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磨损是材料失效的主要形式,TiB2-TiN是一种超硬材料体系,有望具有良好的耐磨性能。另一方面,随着人们对环境可持续发展的日益关注,绿色摩擦学成为一个重要的研究课题。本文以Cr12MoV钢为对象,对Cr12MoV钢及其表面TiN和TiB2-TiN薄膜在不同润滑介质(干摩擦、水、酒精、基础油)下的摩擦磨损性能展开了研究,所取得的创新成果如下:
首先,本文采用CETR UMT-2型试验机研究了钢表面在干摩擦、水润滑、酒精润滑、60N油润滑和HVI750油润滑等条件下的摩擦磨损行为。结果表明:润滑介质可以显著降低钢.钢摩擦副的摩擦系数,在干摩擦、水润滑、酒精润滑、60N油润滑和HVI750油润滑条件下,摩擦载荷为50 g～00 g(钢球半径为2 mm)时摩擦系数的平均值分别为0.75～0.81,0.45～0.33,0.22～0.15,0.13～0.09,0.09～0.10；在高载荷下酒精润滑与油润滑磨损速率相差甚小,并且在摩擦磨损初期阶段(500 s之内)摩擦系数相差甚少；同时,酒精润滑条件下的磨损表面形貌与油润滑下的磨损表面形貌极为相似,无明显粘着现象。分析表明,酒精润滑是一种绿色润滑介质,在压延、拉伸工业中有良好的应用前景。
其次,本文采用磁控溅射技术在淬火态Cr12MoV表面制备TiN／SiC薄膜,SiC为中间层。分别对TiN薄膜的组织结构和摩擦磨损性能进行了研究。结果表明,SiC薄膜与基材和TiN薄膜间都具有明显的且呈梯度的元素扩散,界面结合好。TiN薄膜与钢球(半径为2 mm)在50 g载荷下对摩0.5 h后观察,在干摩擦润滑条件下,平均摩擦系数为0.753,磨损速率为4.152×10-6 mm3·N-1·m-1；在水润滑条件下,平均摩擦系数为0.326,磨损速率为3.189×10-6 mm3·N-1·m-1；在酒精摩擦润滑条件下,平均摩擦系数为0.389,磨损速率为1.575×10-6 mm3·N-1·m-1；在基础油60N油润滑条件下,平均摩擦系数为1.132；在基础油HVI750润滑条件下,平均摩擦系数为0.09,磨损速率为0.741×10-6 mm3·N-1·m-1。
最后,本文采用磁控溅射技术在淬火态Cr12MoV表面制备TiB2-TiN／SiC薄膜,SiC为中间层。并对TiB2-TiN／SiC薄膜的组织结构和摩擦磨损性能进行了研究。结果表明,SiC薄膜与基材和TiB2-TiN薄膜间都具有明显的且呈梯度的元素扩散,界面结合好。TiB2-TiN薄膜与钢球(半径为2 mm)在50 g载荷下对摩0.5 h后观察,在干摩擦润滑条件下,平均摩擦系数为0.74,磨损速率为4.12×10-6 mm3·N-1·m-1；在水润滑条件下,平均摩擦系数为0.31,磨损速率为2.467×10-6 mm3·N-1·m-1；在酒精摩擦润滑条件下,平均摩擦系数为0.19,磨损速率为1.575×10-6 mm3·N-1·m-1；在基础油60N油润滑条件下,平均摩擦系数为0.13；在基础油HVI750润滑条件下,平均摩擦系数为0.09,磨损速率为0.645×10-6 mm3·N-1·m-1。本文的结果首次说明,TiB2-TiN薄膜比TiN薄膜在水润滑条件下具有更好的摩擦磨损性能。