滑动摩擦副微织构表面高温自润滑性能及机理研究

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随着滑动轴承等摩擦副在高温、低速、重载等恶劣工况下的应用变得越来越广泛,传统的油、脂润滑已难以满足滑动摩擦副表面的润滑需求,此时固体润滑技术正逐步成为滑动摩擦副表面的一种重要自润滑途径。本文将表面微织构自润滑技术应用于Cr4Mo4V高温轴承钢,并对滑动摩擦副微织构表面自润滑性能及机理展开了系统性研究。  首先,以分形几何理论为依据,建立了一种微织构自润滑表面分形接触摩擦模型,推导了微织构自润滑表面的法向接触载荷、切向滑动摩擦力与实际接触面积的关系。  其次,利用光纤激光打标机对表面微织构工艺展开了试验研究,研究了脉冲重复频率、激光功率和持续时间对单个微凹坑形貌的影响,结果表明:微凹坑的直径和深度都随重复频率的增大先增大后减小,随激光功率和持续时间的增大先增大,然后增大趋势逐渐放缓并最终趋于稳定,且持续时间过长会影响微凹坑的内表面质量。采用两种不同的填充方案在表面微凹坑织构中填入MoS2-PI复合固体润滑剂,从填充后的单个微凹坑表面形貌图与整体表面形貌图、单个微凹坑填充率、整个表面有效填充率、表面整体粗糙度参数以及表面滑动摩擦特性等多方面综合对比了两种填充方案的填充效果。结果表明:保压热压固化填充法要比模具热压固化填充法具有更加优越的填充效果。  再次,以环-盘面接触滑动摩擦副为试验摩擦副,以MoS2-PI为复合固体润滑剂,分别研究了织构密度、环境温度、转速与载荷对微织构表面高温自润滑性能的影响。结果表明:微织构自润滑技术能够有效地改善表面的摩擦磨损性能,最佳织构密度为35%~46%,且此时的摩擦系数为0.1左右;在环境温度不高于300℃时,表面摩擦系数较小(约0.1),且高温下的摩擦系数比常温下的略低,而在400℃时,摩擦系数迅速增大至约0.4;在所有试验温度下摩擦系数均随转速的增加先减小后增大;在环境温度为常温和100℃时,摩擦系数随着载荷的增大而减小,在环境温度为200℃时摩擦系数随着载荷的增大先减小后增大。  然后,研究了润滑颗粒大小对微织构表面高温自润滑性能的影响,结果表明:填充含纳米MoS2的复合固体润滑剂的微织构自润滑表面的摩擦系数要比填充含相同比重普通MoS2的低35%左右。  最后,研究了碳纳米管含量对微织构自润滑表面高温自润滑性能的影响,结果表明:碳纳米管含量为6wt%时表面具有最佳的摩擦磨损性能,其摩擦系数要比无碳纳米管时的低37%左右。并以最优润滑配方研究了微织构纳米复合自润滑表面在不同环境温度下的滑动摩擦性能,结果表明:添加6wt%碳纳米管可将MoS2-PI复合固体润滑剂的使用温度从300℃提高到400℃。
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