低摩擦耐磨自润滑涂层摩擦学性能研究

发布时间：2019-08-08 19:31

【摘要】：摩擦磨损对零件表面损耗很大,因此,机械零部件失效主要是因为机件受到了摩擦而导致损耗。根据摩擦学理论,如果能在基体表面制备一层固体润滑涂层,并且固体润滑涂层的剪切应力比较低,这层涂层可以显著地降低摩擦副的磨损情况,提高使用寿命。理想的表面涂层应该是既有高硬度又可实现低摩擦。本文利用超音速等离子喷涂技术在GCr15基材表面制备KF-301+La_2O_3+WS_2复合涂层。采用MM-U5G屏显式材料端面高温摩擦磨损试验机分析复合涂层摩擦学性能。用XL30W/TMP扫描电子显微镜研究涂层磨损前后表面的形貌。用EDAX能谱仪分析涂层表面磨损前后的化学成分,并对涂层的磨损机理进行了探讨。研究结果表明:(1)WS_2的含量对涂层性能有着很大的影响。随着WS_2含量的增加,涂层的硬度呈下降趋势:(2)涂层的磨损率随着WS_2含量的变化而显现较大的波动,并且在WS_2含量为35%时达到最小值,为1.22×10~(-4)mg/m;(3)涂层的摩擦率随环境温度的升高而增加。在300℃时,摩损率为1.02×109~(-4)mg/m;在750℃时,摩损率为2.61×10-4 mg/m。随着温度的升高,涂层的摩擦系数呈现逐步增大的变化特征,当温度低于600℃时,摩擦系数保持在0.08左右;在750℃时,摩擦系数为0.12。微观组织分析表面:(1)润滑相WS_2的含量不足,润滑膜不能充分铺展,涂层呈层状脱落,磨损机理为磨粒磨损和疲劳磨损。含量过多,起支撑作用的Ni相相对减少,涂层易发生粘着磨损;(2)实验过程中,随着温度逐渐升高,接触表面不仅受到摩擦副的接触应力作用,还受到热应力的作用,导致WS_2固体润滑膜发生开裂并向破损发展,逐渐脱离基体表面发生脱离。自润滑复合涂层在摩擦热的影响下发生软化变形,从而导致强度和耐磨性下降。(3)涂层与基体结合紧密,润滑膜能进行连续润滑作用。在对磨过程中能在对偶件表面形成转移润滑膜,降低磨损。(4)KF-301+La_2O_3+WS_2复合涂层的磨损失效过程是疲劳磨损、磨粒磨损和粘着磨损。
【图文】：

原理图,热喷涂,形成原理

喷涂材料猛烈撞击基材表面，大部分的喷涂微粒在碰撞过程中，最终沉积在基材表面，冷却后形成所需的涂层。冷却到凝固ln()11TTcdTTρm =σατ 为粒子直径；c 为粒子热容；ρ1为粒子密度；σ 为表面张力；α；T 为喷雾化气体温度；Tm为粒子熔点。潜热放出时间 τ′为:qFLτ ′= 为熔化热或结晶热；q 为比热流；F 为粒子表面积。成原理图(如图 1.2)。涂层在形成过程中的每一个环节，都影响程中，充分熔融的高速粒子束接连不断地冲击基材表面，，并发面里，形成稳固的机械咬合配合。其中第一步加热喷涂材料，的过程是整个喷涂的两个关键环节。

涂层结构

粒本身的动能以及被加热时所获得的热能会传递给基体。与基体发生碰子会横向流动，呈扁平状。迅速冷却收缩，在此过程中，变形的涂层还气流的影响。粒子束就是以这种方式，接连不断地撞击基体表面。从喷涂涂层的形成层必然是由无数变形粒子互相交错呈波浪式堆叠在一起而形成层状组织其层状结构使喷涂涂层的性能具有方向性。喷涂涂层的层状结构使得涂的性能相差很大。由于部分粒子发生氧化，生成氧化物，伴随着喷涂粒被包裹在层状涂层结构里面。粒子不断堆积、有些粒子还会出现反弹，出现空隙或者空洞的现象。涂层内部也会存在残余应力，残余应力可以重熔处理来消除内部的内应力。证明，喷涂材料、喷涂距离、喷涂条件以及热源对涂层中的氧化物夹杂用。比如选择适当的距离，由于喷涂粒子的射程缩短，夹杂的空气也必量也会随之降低。选取喷涂速度快的超音速等离子喷涂方法也能显著减量。对涂层进行重熔处理，重熔后的涂层不仅氧化物和气孔显著减少了质状，性能得到很大的提高。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH117.1

【参考文献】