醇水润滑铝镁钛硼涂层磨损机理及摩擦学行为研究

发布时间：2017-09-16 11:27

  本文关键词：醇水润滑铝镁钛硼涂层磨损机理及摩擦学行为研究

  更多相关文章： 醇水润滑 磁控溅射 纳米复合涂层 低摩擦 硼酸

【摘要】：传统机械设备普遍采用油基润滑,不仅浪费能源,而且润滑油的泄露还污染环境。醇水润滑剂具有无污染、来源广泛、节省能源等特点,是一种理想的绿色环保润滑介质。研究与醇水润滑相匹配的新型摩擦材料或表面涂层已成为世界摩擦学研究领域的前沿课题。最近对Al-Mg-Ti-B纳米复合涂层的摩擦学研究表明,在醇水润滑的条件下,Al-Mg-Ti-B纳米复合涂层表现出优异的低摩擦行为。以往研究结果表明硼的氧化物B203和水反应的产物B(OH)3对涂层的低摩擦行为做出了主要贡献。这是由于以范德华力结合的B(OH)3原子层具有较弱的抗剪切力,易滑动从而导致低摩擦系数。而以醇水为润滑介质的摩擦过程中硼酸的来源,含硼硼化物涂层的低摩擦机制以及其摩擦行为尚不清楚。本文使用射频或直流磁控溅射技术分别制备了AlMgB14涂层、TiB2涂层、Al-Mg-Ti-B纳米复合涂层,随后对涂层表面进行了700℃高温热处理。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、接触角测量、拉曼光谱等方法系统表征了三种含硼硼化物涂层表面硼元素的化学状态和涂层表面水化行为。XPS结果表明只有TiB2和Al-Mg-Ti-B两种涂层热处理后表面发生氧化且生成硼酸,而热处理后的AlMgB14涂层表面发生氧化仅生成氧化硼而不是硼酸。接触角测量表明,三种含硼涂层的接触角不同,这导致不同的表面亲水性。研究表明,锐钛矿型Ti02对含硼硼化物涂层的润湿性起着重要的作用。为进一步研究醇水润滑Al-Mg-Ti-B纳米复合涂层的摩擦磨损行为,本文应用UMT-3多功能微摩擦磨损试验机,通过球盘式单向滑动摩擦方法分别系统研究了Al-Mg-Ti-B纳米复合涂层在不同载荷、不同线速度等摩擦条件下的摩擦性能及摩擦化学机制。以醇水为润滑介质,Al-Mg-Ti-B纳米复合涂层与摩擦副钢球之间的摩擦系数最终可降至0.02。随着施加载荷的增大,其摩擦系数下降很快。应用扫描电子显微镜(SEM)、扫描电子显微镜能谱(EDX)分析磨痕,结果表明摩擦过程是一个抛光过程。XPS分析表明,涂层在摩擦过程中发生了明显的氧化,载荷越大,氧化越严重。然而,在不同载荷及不同线速度条件下,均没有明显的硼酸存在。这可能是因为硼酸本身不稳定性,摩擦过程中需要原位实时监测才能发现硼酸的存在。本文还研究了在醇水润滑条件下,紫外辐照(UV)对Al-Mg-Ti-B纳米复合涂层表面化学态及摩擦性能的影响。XPS结果表明,紫外辐照后的Al-Mg-Ti-B纳米复合涂层在磨痕内外都有明显的H3B03生成,而未经紫外辐照的涂层没有H3B03生成。研究表明紫外辐照增强了涂层表面锐钛矿型Ti02的亲水性,提高了涂层的亲水性,从而导致了涂层摩擦性能的不同。
【关键词】：醇水润滑 磁控溅射 纳米复合涂层 低摩擦 硼酸
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第1章 绪论13-24
• 1.1 摩擦学基础13-14
• 1.2 润滑介质14-15
• 1.3 耐磨材料15-18
• 1.3.1 类金刚石薄膜(DLC)简介15-16
• 1.3.2 铝镁钛硼材料简介16-18
• 1.4 涂层技术18-22
• 1.4.1 真空蒸镀20
• 1.4.2 离子镀20
• 1.4.3 溅射镀20-22
• 1.5 本论文主要研究内容22-24
• 第2章 涂层的制备与表征24-29
• 2.1 涂层的制备24-26
• 2.1.1 制备方法24
• 2.1.2 衬底材料24-25
• 2.1.3 溅射靶材25
• 2.1.4 制备过程25-26
• 2.2 涂层的表征26-29
• 2.2.1 涂层微观结构表征26-27
• 2.2.2 涂层表面形貌表征27-29
• 第3章 富硼硼化物涂层表面水化行为的研究29-39
• 3.1 概述29
• 3.2 涂层制备实验29
• 3.3 结果与讨论29-38
• 3.3.1 涂层结构分析29-31
• 3.3.2 涂层热处理31-32
• 3.3.3 涂层表面化学状态分析32-35
• 3.3.4 涂层表面润湿性分析35-36
• 3.3.5 涂层表面拉曼测试分析36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 醇水润滑Al-Mg-Ti-B涂层摩擦磨损行为的研究39-57
• 4.1 概述39
• 4.2 摩擦磨损实验39-40
• 4.3 涂层性能表征40-43
• 4.3.1 涂层厚度40-42
• 4.3.2 涂层纳米硬度42
• 4.3.3 涂层形貌42-43
• 4.4 涂层摩擦磨损实验结果分析43-55
• 4.4.1 醇水润滑未镀膜轴承钢空白对照摩擦实验43-44
• 4.4.2 不同载荷醇水润滑Al-Mg-Ti-B涂层摩擦实验44-51
• 4.4.3 不同线速度醇水润滑Al-Mg-Ti-B涂层摩擦实验51-55
• 4.5 本章小结55-57
• 第5章 紫外辐照对醇水润滑Al-Mg-Ti-B涂层摩擦行为影响的研究57-65
• 5.1 概述57
• 5.2 摩擦磨损实验57-58
• 5.3 涂层摩擦磨损结果分析58-64
• 5.3.1 摩擦系数(COF)曲线分析58
• 5.3.2 涂层扫描电子显微镜(SEM)分析58-59
• 5.3.3 涂层磨痕三维(3D)形貌分析59-60
• 5.3.4 涂层X射线光电子能谱(XPS)分析60-62
• 5.3.5 涂层表面润湿性分析62-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第6章 结论与展望65-67
• 6.1 结论65-66
• 6.2 展望66
• 6.3 创新性66-67
• 参考文献67-72
• 致谢72-74
• 附录Ⅰ 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果74-75
• 附件75

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