复合渗硫层的微观组织和摩擦学性能研究

论文摘要

磨损普遍存在于国民经济的各个领域,造成的经济损失十分巨大,因此合理地运用摩擦学理论,减少因磨损造成的损失,已成为经济建设亟待解决的重大难题。通过对摩擦磨损特性的大量研究,人们逐渐找到改善摩擦副耐磨性的各种方法,其中包括表面改性、组织改善、耐磨减摩材料的使用、流体润滑和固体润滑等。而固体润滑由于能满足诸如高温、高负荷、超低温、超高真空、强辐射等特殊工况的要求而得到了广泛的重视。本文通过对低温离子渗硫技术的创新拓展,发展了多种先进实用的复合固体润滑涂层,如通过高速电弧喷涂3Cr13涂层+低温离子渗硫、超音速等离子喷涂FeCrBSi涂层+低温离子渗硫、高速电弧喷涂Zn涂层+低温离子渗硫、氩弧保护堆焊+低温离子渗硫分别在淬火后45#钢表面制备了复合3Cr13/FeS层,复合FeCrBSi/FeS层、复合Zn/ZnS层和堆焊渗硫层。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线应力测定仪、纳米压痕仪分别测定了复合渗硫层的形貌、相结构、表面残余应力和纳米力学性能。利用T-11摩擦磨损试验机分别考察了各类复合渗硫层在干摩擦及油润滑条件下的摩擦学性能。试验结果表明,四种复合渗硫层与基体结合良好,具有优异的纳米力学性能。其中复合3Cr13/FeS层,复合FeCrBSi/FeS层和堆焊渗硫层无论在干摩擦还是油润滑条件下都具有良好的减摩耐磨性能。而复合Zn/ZnS层在干摩擦条件下的减摩耐磨性能也十分优异。FeS和ZnS都具有密排六方的晶体结构,具有较低的剪切力,易沿密排面滑移,因此均具有较低的摩擦系数,是优良的固体润滑剂。故在硫化物固体润滑层和具有耐磨减摩性能的喷涂层及堆焊层复合作用下,复合渗硫层表现出显著优于单一喷涂层或堆焊层和直接渗硫层的摩擦学性能。本文研究表明,复合渗硫层具有优异的减摩耐磨效果和广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1-1 前言
• §1-2 文献综述
• 1-2-1 固体润滑
• 1-2-2 低温离子渗硫技术发展概况及研究成果
• 1-2-3 超音速等离子喷涂技术
• 1-2-4 高速电弧喷涂技术
• 1-2-5 MIG堆焊技术
• §1-3 本课题的研究内容
• 第二章 试验设备及试验方法
• §2-1 试验材料
• §2-2 渗硫层制备设备
• 2-2-1 低温离子渗硫设备
• 2-2-2 超音速等离子喷涂设备
• 2-2-3 高速电弧喷涂设备
• 2-2-4 MIG堆焊设备
• §2-3 摩擦磨损试验机
• §2-4 微观分析设备
• 2-4-1 扫描电子显微镜（SEM）
• 2-4-2 X射线衍射仪（XRD）
• 2-4-3 透射电子显微镜（TEM）
• 2-4-4 X射线应力仪
• 2-4-5 纳米压痕仪
• 第三章 低温离子渗硫层的组织结构和摩擦学性能
• §3-1 前言
• §3-2 实验方法
• §3-3 结果和讨论
• 3-3-1 低温离子渗硫FeS薄膜的组织结构
• 3-3-2 干摩擦条件下FeS薄膜的摩擦学性能
• 3-3-3 油润滑条件下FeS薄膜的摩擦学性能
• §3-4 本章小结
• 第四章 复合3Cr13/FeS层的组织结构与摩擦学性能
• §4-1 前言
• §4-2 试验方法
• §4-3 结果和讨论
• 4-3-1 复合3Cr13/FeS层的组织结构
• 4-3-2 干摩擦条件下复合3Cr13/FeS层的摩擦学性能
• 4-3-3 油润滑条件下复合3Cr13/FeS层的摩擦学性能
• §4-4 本章小结
• 第五章 复合FeCrBSi/FeS层的组织结构与摩擦学性能
• §5-1 前言
• §5-2 试验方法
• §5-3 结果和讨论
• 5-3-1 复合FeCrBSi/FeS层的组织结构
• 5-3-2 干摩擦条件下复合FeCrBSi/FeS层的摩擦学性能
• 5-3-3 油润滑条件下复合FeCrBSi/FeS层的摩擦学性能
• §5-4 本章小结
• 第六章 复合Zn/ZnS层的组织结构与摩擦学性能
• §6-1 前言
• §6-2 试验方法
• §6-3 结果和讨论
• 6-3-1 ZnS层的组织结构
• 6-3-2 干摩擦条件下复合Zn/ZnS层的摩擦学性能
• 6-3-3 油润滑条件下复合Zn/ZnS层的摩擦学性能
• §6-4 本章小结
• 第七章 复合堆焊渗硫层的组织结构与摩擦学性能
• §7-1 前言
• §7-2 试验方法
• §7-3 结果和讨论
• 7-3-1 复合堆焊渗硫层的组织结构
• 7-3-2 干摩擦条件下复合堆焊渗硫层的摩擦学性能
• 7-3-3 油润滑 擦条件下复合堆焊渗硫层的摩 学性能
• §7-4 本章小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果