發(fā)布時間：2020-07-19 17:41

【摘要】： 由于微納米潤滑材料和技術在解決機械零部件磨損自修復、延長其使用壽命和減少能源消耗具有的重要意義,設計新型潤滑體系日益受到國內外的廣泛關注。但由于納米微粒的制備成本高、在潤滑油中的分散穩(wěn)定性較差、修復涂層中單質金屬的成分較低、修復涂層的厚度較薄(一般為幾十納米)、以及修復技術較復雜等問題,限制了其廣泛應用。針對上述問題,本文采用活化技術,重點研發(fā)了工藝簡單、能修復較嚴重磨損表面、有良好潤滑、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)的一系列新型潤滑劑,并基于鋼-鋼、鋼-銅摩擦副,考察了其修復性能和摩擦學特性。采用XPS、AES、SEM、淬冷、劃痕、拉伸、彎曲、原位納米力學等測試手段,分別研究了修復涂層的成分、厚度、結合強度、表面接觸應力。探討了潤滑劑的摩擦修復作用機理,通過臺架試驗考察了其在機械傳動中的應用前景。取得如下成果： 用活化技術和機械法研制了粒徑小于100nm的活化納米錫潤滑油,用于銅表面摩擦試驗。SEM分析顯示,該修復潤滑劑在銅表面原位摩擦生成了10μm～20μm厚的修復涂層,涂層與基體結合緊密。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90%,具有優(yōu)良的減摩抗磨性能。試驗證明了活化添加劑對修復質量的重要影響。 采用00號半流體脂代替32號基礎油,解決了添加劑微粒在潤滑油中的分散不穩(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中均顯示負磨損,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合活化潤滑脂有良好的修復性能和摩擦學性能,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分布在整個修復涂層并滲鍍進入銅基體。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層的難題。利用幾種添加劑間的綜合效應和協(xié)同增效作用,制備出活化鋅錫和銦錫鋅增效修復潤滑劑,有效地修復了受損的鋼摩擦副表面,鋅錫和銦錫鋅修復涂層的厚度分別達20μm和30μm。潤滑修復后的鋼-鋼摩擦副,在各種載荷和各種轉速下均呈現(xiàn)負磨損,在高轉速下有穩(wěn)定的低摩擦系數(shù)。 用淬冷試驗和劃痕試驗測試了涂層的結合強度。試驗后的涂層無局部起皮、鼓泡、撕裂和脫落,涂層與基體結合牢固�？疾炝嗽嚇釉诶旌蛷澢鷷r對涂層結合性能的影響,當拉伸位移為2.7～3.6mm、彎曲變形為3.2～5.6mm時,未見涂層滑移、破裂、拱起和剝落,涂層與基體的固結性能良好。 用納米壓痕法研究了各修復涂層的彈性模量等微觀力學性能,由此分析計算了鋼-鋼直齒圓柱齒輪傳動和鋼蝸桿與銅蝸輪傳動修復齒面的接觸應力。研究表明,修復后的表面性能得到優(yōu)化,能較大幅度地降低表面接觸應力。 在此基礎上,將研制的5In25Sn15Zn脂與00號對比脂分別用于WD33-20型蝸輪減速器進行了臺架試驗。使用不含添加劑的00號脂潤滑的蝸桿和蝸輪齒面均發(fā)生了明顯磨損,采用5In25Sn15Zn潤滑脂后,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,減速器的機械效率大幅提高,顯示了研發(fā)的修復潤滑劑的潛在應用前景。
【學位授予單位】：上海大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TH117.22

【參考文獻】

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本文編號：2762743