改善316不锈钢摩擦学性能的表面织构与离子氮化复合处理

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奥氏体不锈钢是不锈钢中使用量和生产量最大的一种钢材,以其优异的耐腐蚀性能和加工成形性能成为现代工业中重要的工程材料之一,但受表面硬度低、耐磨性差等缺点的制约,一般不能用于制作摩擦配副零部件。因此,提高奥氏体不锈钢表面的摩擦学性能,扩展其使用范围具有十分重要的意义。区别于传统的表面改性技术,本文利用奥氏体不锈钢对Cl-点腐蚀敏感性高的特点,在较高浓度的NaCl溶液中对316不锈钢进行电化学处理获得表面织构,并在此基础上对获得表面织构的试样进行离子氮化复合处理以获得更加优异的性能,并分别对表面织构化和离子氮化复合处理后的试样在干摩擦条件下和脂润滑条件下的摩擦学性能及磨损机理进行了研究。主要研究结果如下:1、电化学处理表面织构化(1)、采用电化学处理方法成功在316不锈钢表面获得凹坑、沟槽等织构组织,对织构进行表征后发现不同浓度的NaCl电解液会对表面织构的尺寸造成一定的影响。(2)、在干摩擦条件下,表面织构化后的试样在滑动初期具有储存磨屑降低磨损的作用,但由于其本身易磨损的缺点导致一段时间后织构被磨损破坏,且最终的磨损失重量只比基体略有减少,并没有大幅提高其在干摩擦条件下的摩擦学性能。表面织构化后的试样在与GCr15钢球和Si3N4陶瓷球对磨时都发生了粘着磨损和磨粒磨损,同时还伴有氧化磨损。(3)、在脂润滑条件下,未经处理的基体在滑动过程中的摩擦系数和最终的磨损失重量与干摩擦条件下相近;在三种不同浓度的氯化钠电解液(20%,15%,10%)下经过电化学处理后的试样均具有良好的减摩作用,摩擦系数在整个滑动过程中都保持在0.15以下,织构起到了储存油脂提供二次润滑源的作用,磨损失重量较干摩擦条件下明显减小,极大提高了316不锈钢在脂润滑条件下的摩擦学性能。其在与GCr15钢球对磨时只发生了塑性变形,与Si3N4陶瓷球对磨时发生了磨粒磨损和塑性变形。2、离子氮化复合处理(1)、对表面织构化后的试样进行离子氮化处理,处理后试样保留了原有的表面结构及尺寸,渗氮层厚度约为45μm,主要由ε相、γ′相、CrN相组成,表面硬度由257HV0.1升高到了1048HV0.1。(2)、在干摩擦条件下,复合处理后试样的摩擦系数波动很小,且在摩擦结束后表面织构并未被完全破坏,在整个过程中起到了储存磨屑减小磨损的作用,与复合处理前的磨损失重量相比大幅减小,提高了316不锈钢在干摩擦条件下的摩擦学性能。其与GCr15钢球对磨时发生了微切削磨损并伴随有氧化现象,与Si3N4陶瓷球对磨时发生了粘着磨损和磨粒磨损并伴随有氧化现象。(3)、在脂润滑条件下,复合处理后试样的摩擦系数波动很小,且在整个摩擦过程中低于0.13,同样起到了储存油脂提供二次润滑源的作用,磨损失重量与之前相比有了进一步的减小。其与GCr15钢球对磨时只发生了轻微的塑性变形,与Si3N4陶瓷球对磨时只发生了轻微的磨损。
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