纳米化渗氮渗硫层与润滑油添加剂的摩擦化学效应研究

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1、分类号密级中国地质大学（北京)•硕士学位论文纳米化/渗氮/渗硫层与润滑油添加剂的摩擦化学效应研究学号：2102120022研究生：王艳艳专业：材料工程研究方向：材料加工工程指导教师：岳文副教授企业导师：黄海鹏高级工程师2015年5月声明本人声明所早.交的论文是我个人在导师指导下进行的研宄丁作及取得的研宂成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国地质大学或其它教育机构的学位或I正书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中

2、作了明确的说明并表示了谢意。签名：i称汝「」期：W厂(>-!关于论文使用授权的说明本人完全了解屮国地质大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允L午‘论文被査阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，nj以采用影印、缩印或其他复制手段保存论义。公幵口保密(—年）（保密的论文在解密后应遵守此规定)笤名：导师答名、^A.H期：20!S.Li分类号密级中国地质大学（北京）硕士学位论文纳米化/渗氮/渗硫层与润滑油添加剂的摩擦化学效应研究学号：2102120022研究生：王艳艳专业：材料工程研究方向

3、：材料加工工程指导教师：岳文副教授企业导师：黄海鹏高级工程师2015年5月ADissertationSubmittedtoChinaUniversityofGeosciencesforMasterDegreeTribochemicalinteractionsbetweenthenitrided/sulfurized-nanocrystallizedlayersandlubricantadditivesMasterCandidate:YanyanWangMajor:MaterialEngineeringStudyOrie

4、ntation:MaterialsProcessingEngineeringDissertationSupervisor:Assoc.Prof.WenYueIndustrialSupervisor:SeniorengineerHaipengHuangChinaUniversityofGeosciences(Beijing)May,2015摘要发动机活塞环多工作在高温、高压、高速和润滑困难的苛刻条件下，容易在与汽缸壁的滑动界面处发生磨损，从而降低活塞环的使用寿命。利用表面改性技术改善活塞环材料的力学性能和改善润滑条件是提

5、高活塞环摩擦学性能的两种主要途径。但是单一的技术往往存在不足，无法满足特定工况的要求。316L不锈钢是一种常用的活塞环材料，然而其硬度较低，摩擦学性能较差，容易发生磨损而导致零件失效。本文为提高316L不锈钢的摩擦学性能，利用超声表面滚压技术（USRP）、离子渗氮和离子渗硫技术，分别在钢材表面制备了纳米化层及纳米化与渗氮/渗硫复合层。利用SRV摩擦磨损试验机考察了钢材表面不同改性层分别在聚α烯烃合成油（PAO4）和含1.0wt%二烷基二硫代氨基甲酸钼（MoDTC）或二烷基二硫代磷酸锌（ZDDP）润滑条件下的摩擦磨损行为

6、。利用扫描电子显微镜、金相显微镜、三维表面形貌仪、X射线衍射仪、显微硬度计等微观检测设备分析了改性层的微观形貌、组织结构和显微硬度等，并利用X射线光电子能谱仪测试了摩擦反应膜中元素原子价态及含量。研究结果表明：(1)在316L不锈钢表面制备的纳米化层的最表层平均晶粒尺寸约为19nm，表面硬度由原始前的190HV提高到了340HV。MoDTC和ZDDP分解分别生成了含MoS2的摩擦反应膜和玻璃态磷酸盐膜，起到了较好的减摩抗磨作用，纳米化表面在MoDTC润滑下的摩擦系数达到最低，在ZDDP润滑下的磨损率达到最低，这主要与纳

7、米化表面较高的硬度和表面活性有关。(2)直接渗氮表面和USRP/渗氮表面的表面硬度均达到了1000HV左右，渗层厚度约为20μm。渗氮能提高钢材在三种油润滑条件下的减摩抗磨性能，而且XPS分析证明纳米化后渗氮表面能够促进MoDTC和ZDDP分解，因此其与MoDTC/ZDDP体现出了较好的协同作用，进一步提高了表面的减摩抗磨性能。(3)直接渗硫表面和在MoDTC和ZDDP润滑条件下，纳米化后渗硫表面的摩擦学性能均优于直接渗硫表面，这是因为纳米化层硬度较高，为软质渗硫层提供了有力支撑。关键词：表面纳米化，离子渗氮，低温离子

8、渗硫，MoDTC，ZDDPiAbstractThepistonringworksintheconditionofhightemperature,highpressure,highspeedandlackofenoughlubricant,leadingtotheseverewearattheslidinginterfacewith