金属磨损自修复技术的研究

发布时间：2020-04-21 23:32

【摘要】：所有机器的运行都是依赖其零件接触副的相对运动。有相对运动就有磨损，磨损是导致表面损坏、零件失效和材料损耗的主要原因。摩擦过程造成功率损失、浪费大量的能源。减少磨损的重要措施之一是润滑，然而传统润滑油只能起减少相对运动表面的磨损、延长其使用寿命的目的，而不具备在摩擦过程中产生对磨损表面进行自修复的能力，因此也就不可能产生零磨损和自修复效应。随着现代科学技术的发展，润滑油及其添加剂的需求量逐年增加，而且对润滑油的性能要求也越来越高。传统的油溶性抗磨减摩添加剂虽然能提高油品的承载能力和极压性能，但在使用中会造成环境的污染。常规数量级的无机粒子由于在润滑油中的分散性能差，因此严重制约了它们的应用。近年来，纳米材料的出现为润滑油添加剂的发展提供了一个新的选择。本论文采用在基础油中加入纳米添加剂，通过改变载荷、频率、添加剂含量等可以影响修复效果的试验参数，在PLINT型高精度液压实验机进行了大量的磨损修复试验。对含纳米添加剂润滑油的摩擦学性能以及抗磨、减摩机理进行了研究，并考察和分析了金属磨损的自修复机理及添加剂修复特性。主要得出了以下结论： 1．不含修复添加剂的润滑条件下，摩擦系数高，磨损剧烈。修复添加剂的引入对降低摩擦系数和减少磨损具有积极的意义。 2．“微抛光”机理：将纳米粒子加入并采用超声波分散到润滑油中，当设备刚开始运行时，纳米粒子微粒在摩擦界面力作用下，对表面粗糙峰或微凸体实现“微抛光”作用，使摩擦表面接触趋于平稳，降低摩擦过程中的摩擦系数与磨损。 3．纳米羟基磷酸钙、纳米TiO_2和纳米TiN在摩擦副之间起的作用各异，其中羟基磷酸钙和纳米TiN可能类似于“微滚珠”起到承载的作用。 4．纳米羟基磷酸钙、纳米TiO_2和纳米TiN粒子通过摩擦过程中在磨斑表面上形成了新的修复薄膜。这不仅阻止了摩擦表面之间的直接接触，而且拥有
【图文】：

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与金属形成化学键结合的补偿性保护层，从而自动修复零件磨属磨损自修复的原理部件的摩擦成膜自修复原理是:摩擦过程中利用摩擦产生的擦化学作用和摩擦电化学作用，摩擦副与润滑材料产生能量从而在摩擦表面上形成正机械梯度的金属保护膜金属氧化物物膜，物理或化学吸附膜等，以补偿摩擦副的磨损与腐蚀，应。磨损自修复，总微观过程上分为四个阶段:超精研磨，表面表面凹坑处充分冷作硬化，修复层形成。一个阶段中，由于两个相互接触的磨损表面之间粗糙度，存接触面之间实际是微凸体的局部接触。在往复的摩擦磨损运修复添加剂的引入，，微凸体之间就存在修复添加剂颗粒。由及分散剂，修复颗粒悬浮在基础油中，在运动开始阶段起到如图卜1所示。聆热网群冷即绪砚蓦{魏翔翻;绷拟娇诀场)翅簇‘爪拢烟粼洲爹寥葬贻戮泌。护洒~~叫碑够躺笋好

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致使微凸体断裂。微凸体发生断裂时产生的闪温，形成瞬间点状高温热源。在摩擦产生的机械摩擦作用、摩擦化学作用和摩擦电化学作用下，修复颗粒与基体发生反应，形成初步修复。如图1一3所示。图1一3自修复原理示意图第四阶段为修复层的动态形成。以上三个过程最终保证细化了的修复剂微粒与表面层金属完全接触。摩擦接触释放的能量使得上述反应得以发生;在局部高温下，在表面微凸体上和凹坑内均形成了大空间晶格的变形晶体，构成了耐磨保护层。于是，磨损表面之间的接触不再是基体之间的直接接触，而是保护层与另外一个接触面之间发生摩擦磨损。当然，性能再好的材料也不可避免发生磨损，但是随着磨损进行，新的修复层形成，这是一个动态的过程。针对宏观来说，磨损被修复。如图1一4所示。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH117.2

【引证文献】