基于离子氮化的复合表面处理抗扭动微动磨损机理研究
发布时间：2017-06-02 03:03
本文关键词：基于离子氮化的复合表面处理抗扭动微动磨损机理研究，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：扭动微动是在交变载荷下接触副间发生往复微幅的相对扭动。扭动微动现象在工业领域普遍存在,使得零部件的使用寿命大大降低。表面工程技术,作为一种减缓微动损伤的有效措施,可以很好地保护基体材料。但有关表面工程技术抗扭动微动损伤的研究报道很少。因此,系统地研究离子渗硫/离子氮化复合层,激光淬火/离子氮化复合层和DLC/离子氮化复合层的扭动微动磨损性能和损伤机理,对表面工程抗扭动微动损伤的应用具有重要的理论意义和工程指导价值。 本文在高精度的扭动微动磨损试验机上,采用球/平面接触方式,在不同的法向载荷和角位移幅值条件下,对基体(LZ50钢)及三种复合层(离子渗硫/离子氮化复合层、激光淬火/离子氮化复合层、DLC/离子氮化复合层)进行了扭动微动磨损试验。在分析动力学特性的基础上,利用了光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫面电子显微镜(SEM)、电子能谱(EDX)、拉曼光谱仪和双模式表面形貌仪等进行微观分析,系统研究了三种复合层的扭动微动运行行为和损伤机理。研究获得的主要结论如下： 1.离子渗硫/离子氮化复合层的扭动微动磨损 离子渗硫/离子氮化复合层由于氮化层的支撑作用和渗硫层中的FeS的易滑移结构,改变了基材的微动运行区域,使其滑移区向小角位移幅值方向移动,使得混合区减小,滑移区增大。角位移幅值和法向载荷对摩擦扭矩有重要的影响,摩擦扭矩的演变规律与所处的微动区域有关,部分滑移区的摩擦扭矩一直处于较低水平,混合区的摩擦扭矩呈现“跑合-爬升-峰值-稳定”四个阶段,滑移区的摩擦扭矩四个阶段特征不明显。摩擦耗散能呈现与摩擦扭矩相同的特征,且低于LZ50钢的耗散能。当微动运行于部分滑移区,离子渗硫/离子氮化复合层损伤轻微；微动运行于混合区,磨损机制为磨粒磨损、氧化磨损和剥层；微动运行于滑移区,损伤加重,磨损机制仍为磨粒磨损、氧化磨损和剥层。在相同工况下,离子渗硫/离子氮化复合层的损伤比LZ50钢基材轻微。 2.激光淬火/离子氮化复合层的扭动微动磨损 该复合层由于其高硬度和表面的残余压应力改变了基材的扭动微动的运行区域,滑移区向小角位移幅值方向移动,混合区减小,滑移区扩大。该复合层摩擦扭矩和摩擦耗散能的演变与离子渗硫/离子氮化复合层的相似。微动运行于部分滑移区,总体损伤轻微；在混合区,磨损机制为磨粒磨损、氧化磨损和剥层；在滑移区,损伤严重,磨损机制仍为磨粒磨损、氧化磨损和剥层。在相同工况下,复合层的损伤比LZ50钢轻微。 3.DLC/离子氮化复合层的扭动微动磨损 DLC具有高硬度和低摩擦系数的特性,促使基材的滑移区向小角位移幅值方向移动,混合区消失,滑移区大大增加。在部分滑移区,摩擦扭矩处于较低水平,在滑移区,摩擦扭矩呈缓慢上升。摩擦耗散能在不同的运行区域呈现于摩擦扭矩相同的特征。微动运行于部分滑移区,DLC/离子氮化复合层的损伤轻微,仍保留原始的颗粒状特征；在滑移区,损伤机制为磨粒磨损、剥落和石墨化。DLC/离子氮化复合层大大降低了基材的磨损,表现出优异的抗微动损伤特性。 4.三种复合层的对比 三种复合层一定程度上都改变了运行工况微动图。从改变微动区域效果来看,DLC效果最好,渗硫/离子氮化复合层次之,激光淬火/离子氮化复合层较差。通过三种复合层的扭动微动中的摩擦扭矩、摩擦耗散能和磨损深度的对比,可以发现,减摩和抗磨效果依次为DLC,激光淬火/离子氮化复合层,渗硫/离子氮化复合层。
【关键词】：摩擦磨损 微动磨损 扭动微动 离子渗硫/离子氮化复合层 激光淬火/离子氮化复合层 DLC/离子氮化复合层
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG174.4;TH117.1
【目录】：
- 摘要6-8
- ABSTRACT8-13
- 第一章 绪论13-25
- 1.1 微动摩擦学的基本概念13-17
- 1.1.1 微动摩擦学的定义13
- 1.1.2 微动的损伤13-14
- 1.1.3 微动的分类14-15
- 1.1.4 微动的影响因素15
- 1.1.5 微动摩擦学研究的主要理论及进展15-17
- 1.2 扭动微动及研究进展17-20
- 1.2.1 工业中的扭动微动17-19
- 1.2.2 扭动微动的研究现状19-20
- 1.3 表面工程与微动摩擦学20-23
- 1.3.1 离子渗氮技术21
- 1.3.2 低温离子渗硫技术21-22
- 1.3.3 激光淬火技术22
- 1.3.4 气相沉积技术22
- 1.3.5 复合表面处理技术22-23
- 1.4 论文的研究意义和研究内容23-25
- 1.4.1 本论文的研究意义23-24
- 1.4.2 本论文的研究内容24-25
- 第二章 实验方法和材料25-33
- 2.1 扭动微动试验装置25-26
- 2.2 试验材料的选择与制备26-28
- 2.2.1 球试样的选择26
- 2.2.2 平面基体试样的选择和制备26-27
- 2.2.3 涂层的制备27-28
- 2.3 复合层基本性能表征28-32
- 2.3.1 渗硫/离子氮化复合层的基本性能表征28-29
- 2.3.2 激光淬火/离子氮化复合层的基本性能表征29-30
- 2.3.3 DLC/离子氮化复合层的基本性能表征30-32
- 2.4 扭动微动磨损试验参数32
- 2.5 磨斑微观分析方法32-33
- 2.5.1 磨斑轮廓分析32
- 2.5.2 磨斑形貌分析32
- 2.5.3 磨斑表面的化学成分分析32-33
- 第三章 渗硫/离子氮化复合层的扭动微动磨损特性33-55
- 3.1 T-θ曲线33-37
- 3.2 扭动微动的运行工况微动图37-39
- 3.3 摩擦扭矩时变曲线39-42
- 3.3.1 角位移幅值对摩擦扭矩的影响39-40
- 3.3.2 法向载荷对摩擦扭矩的影响40-41
- 3.3.3 渗硫/离子氮化复合层与基材摩擦扭矩对比41-42
- 3.4 扭动微动的摩擦耗散能42-44
- 3.5 渗硫/离子氮化复合层的扭动微动磨损机制44-53
- 3.5.1 部分滑移区44-45
- 3.5.2 混合区45-50
- 3.5.3 滑移区50-53
- 3.6 本章小结53-55
- 第四章 激光淬火/离子氮化复合层的扭动微动磨损特性55-73
- 4.1 T-θ曲线55-59
- 4.2 扭动微动的运行工况微动图59-61
- 4.3 摩擦扭矩时变曲线61-64
- 4.3.1 角位移幅值对摩擦扭矩的影响61-62
- 4.3.2 载荷对摩擦扭矩的影响62-63
- 4.3.3 激光淬火/离子氮化复合层与基材的摩擦扭矩对比63-64
- 4.4 摩擦耗散能64-66
- 4.5 激光淬火/离子氮化复合层的扭动微动磨损机制66-71
- 4.5.1 部分滑移区66-67
- 4.5.2 混合区67-69
- 4.5.3 滑移区69-71
- 4.6 本章小结71-73
- 第五章 类金刚石(DLC)的扭动微动磨损特性73-86
- 5.1 T-θ曲线73-75
- 5.2 扭动微动的运行工况微动图75-76
- 5.3 摩擦扭矩时变曲线76-79
- 5.3.1 角位移幅值对摩擦扭矩的影响77
- 5.3.2 载荷对摩擦扭矩的影响77-78
- 5.3.3 DLC与基材的摩擦扭矩对比78-79
- 5.4 摩擦耗散能79-80
- 5.5 DLC的扭动微动磨损机制80-85
- 5.5.1 部分滑移区80
- 5.5.2 滑移区80-85
- 5.6 本章小结85-86
- 第六章 三种复合层抗扭动微动磨损性能的比较86-91
- 6.1 T-θ曲线86
- 6.2 微动运行工况图86-87
- 6.3 摩擦扭矩时变曲线87-88
- 6.4 摩擦耗散能88-89
- 6.5 抗磨性能对比89-90
- 6.6 本章小结90-91
- 结论91-93
- 研究展望93-94
- 致谢94-95
- 参考文献95-100
- 攻读硕士学位期间发表的论文100
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王国彪;雷源忠;;关注和发展摩擦学 推动经济可持续发展[J];表面工程资讯;2005年06期
2 张宁,庄大明,王燕华,刘家浚,方晓东,官明喜;低温离子渗硫层的结构和减摩性能[J];材料研究学报;2000年01期
3 刘富荣 ,高谦 ,王广生 ,高登攀 ,席守谋;38CrMoAlA钢激光和氮化复合处理研究[J];航空制造技术;2003年03期
4 张宏,戴振东;激光淬火对钛合金微动磨损性能影响的研究[J];激光与光电子学进展;1999年06期
5 孙东升;李凤照;张宝荣;;离子渗氮层的精细结构[J];金属热处理学报;1992年03期
6 王海斗,庄大明,王昆林,刘家浚,方晓东,李永良;低温离子渗硫层的干摩擦学性能对比研究[J];金属热处理学报;2002年04期
7 林化春;李风照;张宝荣;刘勇;;离子渗氮层的磨损特性及磨损机理的探讨[J];金属热处理;1982年11期
8 薛群基,党鸿辛;摩擦学研究的发展概况与趋势[J];摩擦学学报;1993年01期
9 张宁,庄大明,王燕华,刘家浚,方晓东,官明喜;低温离子渗硫层的摩擦学性能研究[J];摩擦学学报;1999年04期
10 蔡振兵;朱e，
本文编号：414066
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/414066.html
