面向海水关键摩擦副的复合陶瓷与涂层材料的性能研究

来源 :陕西科技大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:dongshengly
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近年来海洋装备的发展已列为重点研发领域。为拓展海洋环境下关键摩擦副的应用,金属等常用材料已不能满足海洋装备的性能需要。但复合陶瓷具有优异的耐腐蚀、耐高温等性能,可以更好地替代现有的关键部件。基于此,本文研究了海水环境下,变载、变速以及变量(六方氮化硼(h BN)的含量)三种参数对Si3N4-h BN复合陶瓷与双相不锈钢(2507)、聚醚醚酮、2507金属基聚醚醚酮复合涂层配副的摩擦学性能的作用机制。旨在探究海水环境下三种变量对Si3N4-h BN/2507、Si3N4-h BN/PEEK、Si3N4-h BN/2507基PEEK复合涂层三种摩擦副的摩擦学性能的影响机理。采用SEM、EDS、XPS等测试分析手段,剖析摩擦表面试验前后的变化。本论文主要做了以下研究工作:(1)本文介绍了海水介质下,Si3N4-h BN/2507摩擦副在变载、变荷条件下的性能变化。试验表明,Si3N4-h BN与2507钢配副在20N参数下,摩擦因数低至0.38,与其配副的销、盘的磨损率的级数低至10-5数量级。摩擦副的主要磨损机理为磨粒磨损和腐蚀磨损。另一方面,当速度为1.73m/s(1000r/min)时,随着磨程的增加,SN20在1.73m/s条件下的摩擦因数低至0.38,在该参数下,销盘的磨损率的级数也是在10-5数量级。(2)对比研究了海水环境下,变载、变速对Si3N4-h BN/PEEK摩擦副的摩擦学性能影响。试验发现,速度为1.73m/s时,SN20摩擦副的摩擦因数低至0.07,其中销的磨损率为0.38×10-5mm3/Nm,盘的磨损率为0.76×10-5mm3/Nm。磨损机理主要粘着磨损和腐蚀磨损。另一方面,随着速度的增加,摩擦因数和磨损率明显降低。当载荷为20N时,Si3N4-h BN/PEEK配副的摩擦因数表现出整体较低的趋势,且在速度为1.73m/s表现出较好的摩擦学性能,其中摩擦因数低至0.07。磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损。(3)在以上研究的基础上,探讨了在海水环境中定载(20N)、定速(1.73m/s)条件下,Si3N4/2507基PEEK复合材料涂层配副的摩擦学性能。结果发现,随着h BN的增加,摩擦副的摩擦因数也呈现明显的上升趋势。SN0与0%h BN含量的2507金属基PEEK涂层配副的摩擦因数低至0.05。当SN0与3%h BN含量的2507金属基PEEK涂层配副时的摩擦因数有所升高,摩擦副的摩擦因数升高为0.57。SN0与6%h BN含量的2507基PEEK涂层配副的摩擦因数显著上升至0.12。并且在该参数下的磨损率也相对较高。这是由于不同含量的h BN的加入使得涂层材料的孔隙率升高,涂层与金属基体的结合度下降,加速了海水的腐蚀作用。本论文的研究表明,在海水环境中,Si3N4-h BN/2507金属摩擦副、Si3N4-h BN/PEEK、Si3N4-h BN/2507金属基PEEK复合涂层摩擦副在特定的参数下具有较好的服役性能。这不但为海洋工程装备的开发和应用提供了理论支撑,也在一定程度上对海洋装备中关键摩擦副的选择提供了新思路,具有重要的工程应用价值。
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