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本文以高速干滑动摩擦为背景,以CrNiMo钢和H96黄铜为配副,应用MMS-1G型高温高速摩擦磨损试验机,分别研究了材料在室温条件下氮气、二氧化碳和氧气三种气氛以及高温条件下二氧化碳和氧气两种氧化性气氛环境中的摩擦学特性。应用扫描电子显微镜(SEM)、EDAX能谱分析仪(EDX)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)对销试样磨损表面形貌、组织和元素化学状态进行分析,阐述了气氛环境中材料的主要磨损机理,并探讨了材料摩擦学特性与气氛环境之间的关系。本文的主要结论如下:
室温条件下氮气、二氧化碳和氧气三种气氛环境中,随着滑动速度和接触压力(即pv值)的增大,配副的摩擦系数均减小,销试样的磨损率均增大。氧气气氛环境中配副的摩擦系数和销试样的磨损率最低;氮气气氛环境中配副的摩擦系数和销试样的磨损率最高。氧气气氛环境中,材料的磨损机制主要是粘着磨损和氧化磨损;二氧化碳气氛环境中,材料的磨损机制主要是粘着磨损、磨粒磨损和氧化磨损;氮气气氛环境中,材料的磨损机制主要是粘着磨损、磨粒磨损和金属流变。
高温条件下二氧化碳和氧气两种氧化性气氛环境中,随着滑动速度和接触压力(即pv值)的增大,配副的摩擦系数均减小,销试样的磨损率均增大。二氧化碳气氛环境中配副的摩擦系数和销试样的磨损率均高于氧气气氛环境中配副的摩擦系数和销试样的磨损率。二氧化碳气氛环境中,高温下配副的摩擦系数高于室温下的摩擦系数,而销试样的磨损率却低于室温下的磨损率;氧气气氛环境中,高温下配副的摩擦系数和销试样的磨损率均低于室温下配副的摩擦系数和销试样的磨损率。高温氧气气氛环境中材料的主要磨损机制为粘着磨损和氧化磨损;高温二氧化碳气氛环境中材料的主要磨损机制为粘着磨损、氧化磨损和金属流变。高温条件下两种氧化性气氛环境中,在销试样摩擦面由于粘着和氧化而形成的混合层在一定程度上减轻了磨损。
在相同试验参数条件下,不同气氛环境中的摩擦表面温度不同,这导致摩擦面微观形貌、组织和成分的不同,进一步的分析表明,室温条件下,摩擦表面是否存在氧化膜以及氧化膜的种类和含量是导致气氛环境中磨损机制不同的重要原因;高温条件下,由于粘着和氧化作用而在摩擦表面形成的混合层是导致不同气氛环境中磨损机制不同的重要原因,磨损机制的不同又进一步影响到材料宏观的摩擦学特性。
在相同试验参数条件下,氮气气氛环境中,销试样磨损最严重,氧化性越强的气氛环境中,配副的摩擦系数和销试样的磨损率越小,随着环境温度的升高,这种现象越明显。工程实际中,尤其是高温环境中,此种配副材料适合在氧气气氛环境中使用,而应尽量避免在氮气气氛环境中使用。