复合润滑对镍铁合金高温摩擦学性能的影响

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1、复合润滑对镍铁合金高温摩擦学性能的影响李建亮，熊党生，霍明峰(南京理工大学材料科学与工程系江苏南京210094)摘要；以Ni．Cr-Fe-W-C-MoS2粉末冶金镍基复合材料以及合金钢为配副材料，油脂、MoS2、WS2以及两者的混合物为润滑剂，测试了其室温～500℃的摩擦学性能，研究了润滑剂类型等对材料摩擦磨损性能的影响。将固体润滑剂MoS2和WS2加入到油或脂中通过固液复合润滑的方式达到宽温度范围有效润滑的效果，在添加5wt．％WS2的油润滑条件下室温摩擦系数为0．04～0．05；200～300。C时为0．15q)．2

2、；400～600℃摩擦系数仍保持在0．5以下，获得良好的宽温带润滑性能。关键词：镍基自润滑合金；摩擦磨损；二硫化钼；固体润滑l引言航空工业、空间技术等高科技领域，有许多机械零件要求在诸如高温、高负荷、超低温等苛刻的条件下工作，这些条件已经远远超过了一般流体润滑的使用极限，人们不得不去寻找新的润滑材料，探索新的润滑方法【l】。发展新一代耐高温抗磨材料，以及与之相适应的新型耐高温润滑剂，是当今摩擦学领域非常值得重视的一个问题【2_J。本文采用的固体润滑剂主要包括片状MoS2粉末、纳米WS2粉末，采用油脂润滑作对比实验，并且设

3、计了添加固体润滑剂的浊、脂复合润滑方案。2实验部分材料的摩擦磨损性能试验在MG．2000型高温摩擦磨损机上进行。采用了环．盘式接触，上试样为T8钢、高温合金GHll31环式试样(内径36mm，外径44mm，粗糙度小于O．1¨m)，下试样为Ni．Fe．C—MoS2合金盘式试样(由45X7mm)。实验时，上试样固定不动，下试样盘旋转。试样置于一个温度可以连续控制调节的电炉中，实验环境的温度通过热电偶测量。实验测试条件为：转动速度为0．8m／s～1．0m／s，温度为室温、200℃、400℃、600。C，加载为30N～t50N。

4、摩擦实验后，用金相显微镜对磨损表面的微观组织形貌进行观察分析。确定不同的试样在不同的试验条件下所呈现的磨损情况和磨损机制。3结果与讨论116油脂润滑RotatingcycleRotatingcycJe蚓IT8制叫、引NiFe．MoS2揣的摩擦系壮a神州#十h忻州坩f10m／s，IIIIIN)图l示出了T8钢环与Ni—Fe—MoS2盘对磨。纯油做润滑剂的摩擦系数。室温下油润滑效果较好，摩擦系数在0l~02之fLjj，向且在4000C以下利的摩擦系数也都在o2咀下。但当温度达到400℃以后，摩擦系数就迅速升高到了045，这是

5、由于在400。C时油的黏度大大降低．已经不能有效的形成润滑膜，高温下油润滑失效。图l(b)是纯脂做润滑剂的摩擦系数曲线。在常温段(室温～200'0)脂润滑的摩擦系数在014)2之间：当温度升高到400℃后，摩擦系数达到O2左右：温度继续升高到500"C时摩擦系数开始有显著的升高，从0,2上升到了0．6；而温度在600'C时，摩擦系数迅速升高到了o8~09。脂润滑的规律与油润滑相似，在低温段400“C以前摩擦系数均在02以下，但一旦温度超过400℃时摩擦系数就会显著升高。3．2Mos2、Ws2润滑图2(a)是GH]131环

6、与Nl-Fe—MoS2盘对磨．MoS2粉末做润滑剂的摩擦系数曲线。室温下MoS2润滑的效果并不明显，摩擦系数高且波动大；在200-400℃时，摩擦系数迅速下降到了01左右：当温度达到500℃时系数开始I升到0．2，这是dI于已经有部分MoS2被氧化了，所咀MoS2润滑膜遭到了一定的损坏，摩擦系数有所上升；温度继续升高到600℃后有大量MoSz被氧化，使得摩擦系数迅速攀升到0．6左右。图2(b)是纳米WS2粉末做涧泔剂的摩擦系数随温度的变化曲线。WS2的润滑规律与MoS2相似，室温下摩擦系数03左右，然后随着温度的升高，摩

7、擦系数逐渐降低，到500℃时系数只有不到01，而温度达到600"C后摩擦系数迅速升高，达到O84)9，WS2润滑膜被氧化破坏而失效。图3是GHl】3I环与镍基白润滑合金盘对磨的摩擦系数和磨损率随温度的变化曲线图，其中润滑方式为MoSz、WS2润滑。图3(a)是润滑荆部分失效状态下平均摩擦系数随温度变化曲线图，在200,-,400"C的中温段，固体润滑剂摩擦系数均随温度的升高而降低；在温度超过400℃的高温段时，固体润亍骨剂的润滑性能均发生u芒06E∞ouco嚣正恶化，摩擦系数随温度升高迅速升高，表现出明显的失效现象。图3

8、(b)是磨损率的曲线图，MoS2和WS2做润滑剂的磨损率在室温～500。C时总体上是随温度升高而升高。固体润滑剂在常温段不如油、脂润滑的好，但在温度升高后特别在200～400℃时的减摩作用明显，但～旦温度高于600℃后，这些固体润滑剂均会被氧化而失效。液体润滑剂在常温段有优势【4一】，固体润滑剂在高温段有优势，可通过