切削挤压脱落粘着磨损及低周疲劳剥落采用透射电镜等技术揭示了纳米颗粒复合镀层在含细沙油润滑条件下的抗磨机制弥散分布于复合镀层中的纳米

6、颗粒通过改善镀层组织提高镀层的室温和高温硬度阻碍疲劳裂纹扩展以及减摩作用使镀层在含细沙油润滑条件下的摩擦学性能显著提高高硬的氧化物分布于高铬马氏体中提高了3Cr13高速电弧喷涂层抵抗磨粒切削的能力而涂层中的孔隙不但可以吸附并储油润滑而且还可以包容一部分沙粒因此涂层在含细沙油润滑条件下表现出良好的摩擦学性能12Co-WC超音速等离子喷涂层高的硬度及软基体硬质颗粒的组织分布使涂层在含细沙油润滑条件下具有良好的摩擦学性能II依据沙粒对材料表面的作用本文提出了一个材料在含磨粒油润滑条件下磨损体积计算的数理模型此

7、模型与磨损实验数据吻合较好研究表明纳米颗粒复合镀技术可以修复45钢材质的轴承内外圈配合表面密封环配合面3Cr13高速电弧喷涂或12Co-WC超音速等离子喷涂技术可以对轴类零件表面进行修复和强化应视零件成本而定而工作环境复杂的缸套表面宜采用具有较好结合强度及较高耐磨性的12Co-WC超音速等离子喷涂技术进行修复和强化依据模拟试验结果将三种先进表面工程技术应用于装备的强化和修复效果良好表面镀涂层技术在解决高风沙环境下材料的快速磨损方面具有广阔的应用前景关键词纳米颗粒电刷镀层高速电弧喷涂超音速等离子喷涂油润滑

8、磨粒磨损机理IIITRIBOLOGICALPROPERTIESANDWEARMECHANISMOFCOATINGSINABRASIVECONTAMINANTOILABSTRACTIndustyenvironments,finesandparticlesenteringthemachinelubricationsystemswillacceleratethewearoftheslidingcomponents.Inordertosolveth