醇水潤滑鋁鎂鈦硼涂層磨損機理及摩擦學行為研究.pdf

1、傳統(tǒng)機械設備普遍采用油基潤滑，不僅浪費能源，而且潤滑油的泄露還污染環(huán)境。醇水潤滑劑具有無污染、來源廣泛、節(jié)省能源等特點，是一種理想的綠色環(huán)保潤滑介質(zhì)。研究與醇水潤滑相匹配的新型摩擦材料或表面涂層已成為世界摩擦學研究領域的前沿課題。最近對Al-Mg-Ti-B納米復合涂層的摩擦學研究表明，在醇水潤滑的條件下，Al-Mg-Ti-B納米復合涂層表現(xiàn)出優(yōu)異的低摩擦行為。以往研究結(jié)果表明硼的氧化物B2O3和水反應的產(chǎn)物B(OH)3對涂層的低摩擦行為

2、做出了主要貢獻。這是由于以范德華力結(jié)合的B(OH)3原子層具有較弱的抗剪切力，易滑動從而導致低摩擦系數(shù)。而以醇水為潤滑介質(zhì)的摩擦過程中硼酸的來源，含硼硼化物涂層的低摩擦機制以及其摩擦行為尚不清楚。
　　本文使用射頻或直流磁控濺射技術分別制備了AlMgB14涂層、TiB2涂層、Al-Mg-Ti-B納米復合涂層，隨后對涂層表面進行了700℃高溫熱處理。通過X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、接觸角測量、拉曼光譜等方法系統(tǒng)

3、表征了三種含硼硼化物涂層表面硼元素的化學狀態(tài)和涂層表面水化行為。XPS結(jié)果表明只有TiB2和Al-Mg-Ti-B兩種涂層熱處理后表面發(fā)生氧化且生成硼酸，而熱處理后的AlMgB14涂層表面發(fā)生氧化僅生成氧化硼而不是硼酸。接觸角測量表明，三種含硼涂層的接觸角不同，這導致不同的表面親水性。研究表明，銳鈦礦型TiO2對含硼硼化物涂層的潤濕性起著重要的作用。為進一步研究醇水潤滑Al-Mg-Ti-B納米復合涂層的摩擦磨損行為，本文應用UMT-3多功

4、能微摩擦磨損試驗機，通過球盤式單向滑動摩擦方法分別系統(tǒng)研究了Al-Mg-Ti-B納米復合涂層在不同載荷、不同線速度等摩擦條件下的摩擦性能及摩擦化學機制。以醇水為潤滑介質(zhì)，Al-Mg-Ti-B納米復合涂層與摩擦副鋼球之間的摩擦系數(shù)最終可降至0.02。隨著施加載荷的增大，其摩擦系數(shù)下降很快。應用掃描電子顯微鏡(SEM)、掃描電子顯微鏡能譜(EDX)分析磨痕，結(jié)果表明摩擦過程是一個拋光過程。XPS分析表明，涂層在摩擦過程中發(fā)生了明顯的氧化，載

5、荷越大，氧化越嚴重。然而，在不同載荷及不同線速度條件下，均沒有明顯的硼酸存在。這可能是因為硼酸本身不穩(wěn)定性，摩擦過程中需要原位實時監(jiān)測才能發(fā)現(xiàn)硼酸的存在。本文還研究了在醇水潤滑條件下，紫外輻照(UV)對Al-Mg-Ti-B納米復合涂層表面化學態(tài)及摩擦性能的影響。XPS結(jié)果表明，紫外輻照后的Al-Mg-Ti-B納米復合涂層在磨痕內(nèi)外都有明顯的H3BO3生成，而未經(jīng)紫外輻照的涂層沒有H3BO3生成。研究表明紫外輻照增強了涂層表面銳鈦礦型Ti