铝合金表面自润滑陶瓷膜层的制备与研究

发布时间：2020-06-13 17:41

【摘要】： 自润滑复合材料在机械结构设计和简化等方面具有先天的优越性,在特殊条件下具有优良的摩擦学特性,摩擦学和材料科学研究领域的重要研究热点之一。本文采用LY12铝合金为基体材料,利用微弧氧化(micro-arc oxidation MAO)技术和二次涂覆技术成功地制备出耐磨减摩的自润滑陶瓷膜层。系统地研究了工艺参数、添加剂、层状固体润滑剂添加量以及二次涂覆PTFE对膜层摩擦磨损性能的影响。结合陶瓷膜组成、表面形貌和对摩擦副的形貌,探讨了自润滑陶瓷膜层的自润滑工作过程。利用X射线衍射仪(XRD)和红外光谱分析(FT-IR)研究了膜层的物质组成,采用电子探针(EPMA)和能谱(EDS)分析了元素组成及分布;利用扫描电子显微镜(SEM)对膜层和磨痕的形貌进行观察;通过球-盘式摩擦磨损试验机研究了膜层的滑动摩擦性能,通过往复式摩擦磨损试验机研究了膜层的磨损性能;通过光学显微镜研究了对摩擦副的磨痕形貌。研究表明在铝酸盐溶液中工艺参数对膜层的摩擦磨损性能有很大的影响,当电流密度为8A/dm2,电解液浓度为8g/L,反应时间为60min制备的陶瓷膜层综合性能较好;向电解液中添加NaF能够制备出表面较为平整、摩擦磨损性能较好的膜层,NaF的最佳添加量为2g/L;通过在电解液中均匀悬浮适量层状固体润滑剂能够制备耐磨减摩的自润滑陶瓷膜层,自润滑陶瓷膜层能够显著降低陶瓷膜层的摩擦系数和磨损量。对陶瓷膜层进行PTFE超真空抽虑涂覆处理,能够制得耐磨减摩的自润滑陶瓷膜层,涂覆后的陶瓷膜层在5N低载荷下进行20min磨损,其磨损量几乎为0mg。在大气、常温环境下,对于无润滑剂固相沉积的陶瓷膜层能够显著降低其摩擦系数和磨损量,对于有润滑剂固相沉积的陶瓷膜层能够降低摩擦系数随时间的增长趋势。根据实验结论、磨痕形貌和对摩擦副表面形貌探讨了自润滑陶瓷膜层的自润滑工作机制,分析了润滑膜在摩擦过程中经历的生成、破损、脱落、再生的循环过程。
【图文】：

装置图,微等离子体氧化,装置图

图 2-2 微等离子体氧化装置图Fig.2-2 Setting drawing of micro-arc oxidation(1) sample; (2) thermometer; (3) stirrer; (4) electrobath; (5) power source 涂覆工艺装置制备的陶瓷膜层进行二次涂覆处理，在处理的过程中使用上海大真空抽滤装置和马弗炉烘干装置。制备膜层工艺微弧氧化陶瓷膜层的制备于 LY12 铝合金需要进行前处理工艺，前处理方法得当与否直接（镀层、转化膜、涂层等）的结合力、致密性、均匀性及颜色等标。经过大量的实验摸索确定出铝合金 LY12 表面微等离子体氧

表面形貌,摩擦副,表面形貌

通过观察对摩擦副的磨损直径，可以发现添加 NaF 后不仅能够使 GCr15钢球的磨损直径变小，还能够使在钢球表面的犁沟减少。通过对 NaF 添加量的系统的研究可以发现，在 8g/L 的 NaAlO2溶液中，添加 2g/L 的 NaF 能够得到表面较为平整，摩擦系数较低、磨损量小的陶瓷膜层。3.3 NaAlO2—NaF—石墨溶液中形成的陶瓷膜的摩擦学性能在获得了膜层平整的耐磨膜层后，本节开始研究在 8g/L NaAlO2，，2g/LNaF 溶液中添加层状固体润滑剂——石墨对膜层结构和性能的影响。在反应的过程中，控制电流密度为 8A/dm2，反应时间为 60min，石墨添加量为 1、3、5、7g/L。图 3-14 对摩擦副的表面形貌Fig. 3-14 Surface morphologies of the friction pairsa) 0g/L NaF b) 2g/L NaF
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：R783.1

【参考文献】