電火花沉積自潤滑涂層的制備與摩擦磨損性能的研究.pdf

1、本文利用電火花沉積工藝在45鋼基體上沉積制備出了Cu/BN自潤滑涂層，并對涂層的物理化學(xué)相容性進(jìn)行了分析，研究了涂層的制備工藝，對摩擦過程的應(yīng)力進(jìn)行了有限元模擬，對涂層的表面形貌、涂層的摩擦磨損特性及潤滑機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。
　　基于減摩和抗磨的技術(shù)，對自潤滑涂層與基體材料的組分進(jìn)行了匹配設(shè)計。采用熱力學(xué)計算方法，對自潤滑涂層Cu/BN、Cu/MoS2與基體材料45鋼、YT15之間進(jìn)行化學(xué)相容性計算。采用計算方法和有限元分析

2、的方法分析了以上涂層材料和基體材料的物理相容性，對比了單層涂層和多層涂層的應(yīng)力大小，研究表明:多層涂層的熱應(yīng)力值較小，并且自潤滑涂層Cu/BN和基體材料45鋼的匹配性最好。因此本文主要在45鋼基體上進(jìn)行沉積試驗。
　　采用電火花沉積技術(shù)制備了自潤滑涂層?？疾炝诵D(zhuǎn)、振動兩種試驗方法的工藝參數(shù)對粗糙度、摩擦系數(shù)、磨損量的影響。確定了涂層的最佳沉積工藝:沉積時間均為10min，振動方法的電容為2檔，旋轉(zhuǎn)方法的電容為3檔。觀察了自潤滑涂

3、層的截面和表面形貌、分析了涂層的微觀結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明:自潤滑涂層表面形貌平整光滑，質(zhì)量較好，涂層表面由無數(shù)微小的材料顆粒熔融后凝結(jié)而成，且表面存在明顯的“濺射”形貌。由于涂層內(nèi)部的殘余熱應(yīng)力的存在，沉積層表面會有裂紋產(chǎn)生。
　　通過有限元軟件ANSYS，對自潤滑涂層在摩擦?xí)r的應(yīng)力及其分布進(jìn)行分析。推導(dǎo)了球-盤、銷-盤接觸應(yīng)力的計算模型。有限元分析結(jié)果表明:接觸界面壓力分布都是不均勻的，涂層與接觸副的接觸面的中心處壓力最大，且由中心向

4、外逐漸減小，說明試樣在磨損過程中，涂層受到的磨損量最大。無論是球-盤接觸副還是銷-盤接觸副，速度變化和載荷變化只是改變應(yīng)力分布數(shù)值大小，對應(yīng)力分布形態(tài)沒有影響。
　　系統(tǒng)的研究了自潤滑涂層的摩擦磨損特性，探討了在球-盤、銷-盤兩種摩擦磨損方式下，摩擦速度、載荷及摩擦?xí)r間對涂層摩擦磨損性能的影響。結(jié)果表明:兩種摩擦磨損方式下，涂層的摩擦系數(shù)均隨速度的增加而增大，隨著載荷的增加而減小。磨損量分別隨速度和載荷的增大而增大。對涂層的磨損形