复合固体润滑膜的试验研究

发布时间：2020-05-15 00:53

【摘要】： 复合固体润滑膜试验研究是基于改善某厂SDZH2-10阀门电动装置蜗轮蜗杆过量磨损失效而提出的。 SDZH2-10阀门电动装置蜗轮蜗杆传动比为70、载荷约为4137N、相对滑动速度为5.3m/s,蜗轮蜗杆材料分别为ZCuAl9Fe4Ni4Mn2,40Cr钢(调质HB250-280),该设备频繁启动、停止,摩擦温度高,润滑油难以发挥作用,使得摩擦副传动时处于无油而转化为干摩擦或边界润滑状态,导致表面氧化磨损和粘着磨损而失效。该工作条件适合采用固体润滑,由于普通固体润滑剂,如石墨和二硫化钼等固体润滑时不能象油一样持续补给,受材料本身与基体表面的附着强度的限制,使用寿命短,很难满足上述苛刻条件。为了提高固体润滑膜与基体的结合强度: 一方面是通过表面磷化来改善其结合力,增加其使用寿命。本文进行了磷化膜显微结构检测、磷化膜厚度检测、磷化膜摩擦学性能测试等。确定了最佳磷化配方为:Zn(NO_3)_2 20g/L、马日夫盐60g/L、Mn(NO_3)_215g/L、Ni(NO_3)_2 2g/L、Ca(NO_3)_2 2g/L、酒石酸1g/L,少量添加剂。最佳磷化工艺艺参数为:温度60～70℃,时间10～15min。磷化后表面磨损明显低于未磷化试样,磷化膜与基体是以化学键结合的,因而结合力达到了47.47N,通过表面调整工艺,使磷化膜的摩擦系数由原来的0.8降到了0.3。另一方面是把自制的少量微纳米钛酸钾晶须加入到石墨和二硫化钼粘结固体润滑膜中来改善其结合力,增加其使用寿命。通过进行扫描电镜测试形貌、成分分析,摩擦学性能测试等。结果表明,在300℃和500℃时,粘结固体润滑膜中加钛酸钾晶须的耐磨寿命分别是未加钛酸钾晶须的2.4倍和3倍,且磨痕明显小于未加钛酸钾晶。将磷化膜作为表面预处理,与加入自制的微纳米钛酸钾晶须增强的固体润滑剂组合使用(称之为复合固体润滑膜),通过进行摩擦学性能测试及划痕测试。结果表明,复合固体润滑膜的耐磨寿命是未磷化直接喷涂固体润滑膜的3倍,且摩擦系数值仅只有未磷化处理的1半以下。未磷化直接喷涂固体润滑膜时与基体的结合力为5.32N,而复合固体润滑膜与基体的结合力则提高到11.28N。复合固体润滑膜提高了与基体的结合力,能保持固体润滑膜的稳定性和持久性,从而能改善阀门电动传动装置原有的蜗轮蜗杆传动中载荷大,滑动速度高,压力大,摩擦温度高的极端磨擦状态,达到减磨的效果。同时,为了进一步考查复合固体润滑膜在高温高压下润滑性能,还进行了高速钢刀具切削性能试验研究。如摩擦性能测试、磨损形貌分析、切削性能测试、磨损量测试等。结果表明,当进给量达到0.3mm/r时,随着进给量的增大,复合固体润滑膜的磨损量逐渐呈下降趋势,在0.5mm/r时,仅为煤油切削液的1/2;在切削速度9-36 m/mim时,复合膜+煤油的切削性能均优于煤油;在进给量0.2-0.7mm/r时,复合膜+煤油的磨损量均低于煤油,尤其是在0.5mm/r时,仅为煤油的1/3;在切削速度为18-36时m/min时,复合膜+煤油的磨损量均低于煤油,尤其是在36m/min时,仅为煤油的1/3。表明高速钢刀具表面经涂敷复合固体润滑膜后,明显提高了刀具的切削性能、刀具的耐用度和加工精度。复合固体润滑膜能产生“多重协同效应”,因此在载荷大,压力大,摩擦温度高的极端磨擦状态下,能改善润滑条件,提高了固体润滑膜的稳定性和持久性。从而能改善某厂SDZH2-10阀门电动传动装置中原有的蜗轮蜗杆传动中的润滑状况,达到减磨的效果。
【图文】：

晶体结构,摩擦系数,底材,润滑性

图1.2二硫化相的晶体结构Fig.l，2StruetUreofMoSZ中能保持低的摩擦系数。但是MoS:的耐，MoS:涂层膜的摩擦系数增大2一3倍，铝润滑性的影响主要有三方面:通常，二硫化铝在空气中于一184℃一400℃面的温度上升时，，由于二硫化铝本身或底;底材表面的氧化等，使其周围气氛相oS:的摩擦系数。于摩擦生热引起MoS:发生解吸除水而干度增大及负荷加大而呈降低。

云母,石墨,石棉纤维,晶须

图 1.4二硫化相与石墨的复合效应 Fig.1.4ComPlexeffeetofMoS:andgraPhite云母和石墨的复合见图1.5。图1.5云母50%+石墨50%的结构 Fig.1.5struetureofmicaand『aphite1.4.3钦酸钾晶须的协同作用润滑膜同基体表面的附着强度同样对耐磨寿命具有显著影响。研究表明 [2.291，在固体润滑膜中加入石棉纤维可以提高耐磨寿命。但石棉纤维对坏境有害，因此必须开发石棉纤维替代材料。钦酸钾晶须最初作为航天用高温隔热材料由美国杜邦公司于1958年开发出来[34】。80年代中期开始，研究重点转向其应用。从90年代开始，日本对钦酸钾晶须的生产及应用研究的垄断地位逐渐被打破，现在中国、韩国等的研究者己经涉足这一领域。钦酸钾晶须作为纤维材料具有工艺简单且价格低廉等特点130]见表卜5。钦酸钾
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH117.22

【引证文献】