GCr15/45#钢纳米添加剂润滑条件下摩擦磨损及自修复性能研究

摘要

所有机器的运转都离不开摩擦，而摩擦又导致了磨损，磨损又是导致表面损坏、零件失效及其材料耗损的主要原因，这样就造成了大量的能源消耗。降低磨损的有效措施之一就是进行润滑，但传统的润滑油只起减少相对运动表面的磨损，延长使用寿命的目的，不具备在摩擦过程中对磨损表面自修复的能力。而添加剂的加入则极大的改善了润滑油的性能，随着纳米技术的发展，纳米材料以其特殊的性能被应用研究在添加剂行列中，其在材料减磨降摩及自修复性能上均有较大的改善。
　　 本试验在PLINT Deltalab-NENE-7卧式电液伺服微动磨损试验机进行。摩擦副采用球-平面接触方式，球面试样材料为GCr15钢，平面试验材料为45＃钢。采用在润滑油中加入不同纳米添加剂，通过改变频率、载荷等影响试验结果的试验参数进行试验，利用光学显微镜(OM)，扫描电子显微镜(SEM)和电子能谱仪(EDX)以及粗糙度轮廓仪分析45＃钢磨痕及其微观形貌与EDX能谱分析。
　　 论文通过研究得到以下结论：
　　 (1)不含纳米添加剂的润滑条件下，摩擦系数高，磨损剧烈。纳米添加剂的加入可以明显减低摩擦系数和减弱磨损。
　　 (2)通过大量的摩擦磨损试验，通过以基础油及油溶性纳米铜合金为对比组，得出纳米氮化钛、纳米氧化铝、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅在基础油中做添加剂的摩擦磨损特性，并通过观察摩擦系数、磨斑形貌和EDX能谱图对比分析了四种纳米态材料作为添加剂的减摩、抗磨和自修复性能。相同外界条件下，摩擦系数由大及小关系为Al2O3>SiO2>TiO2>TiN，减摩降磨效果从好及坏依次为氮化钛、二氧化钛、二氧化硅、氧化铝。通过以油溶性纳米铜合金作为对比组，修复成膜的好坏关系依次为TiN>TiO2>Al2O3>SiO2，自修复效果最好的是氮化钛，其次为二氧化钛，再次为氧化铝，最后为二氧化硅。
　　 (3)研究了纳米添加剂润滑条件下，频率及载荷的变化对摩擦性能及自修复性能的影响。在一定范围内，随着频率的增高，摩擦系数总体总体呈现减小的趋势，磨斑面积也随之减小，磨损减弱，自修复性能增强；在一定范围内，载荷增加，摩擦系数增大，磨损面积随之变大，但磨损减弱，自修复性能增强。