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微纳米黑云母粉体的摩擦学性能研究

李立全  
【摘要】:硅酸盐矿物粉体作为抗磨减摩材料是当前的研究热点,有关各种硅酸盐矿物粉体在不同润滑介质中的摩擦学性能评价取得了不少实验数据,但对这种新型添加剂的抗磨减摩现象和作用机理方面的研究始终没有完善。因此,开展硅酸盐矿物粉体添加剂的研究具有重要的现实意义,研究结果可为这种抗磨减摩材料的工业应用提供实验依据与理论基础。本文以硅酸盐矿物黑云母为研究对象,采用机械球磨法制备了微纳米黑云母粉体及微纳米黑云母与氯化镧复合粉体,并开展了不同润滑介质和不同实验条件下的摩擦学性能研究,采用多种先进表征手段研究了摩擦副的表面微观形貌、元素类型、元素分布及组分,进而揭示了微纳米黑云母粉体的抗磨减摩机理。首先,在SFT-2M销盘式钢-钢滑动摩擦副摩擦磨损实验中考察了黑云母粉体及黑云母与氯化镧复合粉体在不同润滑介质下的抗磨减摩性能,验证了其优良的摩擦学性能;在此基础上,通过扫描电子显微镜(SEM)表征了摩擦表面的微观形貌:黑云母的加入在摩擦副表面形成了一层非均匀覆盖的摩擦表面膜,摩擦表面本身的划痕填充着颗粒状黑云母粉体;通过X射线能谱分析(EDS)和X射线光电子能谱分析(XPS)检测摩擦表面中的元素类型、元素分布及组分,结果表明:摩擦副表面含有来自黑云母粉体的Al和Mg等元素的化合物组分;黑云母粉体作为润滑油添加剂,经过摩擦副之间的机械力作用发生解理和粉碎,镶嵌、沉积并扩散到摩擦表面深层,在部分接触点的闪温作用下形成熔体,粉体中的Mg~(2+)、Fe~(2+)等离子形成的变网离子破坏Si-O-Si桥氧使得黑云母粉体表面存在大量具有较好吸附性能及离子交换性能的不饱和键、活性基团和空穴电子位,吸附润滑油中纳米级金属磨屑,与摩擦试件表面磨损时产生的金属阳离子发生离子交换,同时与试件及外界环境发生化学反应,生成多种具有抗磨减摩性能的化学合物。最后,以黑云母粉体500SN基础油为研究对象,应用于M-2000A型摩擦磨损试验机上的钢-铜配副滑动轴承,获得了良好的抗磨减摩效果,在此基础上仿真研究了负磨损下自修复膜的几何参数、密度位置对滑动轴承静特性的影响,结果表明:负磨损下,自修复膜位于滑动轴承承载区对轴承的静特性具有积极的影响。本文的研究结果对于进一步开展滑动摩擦副在微纳米黑云母粉体润滑下的自修复性能研究具有重要的参考价值。


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