目的提高水基潤滑液對(duì)鈦合金的潤滑抗磨性能。方法針對(duì)鈦合金/硬質(zhì)合金摩擦副,使用SRV往復(fù)式球盤摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī),測(cè)試了常用的三種切削液及四種水溶性磷酸酯溶液的摩擦磨損效果。通過三維白光干涉形貌儀與掃描電子顯微鏡對(duì)磨損表面形貌及磨痕內(nèi)外能譜進(jìn)行檢測(cè),分析磨損機(jī)理及潤滑性能,探究對(duì)鈦合金具有高效潤滑作用的水溶性添加劑,并通過有機(jī)堿調(diào)節(jié)溶液的pH,復(fù)配適用于鈦合金的潤滑體系。結(jié)果對(duì)鋁合金具有很好潤滑作用的切削油對(duì)鈦合金潤滑效果很差,而所選水基潤滑液效果較好。研究發(fā)現(xiàn),四種水溶性磷酸酯溶液在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)即可對(duì)鈦合金產(chǎn)生較好的潤滑效果,其中,脂肪醇醚磷酸酯（MOA-3P）潤滑效果最突出,摩擦系數(shù)最低（0.15）,且穩(wěn)定、粘著磨損最少。通過二甘醇胺及三乙醇胺調(diào)節(jié)磷酸酯溶液pH至堿性,除支鏈烷基化磷酸酯（CP-NF-3）溶液外,其他溶液的摩擦系數(shù)均有所變大,且波動(dòng)性增強(qiáng),而CP-NF-3磷酸酯堿性溶液潤滑時(shí),摩擦系數(shù)變化很小,穩(wěn)定在0.2左右。結(jié)論水溶性磷酸酯與適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)堿復(fù)配的潤滑液,可實(shí)現(xiàn)對(duì)鈦合金的良好潤滑,用于鈦合金水基切削液體系的研發(fā)。 

【文章來源】：表面技術(shù). 2020,49(09)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

摩擦學(xué)特性

圖3為不同濃度的四種磷酸酯水溶液摩擦系數(shù)。其中，CP-NF-3溶液在質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)（0.5%），摩擦系數(shù)大于0.40，且波動(dòng)較大；當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大至2%時(shí)，摩擦系數(shù)會(huì)降低，經(jīng)過50 s的磨合期，摩擦系數(shù)下降至0.20且保持穩(wěn)定。JP-212水溶液的摩擦系數(shù)在0.20～0.50間劇烈波動(dòng)，即使質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，依然會(huì)頻繁出現(xiàn)摩擦系數(shù)的突然跳躍。MOA-3P溶液和ELPK溶液的情況整體優(yōu)于CP-NF-3溶液，其摩擦系數(shù)的波動(dòng)較小，2%的磷酸酯水溶液摩擦系數(shù)后期均穩(wěn)定在0.13左右，同時(shí)0.5%的磷酸酯水溶液仍然具有良好的潤滑性。綜合以上結(jié)果可知，試驗(yàn)用的四種磷酸酯對(duì)鈦合金/硬質(zhì)合金體系均具有一定的潤滑作用，經(jīng)過一段時(shí)間的磨合期后，摩擦系數(shù)可減小并保持穩(wěn)定，且遠(yuǎn)小于純水潤滑時(shí)的摩擦系數(shù)。一般來說，溶液的濃度越高，穩(wěn)定后溶液的摩擦系數(shù)越小，磨合時(shí)間越短。同一濃度下，MOA-3P溶液的摩擦系數(shù)最小，潤滑性最好，ELPK溶液次之，JP-212溶液摩擦系數(shù)曲線波動(dòng)較大，與其溶解性差有關(guān)，使用時(shí)可加入乳化劑改善其溶解狀態(tài)。選取2%的四種磷酸酯溶液潤滑后的鈦合金試樣用純水超聲清洗，去除殘留溶液及磨屑，使用掃描電鏡觀察接觸區(qū)微觀形貌，如圖4所示。其中，2%的水溶液摩擦系數(shù)保持較低的穩(wěn)定水平，粘著磨損和犁溝磨損顯著降低，故對(duì)應(yīng)的鈦合金表面光滑，未發(fā)現(xiàn)明顯的粘著撕裂痕跡。通過EDS能譜定性分析表面元素種類，譜圖如5所示。由于四種溶液潤滑后表面元素的能譜圖相差不大，故僅給出其中之一。譜圖曲線表明：磨痕內(nèi)存在磷元素，說明四種磷酸酯分子均可在鈦合金表面發(fā)生吸附，進(jìn)而起到潤滑作用。由此可知，雖然不同的磷酸酯分子結(jié)構(gòu)差別較大，但均可在鈦合金表面發(fā)生吸附，形成具有一定潤滑和抗磨能力的邊界膜。因此，磷酸酯類添加劑適宜鈦合金的潤滑，在進(jìn)行鈦合金切削液的開發(fā)時(shí)，可根據(jù)體系需要選擇具有不同HLB值的磷酸酯類添加劑對(duì)體系進(jìn)行調(diào)配，實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的潤滑效果。

已有研究表明，含磷化合物可通過P—O—Ti共價(jià)鍵與鈦合金表面結(jié)合[26-27]，本文所用四種磷酸酯溶液潤滑后的鈦合金表面，磨痕內(nèi)均檢測(cè)到磷元素（如圖5），磷酸酯分子的高活性官能團(tuán)磷酸酯基與鈦合金表面結(jié)合。對(duì)于吸附機(jī)理，作者課題組在論文[19]中對(duì)壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯（PPE）與鈦合金表面的成鍵形式進(jìn)行了深入探究。通過XPS對(duì)使用PPE溶液潤滑后的鈦合金試樣磨痕內(nèi)外進(jìn)行檢測(cè)，分析元素譜圖，發(fā)現(xiàn)磨痕內(nèi)存在磷元素，而磨痕外未檢測(cè)到磷元素，這說明磨痕內(nèi)部存在含磷化合物；進(jìn)一步分析磨痕內(nèi)外氧元素窄譜，與磨痕外明顯不同的是，磨痕內(nèi)出現(xiàn)了P—O—Ti(531.6 e V）和P—OH(532.8 e V），由此可推斷，磷酸酯分子和Ti-6Al-4V基底之間通過P—O—Ti共價(jià)鍵相連。在摩擦過程中形成的化學(xué)吸附層與基底緊密結(jié)合，不易被擠出接觸區(qū)，起到很好的潤滑和承載作用。圖5 磨痕內(nèi)EDS能譜圖


本文編號(hào)：3019823