立方氮化硼固体涂层摩擦学性能-论文.pdf

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1、第36卷第1期河北联合大学学报(自然科学版)V01．36No．12014年1月JournalofHebeiUnitedUniversity(NaturalScienceEdition)Jan．2014文章编号：2095-2716(2014)01-0028-04立方氮化硼固体涂层摩擦学性能张舵，贾晓鸣(河北联合大学，河北唐山063009)关键词：立方氮化硼；涂层；摩擦摘要：立方氮化硼(CBN)作为新型材料正在广泛应用，已经被越来越多的专家学者所关注。制备了CBN固体涂层，在高温摩擦磨损试验机上进行了摩擦试验，考察了不同温度和压力下CBN固体涂层的摩擦系数，同时比较CBN固体涂层

2、在两种粒度下的摩擦效果。试验结果表明：CBN固体涂层具有优良的减摩抗磨特性，摩擦系数随着压力的升高而降低，随着温度的升高而升高；温度和压力较低时细颗粒CBN比粗颗粒CBN摩擦系数低。中图分类号：TH117．1文献标志码：A0引言CBN是氮化硼的致密相，在硬度和热导率方面仅次于金刚石，硬度达47000N／mm，热导率是硬质合金的l3倍、铜的3倍，其不易氧化且热稳定性好，可耐1300—1500oC的高温，与铁族元素有很大的惰性，广泛用于磨削钢铁制品。由于CBN有很多优良特性，引起了广大学者的关注并正在得到广泛的应用，但是人们对CBN的摩擦学性能研究的较少，有待于进一步深入研究，尤

3、其在CBN作为固体涂层使用时更是缺乏相关数据，因此本文研究CBN固体涂层的摩擦学性能有重要的实际意义。l试验部分1．1试验准备1．1．1试验设备高温摩擦磨损试验机(型号MG-2000)：张家口宣化制造该试验机采用Lab7．1型微机智能测控系统测量摩擦力矩及显示相关系数，可以设置试验载荷、试件半径、加热炉温、屏幕显示采样点等试验参数。此外，该试验机还可以提供文本、excel等多种分析报告读取；提供定时停车、定转数停车等多种试验终止条件。1．1．2试验材料(1)45号钢标准试件(如图1所示)(2)CBN：CBN210(粒度60／70)、CBNM—A(粒度0—0．25m)，郑州中南

4、杰特超硬材料有限公司生产CBN210为琥珀色单晶体，晶型规则且透明度好，在CBN系列中强度适中。CBNM．A为立方氮化硼微粉，晶体纯度高，热稳定性好，具有良好的自锐性、研磨性等特点。(3)耐高温胶(自制)图1MG．2000型摩擦磨损试验机标准试件收稿日期：2013-04-08第1期张舵，等：立方氮化硼固体涂层摩擦学性能291．2CBN固体涂层的制备试验前先将试件分成两组，对每组试件表面用无水乙醇清洗，待表面干燥后向试件表面均匀涂覆耐高温胶直至完全粘于试件，将CBN210和CBNM—A分别涂覆于两组试件表面以形成CBN固体涂层。在涂覆过程中注意耐高温胶和CBN的均匀性，避免出现

5、局部过量的情况。将涂覆好的试件进行加热烘干，待其冷却后将试件妥善保存等待试验。1．3试验方法CBN固体涂层试验在高温摩擦磨损试验机上进行。摩擦磨损试验条件：主轴转速183r／min，试验时间嘶20min。在上述条件下对CBN固体涂层做不同压力和温度的摩擦磨损试验，压力条件分别为100N，200N0，口0DD卯如柚300N；温度条件分别为常温，100oC，300℃，每次试验中测量摩擦系数并进行分析。2试验结果与讨论2．1CBN固体涂层与无涂层及耐高温胶摩擦系数对比CBN固体涂层试件与无涂层试件及涂覆耐高温胶试件在300qc100N下的摩擦磨损试验结果对比如表1所示。从表中可以发

6、现，当试件表面不涂覆任何涂层时试件的磨损最为严重，对磨时间仅能维持3分钟试验即被迫停止，此时摩擦系数已达1．4。当试件表面只涂覆耐高温胶时，对磨的时间也只能持续14rain，摩擦系数在3分钟时达1．2，这说明CBN固体涂层能起到减摩抗磨的作用与耐高温胶无关。当试件表面涂覆CBN固体涂层时，摩擦系数始终稳定在0．4左右，且对磨的时间很长。摩擦磨损试验结果表明CBN具有优良的减摩抗磨性能，能进行广泛的推广使用。表1不同条件下的摩擦磨损试验对比2．2CBN固体涂层摩擦系数与压力的关系CBN固体涂层摩擦系数与压力的关系如图2所示。在图中不难发现，在一定温度下，随着压力的升高，CBN固

7、体涂层的摩擦系数逐渐降低，且降低的速率越来越快，在常温加载300N时摩擦系数仅为0．125，故CBN固体涂层在摩擦过程中能够达到减少摩擦抵抗磨损的效果。0口1502口025030口压力fNl图2CBNM．A固体涂层在不同温度和压力下的摩擦系数摩擦系数一般随载荷的增加而减小并逐渐趋于稳定，这是因为对于一定的材料，摩擦力与真实接触面积成正比，增加载荷改变摩擦力实际上是通过增加了真实接触面积来改变摩擦力的大小，但真实接触面积的增长率小于载荷的增长率，这导致了摩擦力的增长率低于载荷的增长率，所以随着载荷的增加，