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直流磁场干涉下金属材料的摩擦磨损性能研究

曹丽强  
【摘要】:本文以铁磁性材料GCr15钢和非铁磁性材料Ti6Al4V合金为主要研究对象,与W18Cr4V配副,采用改造后的MPV-1500型摩擦磨损试验机,研究了磁场条件下铁磁性材料和非铁磁性材料的摩擦磨损性能,并利用三维形貌仪和扫描电镜观察了材料磨损后的磨损表面及磨屑的形貌,利用能谱仪分析了材料磨损表面的化学成分,探讨了磁场条件下材料的摩擦磨损机理。 研究结果表明磁场能明显改善铁磁性材料的摩擦学性能,磁场强度、滑动速度、载荷是影响铁磁性材料摩擦副的摩擦学性能的主要因素,而对非铁磁性材料而言,施加磁场反而减低了材料的耐磨性。具体结论如下: 在较低速度下,较小的磁场强度能较好的改善铁磁性材料的干摩擦学性能,较大的磁场强度有时甚至有增大磨损的趋势;在较高速度下,铁磁性材料的磨损量先达到一较低值,随着磁场强度的进一步增大,磨损量则缓慢减小或趋于水平。 高载荷条件下,施加磁场强度对铁磁性材料的磨损量影响较大。有、无磁场时条件下,载荷的增加,摩擦系数均降低,磨损量增加。随着载荷的增大,施加不同磁场强度时GCr15的磨损量与无磁场时材料的磨损量的差距也逐渐加大。 磁场条件下,滑动速度对铁磁性材料摩擦系数的影响不大,对磨损量有一定影响。随着速度的增加,摩擦系数降低,磨损量下降。不同磁场强度下的摩擦系数无明显的区别。磨损量则呈现先略微增大后急剧减小的趋势。 施加磁场不仅不能减少非铁磁性材料的磨损量反而增加了Ti6Al4V的磨损。Ti6Al4V的摩擦系数则随着磁场强度的增加而相对稍微有所减少。通过扫描电镜可知磁场条件下GCr15钢销的磨损表面形貌相对平整光滑。而无磁场条件下,沿着滑动摩擦的方向,磨损表面呈现较大面积深犁沟状形貌,局部区域出现凹坑。无磁场时磨屑主要呈现不规则的块状和片状,大部分磨屑较大,有磁场情况下的磨屑形状主要为规则的团絮状分布,磨屑较细较圆滑。 通过能谱仪分析测得施加直流磁场使GCr15的含氧量明显增加,磨粒磨损及粘着磨损比例变小。改善了铁磁性材料的摩擦磨损性能。 通过扫描电镜发现磁场条件下的Ti6Al4V销磨损表面能吸附更多来源于W18Cr4V环上的铁磁性磨屑。其磨屑形状主要呈现体积较小的片状及颗粒状,在磨损表面中起到磨料的作用,加剧了磨粒磨损。 通过能谱仪分析得知施加磁场使Ti6Al4V的磨粒磨损加剧,磁场条件下非铁磁性磨损表面及磨屑的含氧量变化不明显。 由此可知,施加磁场加剧了非铁磁性材料磨损过程中的磨粒磨损,降低了耐磨性。对铁磁性材料而言,磁场提高氧吸附程度、促进铁磁性氧化物形成以及磨屑的“润滑”作用,是磁场提高铁磁性材料耐磨性的主要原因。


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