發(fā)布時間：2020-05-22 18:17

【摘要】：水潤滑滑動軸承具有摩擦功耗低、回轉(zhuǎn)精度高、環(huán)境友好和成本低等特點,在高速機床主軸等領域有廣闊的應用前景。面向高速機床主軸的水潤滑滑動軸承具有高回轉(zhuǎn)精度、長工作壽命與精度保持性。然而,傳統(tǒng)型水潤滑滑動軸承材料已不能滿足高速精密水潤滑滑動軸承的使用要求,特別是,在高速工況下,水潤滑滑動軸承易空蝕。因此,采用何種材料制造高速精密水潤滑滑動軸承,如何提升水潤滑滑動軸承的抗空蝕能力,是亟待解決的關鍵問題。本文圍繞該關鍵問題,開展了較為系統(tǒng)的研究。(1)高速水潤滑滑動軸承軸頸材料及其表面改性層的空蝕性能研究本文開展了17-4PH不銹鋼和304不銹鋼兩種軸頸材料的抗空蝕性能研究。通過材料空蝕質(zhì)量損失、表面微觀形貌和電化學測試結果,揭示不銹鋼基體材料的抗空蝕性能。對不銹鋼表面進行表面改性,研究不銹鋼表面改性層的空蝕性能和失效機制。本文采用雙陰極等離子濺射沉積工藝,在不銹鋼基體表面制備了Cr_3Si納米涂層和ZrC納米陶瓷涂層;采用化學熱處理工藝,在不銹鋼基體表面制備了氣體滲氮層、氣體滲碳層和碳氮共滲層等高速水潤滑滑動軸承表面改性層。通過超聲振動空蝕系統(tǒng)和電化學工作站對其空蝕性能進行了試驗研究。研究結果表明:與304不銹鋼相比,17-4PH不銹鋼空蝕質(zhì)量損失降低,表面空蝕破壞程度減弱,抗空蝕能力優(yōu)于304不銹鋼。不銹鋼基體材料空蝕破壞起始于材料的塑性變形,進而產(chǎn)生疲勞裂紋并不斷向材料內(nèi)部擴展,導致材料疲勞斷裂和剝落。ZrC納米陶瓷涂層和Cr_3Si納米涂層結構均勻,晶粒細小,硬度高,空蝕質(zhì)量損失與不銹鋼相比大幅降低,表面空蝕損傷程度明顯減弱,具有良好的抗空蝕性能;而氣體滲氮層提高不銹鋼的抗空蝕能力有限。表面改性層與基體不充分的結合強度以及表面改性層的缺陷是高速水潤滑滑動軸承表面改性層產(chǎn)生空蝕破壞的主要原因。高速水潤滑滑動軸承表面改性層的抗空蝕能力從大到小排序依次為ZrC納米陶瓷涂層、Cr_3Si納米涂層、氣體滲氮層、氣體碳氮共滲層、氣體滲碳層。綜上所述,ZrC納米陶瓷涂層的抗空蝕能力最強,性價比最高。(2)高速水潤滑滑動軸承軸瓦材料的空蝕性能及摩擦學性能研究特種石墨材料具有良好的自潤滑性能,可望用于高速水潤滑滑動軸承軸瓦。本文制備了碳石墨、浸漬呋喃樹脂石墨、等靜壓石墨和硅化石墨等特種石墨材料。采用超聲振動空蝕系統(tǒng)研究其空蝕性能;采用萬能摩擦磨損試驗機研究其摩擦學性能。研究結果表明:在特種石墨材料中,硅化石墨抗空蝕能力最佳;石墨制品硬度越高,抗空蝕能力越強。特種石墨的抗空蝕能力從大到小排序依次為硅化石墨、氣孔率8%的等靜壓石墨、氣孔率14%的等靜壓石墨、浸漬呋喃樹脂石墨、碳石墨。在干摩擦條件下,等靜壓石墨的摩擦系數(shù)明顯高于碳石墨的摩擦系數(shù),磨損率明顯低于碳石墨的磨損率。而在水潤滑下,碳石墨與等靜壓石墨的摩擦系數(shù)與磨損率均下降。碳石墨的磨損形式主要為剝落磨損,而等靜壓石墨的磨損形式主要是磨粒磨損。等靜壓石墨粒度小,致密度高,結構均勻,各向同性,具有良好的摩擦學性能。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TG174.4;TH133.31

【參考文獻】

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本文編號：2676400