本文關(guān)鍵詞：基于離子氮化的復(fù)合表面處理抗扭動微動磨損機理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：扭動微動是在交變載荷下接觸副間發(fā)生往復(fù)微幅的相對扭動。扭動微動現(xiàn)象在工業(yè)領(lǐng)域普遍存在,使得零部件的使用壽命大大降低。表面工程技術(shù),作為一種減緩微動損傷的有效措施,可以很好地保護基體材料。但有關(guān)表面工程技術(shù)抗扭動微動損傷的研究報道很少。因此,系統(tǒng)地研究離子滲硫/離子氮化復(fù)合層,激光淬火/離子氮化復(fù)合層和DLC/離子氮化復(fù)合層的扭動微動磨損性能和損傷機理,對表面工程抗扭動微動損傷的應(yīng)用具有重要的理論意義和工程指導(dǎo)價值。 本文在高精度的扭動微動磨損試驗機上,采用球/平面接觸方式,在不同的法向載荷和角位移幅值條件下,對基體(LZ50鋼)及三種復(fù)合層(離子滲硫/離子氮化復(fù)合層、激光淬火/離子氮化復(fù)合層、DLC/離子氮化復(fù)合層)進行了扭動微動磨損試驗。在分析動力學(xué)特性的基礎(chǔ)上,利用了光學(xué)顯微鏡(OM)、X射線衍射儀(XRD)、掃面電子顯微鏡(SEM)、電子能譜(EDX)、拉曼光譜儀和雙模式表面形貌儀等進行微觀分析,系統(tǒng)研究了三種復(fù)合層的扭動微動運行行為和損傷機理。研究獲得的主要結(jié)論如下： 1.離子滲硫/離子氮化復(fù)合層的扭動微動磨損 離子滲硫/離子氮化復(fù)合層由于氮化層的支撐作用和滲硫?qū)又械腇eS的易滑移結(jié)構(gòu),改變了基材的微動運行區(qū)域,使其滑移區(qū)向小角位移幅值方向移動,使得混合區(qū)減小,滑移區(qū)增大。角位移幅值和法向載荷對摩擦扭矩有重要的影響,摩擦扭矩的演變規(guī)律與所處的微動區(qū)域有關(guān),部分滑移區(qū)的摩擦扭矩一直處于較低水平,混合區(qū)的摩擦扭矩呈現(xiàn)“跑合-爬升-峰值-穩(wěn)定”四個階段,滑移區(qū)的摩擦扭矩四個階段特征不明顯。摩擦耗散能呈現(xiàn)與摩擦扭矩相同的特征,且低于LZ50鋼的耗散能。當(dāng)微動運行于部分滑移區(qū),離子滲硫/離子氮化復(fù)合層損傷輕微；微動運行于混合區(qū),磨損機制為磨粒磨損、氧化磨損和剝層；微動運行于滑移區(qū),損傷加重,磨損機制仍為磨粒磨損、氧化磨損和剝層。在相同工況下,離子滲硫/離子氮化復(fù)合層的損傷比LZ50鋼基材輕微。 2.激光淬火/離子氮化復(fù)合層的扭動微動磨損 該復(fù)合層由于其高硬度和表面的殘余壓應(yīng)力改變了基材的扭動微動的運行區(qū)域,滑移區(qū)向小角位移幅值方向移動,混合區(qū)減小,滑移區(qū)擴大。該復(fù)合層摩擦扭矩和摩擦耗散能的演變與離子滲硫/離子氮化復(fù)合層的相似。微動運行于部分滑移區(qū),總體損傷輕微；在混合區(qū),磨損機制為磨粒磨損、氧化磨損和剝層；在滑移區(qū),損傷嚴重,磨損機制仍為磨粒磨損、氧化磨損和剝層。在相同工況下,復(fù)合層的損傷比LZ50鋼輕微。 3.DLC/離子氮化復(fù)合層的扭動微動磨損 DLC具有高硬度和低摩擦系數(shù)的特性,促使基材的滑移區(qū)向小角位移幅值方向移動,混合區(qū)消失,滑移區(qū)大大增加。在部分滑移區(qū),摩擦扭矩處于較低水平,在滑移區(qū),摩擦扭矩呈緩慢上升。摩擦耗散能在不同的運行區(qū)域呈現(xiàn)于摩擦扭矩相同的特征。微動運行于部分滑移區(qū),DLC/離子氮化復(fù)合層的損傷輕微,仍保留原始的顆粒狀特征；在滑移區(qū),損傷機制為磨粒磨損、剝落和石墨化。DLC/離子氮化復(fù)合層大大降低了基材的磨損,表現(xiàn)出優(yōu)異的抗微動損傷特性。 4.三種復(fù)合層的對比 三種復(fù)合層一定程度上都改變了運行工況微動圖。從改變微動區(qū)域效果來看,DLC效果最好,滲硫/離子氮化復(fù)合層次之,激光淬火/離子氮化復(fù)合層較差。通過三種復(fù)合層的扭動微動中的摩擦扭矩、摩擦耗散能和磨損深度的對比,可以發(fā)現(xiàn),減摩和抗磨效果依次為DLC,激光淬火/離子氮化復(fù)合層,滲硫/離子氮化復(fù)合層。
【關(guān)鍵詞】：摩擦磨損 微動磨損 扭動微動 離子滲硫/離子氮化復(fù)合層 激光淬火/離子氮化復(fù)合層 DLC/離子氮化復(fù)合層
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TG174.4;TH117.1
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 微動摩擦學(xué)的基本概念13-17
• 1.1.1 微動摩擦學(xué)的定義13
• 1.1.2 微動的損傷13-14
• 1.1.3 微動的分類14-15
• 1.1.4 微動的影響因素15
• 1.1.5 微動摩擦學(xué)研究的主要理論及進展15-17
• 1.2 扭動微動及研究進展17-20
• 1.2.1 工業(yè)中的扭動微動17-19
• 1.2.2 扭動微動的研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3 表面工程與微動摩擦學(xué)20-23
• 1.3.1 離子滲氮技術(shù)21
• 1.3.2 低溫離子滲硫技術(shù)21-22
• 1.3.3 激光淬火技術(shù)22
• 1.3.4 氣相沉積技術(shù)22
• 1.3.5 復(fù)合表面處理技術(shù)22-23
• 1.4 論文的研究意義和研究內(nèi)容23-25
• 1.4.1 本論文的研究意義23-24
• 1.4.2 本論文的研究內(nèi)容24-25
• 第二章 實驗方法和材料25-33
• 2.1 扭動微動試驗裝置25-26
• 2.2 試驗材料的選擇與制備26-28
• 2.2.1 球試樣的選擇26
• 2.2.2 平面基體試樣的選擇和制備26-27
• 2.2.3 涂層的制備27-28
• 2.3 復(fù)合層基本性能表征28-32
• 2.3.1 滲硫/離子氮化復(fù)合層的基本性能表征28-29
• 2.3.2 激光淬火/離子氮化復(fù)合層的基本性能表征29-30
• 2.3.3 DLC/離子氮化復(fù)合層的基本性能表征30-32
• 2.4 扭動微動磨損試驗參數(shù)32
• 2.5 磨斑微觀分析方法32-33
• 2.5.1 磨斑輪廓分析32
• 2.5.2 磨斑形貌分析32
• 2.5.3 磨斑表面的化學(xué)成分分析32-33
• 第三章 滲硫/離子氮化復(fù)合層的扭動微動磨損特性33-55
• 3.1 T-θ曲線33-37
• 3.2 扭動微動的運行工況微動圖37-39
• 3.3 摩擦扭矩時變曲線39-42
• 3.3.1 角位移幅值對摩擦扭矩的影響39-40
• 3.3.2 法向載荷對摩擦扭矩的影響40-41
• 3.3.3 滲硫/離子氮化復(fù)合層與基材摩擦扭矩對比41-42
• 3.4 扭動微動的摩擦耗散能42-44
• 3.5 滲硫/離子氮化復(fù)合層的扭動微動磨損機制44-53
• 3.5.1 部分滑移區(qū)44-45
• 3.5.2 混合區(qū)45-50
• 3.5.3 滑移區(qū)50-53
• 3.6 本章小結(jié)53-55
• 第四章 激光淬火/離子氮化復(fù)合層的扭動微動磨損特性55-73
• 4.1 T-θ曲線55-59
• 4.2 扭動微動的運行工況微動圖59-61
• 4.3 摩擦扭矩時變曲線61-64
• 4.3.1 角位移幅值對摩擦扭矩的影響61-62
• 4.3.2 載荷對摩擦扭矩的影響62-63
• 4.3.3 激光淬火/離子氮化復(fù)合層與基材的摩擦扭矩對比63-64
• 4.4 摩擦耗散能64-66
• 4.5 激光淬火/離子氮化復(fù)合層的扭動微動磨損機制66-71
• 4.5.1 部分滑移區(qū)66-67
• 4.5.2 混合區(qū)67-69
• 4.5.3 滑移區(qū)69-71
• 4.6 本章小結(jié)71-73
• 第五章 類金剛石(DLC)的扭動微動磨損特性73-86
• 5.1 T-θ曲線73-75
• 5.2 扭動微動的運行工況微動圖75-76
• 5.3 摩擦扭矩時變曲線76-79
• 5.3.1 角位移幅值對摩擦扭矩的影響77
• 5.3.2 載荷對摩擦扭矩的影響77-78
• 5.3.3 DLC與基材的摩擦扭矩對比78-79
• 5.4 摩擦耗散能79-80
• 5.5 DLC的扭動微動磨損機制80-85
• 5.5.1 部分滑移區(qū)80
• 5.5.2 滑移區(qū)80-85
• 5.6 本章小結(jié)85-86
• 第六章 三種復(fù)合層抗扭動微動磨損性能的比較86-91
• 6.1 T-θ曲線86
• 6.2 微動運行工況圖86-87
• 6.3 摩擦扭矩時變曲線87-88
• 6.4 摩擦耗散能88-89
• 6.5 抗磨性能對比89-90
• 6.6 本章小結(jié)90-91
• 結(jié)論91-93
• 研究展望93-94
• 致謝94-95
• 參考文獻95-100
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文100

【參考文獻】

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本文編號：414066