【摘要】： 由于微納米潤(rùn)滑材料和技術(shù)在解決機(jī)械零部件磨損自修復(fù)、延長(zhǎng)其使用壽命和減少能源消耗具有的重要意義,設(shè)計(jì)新型潤(rùn)滑體系日益受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。但由于納米微粒的制備成本高、在潤(rùn)滑油中的分散穩(wěn)定性較差、修復(fù)涂層中單質(zhì)金屬的成分較低、修復(fù)涂層的厚度較薄(一般為幾十納米)、以及修復(fù)技術(shù)較復(fù)雜等問(wèn)題,限制了其廣泛應(yīng)用。針對(duì)上述問(wèn)題,本文采用活化技術(shù),重點(diǎn)研發(fā)了工藝簡(jiǎn)單、能修復(fù)較嚴(yán)重磨損表面、有良好潤(rùn)滑、減摩和抗磨功能且環(huán)境友好的、含微納米軟金屬(錫、鋅、鋁錫、鋁錫鋅、鋅錫、銦鋅錫)的一系列新型潤(rùn)滑劑,并基于鋼-鋼、鋼-銅摩擦副,考察了其修復(fù)性能和摩擦學(xué)特性。采用XPS、AES、SEM、淬冷、劃痕、拉伸、彎曲、原位納米力學(xué)等測(cè)試手段,分別研究了修復(fù)涂層的成分、厚度、結(jié)合強(qiáng)度、表面接觸應(yīng)力。探討了潤(rùn)滑劑的摩擦修復(fù)作用機(jī)理,通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)考察了其在機(jī)械傳動(dòng)中的應(yīng)用前景。取得如下成果： 用活化技術(shù)和機(jī)械法研制了粒徑小于100nm的活化納米錫潤(rùn)滑油,用于銅表面摩擦試驗(yàn)。SEM分析顯示,該修復(fù)潤(rùn)滑劑在銅表面原位摩擦生成了10μm～20μm厚的修復(fù)涂層,涂層與基體結(jié)合緊密。XPS和AES分析表明,涂層中富含錫,Sn的原子百分比濃度最高達(dá)90%,具有優(yōu)良的減摩抗磨性能。試驗(yàn)證明了活化添加劑對(duì)修復(fù)質(zhì)量的重要影響。 采用00號(hào)半流體脂代替32號(hào)基礎(chǔ)油,解決了添加劑微粒在潤(rùn)滑油中的分散不穩(wěn)定性。研制的20%活化微米錫半流體脂,在銅表面摩擦生成了20μm厚的Sn涂層,在各種載荷的摩擦試驗(yàn)中均顯示負(fù)磨損,減摩性和抗磨性比傳統(tǒng)抗磨劑3%ZDTP、3%氯化石蠟平均提高了32%、23%和148%、423%。 研制的含鋅和鋅錫復(fù)合活化潤(rùn)滑脂有良好的修復(fù)性能和摩擦學(xué)性能,在銅基體上摩擦生成了10μm厚的鋅涂層和20μm厚的鋅錫涂層。鋅錫的協(xié)同效應(yīng)使該脂在各種載荷條件下的減摩抗磨性能明顯優(yōu)于單鋅脂。 研制的含鋁系列潤(rùn)滑脂,能在銅基體上摩擦形成厚度為15μm的鋁錫涂層和25μm的鋁錫鋅涂層,Al、Sn、Zn分布在整個(gè)修復(fù)涂層并滲鍍進(jìn)入銅基體。顯示了活化的Al-Sn和Al-Sn-Zn添加劑之間具有良好的互配性和協(xié)同性以及與摩擦副的優(yōu)良匹配性。 攻克了目前添加劑難以在鋼表面生成較厚修復(fù)層的難題。利用幾種添加劑間的綜合效應(yīng)和協(xié)同增效作用,制備出活化鋅錫和銦錫鋅增效修復(fù)潤(rùn)滑劑,有效地修復(fù)了受損的鋼摩擦副表面,鋅錫和銦錫鋅修復(fù)涂層的厚度分別達(dá)20μm和30μm。潤(rùn)滑修復(fù)后的鋼-鋼摩擦副,在各種載荷和各種轉(zhuǎn)速下均呈現(xiàn)負(fù)磨損,在高轉(zhuǎn)速下有穩(wěn)定的低摩擦系數(shù)。 用淬冷試驗(yàn)和劃痕試驗(yàn)測(cè)試了涂層的結(jié)合強(qiáng)度。試驗(yàn)后的涂層無(wú)局部起皮、鼓泡、撕裂和脫落,涂層與基體結(jié)合牢固�？疾炝嗽嚇釉诶旌蛷澢鷷r(shí)對(duì)涂層結(jié)合性能的影響,當(dāng)拉伸位移為2.7～3.6mm、彎曲變形為3.2～5.6mm時(shí),未見涂層滑移、破裂、拱起和剝落,涂層與基體的固結(jié)性能良好。 用納米壓痕法研究了各修復(fù)涂層的彈性模量等微觀力學(xué)性能,由此分析計(jì)算了鋼-鋼直齒圓柱齒輪傳動(dòng)和鋼蝸桿與銅蝸輪傳動(dòng)修復(fù)齒面的接觸應(yīng)力。研究表明,修復(fù)后的表面性能得到優(yōu)化,能較大幅度地降低表面接觸應(yīng)力。 在此基礎(chǔ)上,將研制的5In25Sn15Zn脂與00號(hào)對(duì)比脂分別用于WD33-20型蝸輪減速器進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)。使用不含添加劑的00號(hào)脂潤(rùn)滑的蝸桿和蝸輪齒面均發(fā)生了明顯磨損,采用5In25Sn15Zn潤(rùn)滑脂后,脂中Fe和Cu的濃度顯著下降,蝸桿蝸輪的磨損得到有效控制,且齒面損傷部位已基本修復(fù),減速器的機(jī)械效率大幅提高,顯示了研發(fā)的修復(fù)潤(rùn)滑劑的潛在應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TH117.22

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2762743