滑动摩擦稳定性及其对载流磨损的影响

发布时间：2020-07-14 00:18

【摘要】： 本文研究了载流及非载流条件下Ti_3AlC_2陶瓷块体和碳基块体对低碳钢的滑动摩擦稳定性及其与载流磨损率的相关性。试验在盘-块式高速载流摩擦磨损试验机上进行,滑动速度为20～60m/s,法向压强为0.4-0.8MPa,载流强度为2A/mm~2。通过微凸体干涉机制建立了滑动摩擦的稳定性模型,研究了Ti_3AlC_2材料与碳基块体非载流与载流条件下滑动摩擦稳定性的表现行为及其对载流磨损的影响。结果表明: 1、在本文所涉及的实验条件下,Ti_3AlC_2材料和碳基材料无论是非载流还是载流条件,摩擦系数在整个实验过程中都表现出随机波动性,并且其相对稳定期的波动行为服从正态分布。其标准偏差随法向压强、滑动速度和加载电流的改变而不同。摩擦过程越稳定亦即动摩擦系数的波动幅度越小,其标准偏差值越小;反之越大。 2、非载流条件下滑动速度和法向压强的改变对Ti_3AlC_2块体和碳基块体的摩擦稳定性和磨损率只有微弱的影响,而载流条件下有显著的影响;载流条件下,滑动速度越高或法向压强越小,摩擦的稳定性越低,磨损率越大,作为摩擦稳定性表征量的动摩擦系数标准偏差与载流磨损率之间存在强的线性相关性。但是,当滑动速度大于大约50m/s或者法向压强小于大约0.5MPa的情况下,Ti_3AlC_2块体的载流磨损率急剧增大。 3、Ti_3AlC_2材料和碳基材料无论是非载流还是载流条件,滑动摩擦稳定性是影响摩擦副磨损率的主要因素。尤其是载流滑动摩擦情况下,稳定性的增强可以有效地抑制载流摩擦过程中微电弧的产生,整体上降低材料的磨损率;稳定性的减弱致使摩擦过程中材料磨损表面微电弧产生,电弧烧蚀作用变大,整体上增加了材料的磨损率。 4、相对于碳基材料,Ti_3AlC_2材料在非载流和载流条件下都表现了极好的滑动摩擦稳定性,这种滑动摩擦稳定性决定了Ti_3AlC_2材料具有良好的摩擦磨损特性,是作为载流和非载流滑动摩擦副很好的选材。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH117.1
【图文】：

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2.3测试原理实验所使用的大功率载流摩擦磨损试验机主要由传动、加载、测量、控制和载流系统五个部分构成。传动系统(如图2一2)的主要部分是一个三相异步电动机带动摩擦盘高速转动，由于传动采用了大刚度轴系，输出端的最大扰动小于0.05林m，这就保证了摩擦盘较高的回转平衡精度，减小了机体的振动和噪音;加载系统(如图2一3)的工作方式采用杠杆式加载和液压式跟随加载相结合，这不仅使得加载系统的结构简单，载荷稳定，同时产生的振动也较小;测量系统由计算机全程实时动态监测、记录，并同步显示，但是环境的电磁干扰对测试信号的稳定性有一定的影响;控制系统主要是调节试验机的起、停状态及电机转速、数据采集，以及监测分析测试参数的状态;载流系统(如图2一4)中使用的电源可以是直流电源，也可以是交流电源，根据实验的要求可以方便地更换。为了便于对摩擦副的摩擦磨损机理研究

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匕京交通大学硕十学位论实验图2一 6Ti3AIC:材料表面抛光腐蚀后的SEM照片[’”]Fig.2一 6SEMmiero盯 aphsho硒 ngtheTi:AICZmaterialsurfacewhiehhasbeenPolishedandetehed[loJ制备的度为98.6%的试块。，晶粒尺寸约20林m，相对密TisAICZ块体材料纯度(质量分数)为97%，。将制备的Ti3AICZ样品机加工成摩擦面为 10mmx1omm，高度为 1Zmm2.4.2碳基块体的制备碳基块体则取实际使用的受电弓滑板作为选材，机加工成摩擦面为10mmX10mm，高度为12mm的试块。2.5实验方案本论文研究不通电和通电状态下，法向载荷、速度和电流密度等因素对滑动摩擦稳定性及其对载流磨损的影响

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1234 FullSeale2898otsCur‘ or:0.151keV〔， 8ots]图3一 15Ti3AleZ磨损面的EDS谱图;20m/s、0.SMPal’31Fig.3一 15EDSpatternsofwearsurfaeesofTi3AleZ:20而s、o.SMPa[13]图3一 16Ti3AICZ磨损面摩擦生成物薄膜横截面的典型sEM照片l”]Fig.3一 16A帅 iealSEMmierographexhibitingtheeross一 seetionofthe衍 ctionalfilmontheWom surfaceofTi3AleZll3]上述实验结果表明，低速干滑动下Ti3AIC:材料对低碳钢盘的摩擦稳定性比高速下要差的多，这与摩损面状态和摩擦机制有关。在高速下，磨损面上形成的摩擦氧化物薄膜具有明显的润滑性，充当了润滑剂的作用。正是由于这种氧化物薄膜的存在，大大的降低了Ti3AIC:材料的摩擦阻力。而在低速下，磨损面上没有形成这种具有润滑作用的薄膜，甚至几乎没有摩擦生成物的薄膜形成。根据微凸体干涉理论127]，如果微凸体在硬度相当的表面滑行时，微凸体经过几次干涉后，会被对磨体表面的微凸体破坏。从图3一14(a)和(b)中明显的粗糙表面以及极不

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