论文部分内容阅读
随着机械设备应用范围的不断扩展，摩擦工件经常需要在高温、高负荷、强辐射、低速等苛刻条件下运行，因此仅靠传统的润滑油品已无法完成润滑任务。在润滑油脂中添加固体润滑剂，能有效地增加油品的承载力，减少摩擦和磨损。层状磷酸锆材料是一种新型的固体润滑添加剂，α-ZrP和铜离子交换型磷酸锆（Cu-α-ZrP）在润滑油和锂基脂中均表现出优良的润滑性能。本文选用高速往复摩擦磨损试验机，在三种不同类型的基础油中系统地考察Cu-α-ZrP材料的摩擦学性能，详细研究了Cu-α-ZrP材料在聚乙二醇（PEG400）、100SN矿物油和液体石蜡中的减摩和抗磨性能，并在相同的试验条件下分别与传统固体润滑添加剂MoS2、鳞片石墨以及α-ZrP做对比研究。首先，考察Cu-α-ZrP在PEG400中的摩擦学性能。在固定往复频率5Hz的条件下，调变载荷从100N到300N，添加1.0wt.%Cu-α-ZrP，实时摩擦系数曲线平稳，平均摩擦系数由PEG400的0.129、0.110、0.121降低到0.102、0.087、0.079。固定载荷200N，调整频率为1Hz时，1.0wt.%Cu-α-ZrP实时摩擦系数曲线平稳；相同条件下，α-ZrP、 MoS2、鳞片石墨和PEG400均未能完成规定时间内的试验；频率为10Hz时，1.0wt.%Cu-α-ZrP的实时摩擦系数曲线平稳，平均摩擦系数由PEG400的0.099降低到0.066。Cu-α-ZrP在PEG400中起到了减摩作用。抗磨方面，当载荷300N、频率5Hz时，磨损表面的体积磨损量结果显示，与PEG400的5.371×106μm3相比，Cu-α-ZrP是2.673×106μm3；α-ZrP是3.491×106μm3；MoS2是3.176×106μm3；鳞片石墨是4.022×106μm3。可见，Cu-α-ZrP在PEG400中的抗磨效果较好。在往复频率5Hz，调变载荷从100N到300N的条件下，考察Cu-α-ZrP在100SN中的摩擦学性能。添加1.0wt.%Cu-α-ZrP的实时摩擦系数曲线平稳，平均摩擦系数由100SN的0.082、0.080、0.100降低到0.066、0.070、0.078。固定载荷200N，频率为1Hz、5Hz、10Hz时，添加1.0wt.%Cu-α-ZrP后，实时摩擦系数曲线平滑，平均摩擦系数由100SN的0.131、0.080、0.084降低到0.127、0.070、0.059。Cu-α-ZrP在PEG400中有较好的减摩效果。抗磨方面，当载荷300N、往复频率5Hz时，磨损表面的体积磨损量结果显示，与100SN的2.697×105μm3、相比，Cu-α-ZrP是2.127×105μm3；α-ZrP是2.398×105μm3；MoS2是2.500×105μm3；鳞片石墨是2.593×105μm3。可见，Cu-α-ZrP在100SN中的抗磨效果较好。在往复频率5Hz，调变载荷从100N到300N的条件下，考察Cu-α-ZrP在液体石蜡中的摩擦学性能。添加1.0wt.%Cu-α-ZrP的实时摩擦系数曲线无波动，平均摩擦系数由液体石蜡的0.100、0.113、0.132降低到0.084、0.087、0.089。固定载荷200N，当频率为1Hz时，添加1.0wt.%Cu-α-ZrP后，实时摩擦系数曲线始终平稳无波动；但是α-ZrP、 MoS2、鳞片石墨的实时摩擦系数曲线剧烈波动；当频率升高到10Hz时，1.0wt.%Cu-α-ZrP的实时摩擦系数曲线平稳，平均摩擦系数由液体石蜡的0.087降低为0.067。Cu-α-ZrP在液体石蜡中有较好的减摩效果。抗磨方面，当载荷300N、往复频率5Hz时，磨损表面的体积磨损量结果显示，与液体石蜡的5.541×106μm3相比，Cu-α-ZrP是3.297×106μm3；α-ZrP是4.065×106μm3；MoS2是4.078×106μm3；鳞片石墨是4.777×106μm3。可见，Cu-α-ZrP在液体石蜡中有较好的抗磨性能。SEM电镜照片和EDS结果可知，在三种基础油中Cu-α-ZrP润滑下的摩擦表面平整光滑，特别是在高载荷和高频率下，也仅有少量浅且疏的犁沟和划痕。在三种基础油中，Cu-α-ZrP的减摩、抗磨性能为：100SN> PEG400>液体石蜡。基础油中的Cu-α-ZrP微粒在摩擦副表面作为“第三体”粒子进入到相互接触的摩擦副之间，起到了减摩和抗磨的作用。