镍包石墨涂层的等离子喷涂制备及其性能研究

发布时间：2018-11-12 18:12

【摘要】：每年因摩擦引起的能源损耗、机器寿命缩短等现象,给全世界带来了巨大的经济损失。作为有效降低摩擦和减少磨损的方法,润滑可以减少因摩擦产生的能量消耗并保护工作的机械零部件,极大地满足了现代工业对节能延寿的迫切需求。随着机器运载负荷和速度的急剧增加,以及在严酷工况下特别是高温、高压、高真空条件下苛刻的润滑要求,固体自润滑涂层受到了广泛的关注。本文采用大气等离子喷涂技术在两种工艺参数条件下制备了镍包石墨涂层,采用SEM和XRD分别对涂层结构和相组成进行表征,并采用称重法、维氏硬度计和拉伸法分别对涂层孔隙率、硬度和结合强度进行了测定。基于此,研究了喷涂参数对涂层微观结构、孔隙率、硬度和结合强度的影响。另外,对各项性能较好的涂层进行摩擦磨损测试,考察载荷和温度对该涂层摩擦磨损性能的影响,并探讨镍包石墨涂层的摩擦磨损机制及润滑机理。实验结果表明:相比低功率(25 kW)镍包石墨涂层,大喷涂功率的镍包石墨涂层与基体结合处无明显缝隙,结合较好,且涂层孔隙率小,结合强度高,硬度分散性小,涂层性能更稳定,结构更均匀,涂层整体质量更优。室温时,蠕墨铸铁基体在载荷4N、8 N、20 N,转速200 r/min时,摩擦系数分别为0.64、0.68、0.71;喷涂镍包石墨涂层后,摩擦系数分别降为0.22、0.18、0.15。而在200℃时不同载荷镍包石墨涂层的摩擦系数分别为0.23、0.2、0.36,较室温有所增加,尤其在高载荷时增加显著。无论是室温还是200℃时,喷涂镍包石墨涂层后,蠕墨铸铁基体的摩擦系数明显降低,说明镍包石墨涂层减磨效果显著。喷涂镍包石墨涂层后,蠕墨铸铁基体的磨损率显著降低。随载荷的增大,蠕墨铸铁基体的磨损率呈直线上升的趋势,磨损率较大,而喷涂镍包石墨涂层后,在室温和200℃的条件下,磨损率都明显减小,但200℃时磨损率比室温时的磨损率大。在室温条件下,载荷4N时,石墨润滑相随石墨的露出逐渐铺展,此时未形成完整的石墨润滑膜,磨损较小,磨损机制为粘着磨损;载荷8 N时,磨痕增大,露出的石墨增多,石墨润滑膜逐渐形成,减磨效果比4N时显著,磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损;载荷20 N时,涂层表面开始出现裂纹,并有少量剥落现象,磨损机制为磨粒磨损。在200℃条件下,载荷4N时,石墨润滑膜逐渐形成,但石墨发生轻微氧化,润滑效果比室温时弱,磨损机制为粘着磨损和氧化磨损;载荷8 N时,微区温度的升高使石墨的氧化加剧,润滑效果减弱,涂层出现少许微裂纹,磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损;载荷20 N时,随着摩擦的进行,石墨因微区温度升高导致氧化加剧,不断减少,润滑相的不足及应力的增加,最终使涂层大面积剥落,磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。镍包石墨涂层的润滑机理为随着摩擦的进行,石墨不断露出到达涂层表面,在切应力和压应力的作用下,铺展于涂层表面,逐渐形成较为完整的石墨润滑膜,隔断摩擦副间的直接接触,从而达到润滑减磨的效果。
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【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG174.45

【参考文献】