试谈海洋环境下关键摩擦副材料的摩擦学研究现状与展望

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1、试谈海洋环境下关键摩擦副材料的摩擦学研究现状与展望1　海洋环境下关键摩擦副材料摩擦学研究现状　　1.1　金属与金属配副在海水中的摩擦学行为　　金属合金因具有高比强度、耐高温和耐腐蚀等优异的性能而被广泛应用于石油、化工、生物、航海等领域。近年来，随着海洋设备的开发和利用，一些合金具有优异的耐腐蚀性能、良好的低温性能、嵌藏性和顺应性能，为水下机器人、深海设备、海水柱塞泵等领域关键摩擦副材料的选择提供了技术支持，因此，研究金属材料在海洋环境中的摩擦学特性备受关注。　　试谈海洋环境下关键摩擦副材料的摩擦学研究现状与展望1　海洋环境下关键摩擦副材料摩擦学研究现状　　1.1　金属与金属配

2、副在海水中的摩擦学行为　　金属合金因具有高比强度、耐高温和耐腐蚀等优异的性能而被广泛应用于石油、化工、生物、航海等领域。近年来，随着海洋设备的开发和利用，一些合金具有优异的耐腐蚀性能、良好的低温性能、嵌藏性和顺应性能，为水下机器人、深海设备、海水柱塞泵等领域关键摩擦副材料的选择提供了技术支持，因此，研究金属材料在海洋环境中的摩擦学特性备受关注。　　onel　K500合金与316不锈钢对磨时的影响，并与纯水环境下进行了比较，研究发现海水具有明显的润滑作用，降低了摩擦副的摩擦系数，但海水的腐蚀加速了合金的磨损，海水环境下腐蚀与磨损的交互作用对摩擦副的摩擦学行为影响较大。吴海荣等研

3、究了ZChSnSb8-8(巴氏合金)/AISI52100(轴承钢)摩擦副在模拟海水环境下的摩擦学行为，发现海水对巴氏合金具有润滑和腐蚀双重作用，巴氏合金特有的微观组织以及海水的润滑作用，使其在海水环境下相比于干摩擦具有较低的摩擦系数和磨损率，但海水对巴氏合金的腐蚀加剧了其磨损。钛合金表面在海水中会立即生成一层保护膜，使之处于钝化状态，在常温海水环境中不发生点蚀和缝隙腐蚀，是目前已知的抗常温海洋环境最优异的金属材料。丁红燕等研究发现TC11(钛合金)/GCr15(轴承钢)摩擦副在人造海水中的摩擦系数比在纯净水中低，原因是随着载荷的增加，摩擦接触点的局部应力增大，在正应力作用下形

4、成细小的磨屑，这些磨屑在海水中起到类似滚珠的作用进一步降低摩擦系数。TC11在海水中形成的润滑膜也有助于降低摩擦系数，但其磨损量比纯水中要高，原因是海水的腐蚀加速了磨损;TC11在海水中的磨损机制主要是疲劳脱落和磨粒磨损。李新星等研究了TC4/GCr15摩擦副在空气、纯水和模拟海水环境下的摩擦学行为，结果显示TC4在模拟海水中的腐蚀速度加快，磨损率一直最高，腐蚀和磨损两者在海水环境下有明显的相互促进。TC4在模拟海水中形成润滑膜可明显降低摩擦系数，进一步研究发现，其在模拟海水中的磨损机制是疲劳磨损和磨粒磨损的综合作用Zhu等研究了不同环境下Ni3Al合金与AISI　52100

5、摩擦副在不同载荷下的摩擦学行为，发现在海水中能明显提高Ni3Al合金的摩擦学性能，使其优于TC4钛合金，海水对摩擦副同样存在冷却、润滑和腐蚀的综合作用。通过以上的研究可以看出，金属与金属配副在海水中的摩擦学行为不仅受海水的压力、卤化物浓度等影响，而且海水对摩擦副存在冷却、润滑和腐蚀的综合作用。海水在一定程度上起到了润滑的作用，但其对金属材料的腐蚀加剧了其磨损。因此，研究海水冷却、润滑和腐蚀对其共同作用的摩擦磨损机理可以更好地反映其在海水中的摩擦学行为。　　1.2　陶瓷与金属配副在海水中的摩擦学行为　　陶瓷材料因具有耐腐蚀、耐高温、高硬度、耐磨、无污染等特性，被广泛应用于工程领

6、域。随着科技的发展，新型陶瓷材料在工程领域中的应用不断扩大，特别是海洋极端环境下要求陶瓷材料能稳定可靠地工作，基于海水润滑的陶瓷摩擦副应运而生。　　陈君等研究了TC4/Al2O3摩擦副在模拟海水下的腐蚀磨损行为，结果显示：TC4在海水中会发生钝化，表面会生成致密的TiO2钝化膜使其具有较好的耐腐蚀性能;在磨损过程中由于钝化膜的破坏而产生的新鲜表面能迅速复原，摩擦对腐蚀具有明显的促进作用;通过对腐蚀与磨损交互作用的进一步分析发现磨损作用大于腐蚀，另外腐蚀与磨损的交互作用在低载荷、低转速下尤为明显。Cui等研究了SiC复合陶瓷与不锈钢配副在海水中的摩擦学行为，研究显示SiC中的石

7、墨可以有效提高其在海水中的润滑作用，复合陶瓷中的青铜与SiC的协同作用使其具有优异的摩擦学特性。任书芳等研究了NiCr合金、不锈钢在干摩擦、蒸馏水和人工海水中的摩擦磨损性能，分析结果显示，不锈钢在海水中摩擦磨损比蒸馏水更低，可能是Fe和海水发生反应生成的FeCl2起到了减摩抗磨的作用。NiCr合金中的Cr元素在摩擦作用下和海水反应生成的磨损产物CrCl3或铬酸盐(CrO22-或CrO42-)等具有优异减摩抗磨作用。摩擦副的机械磨损为晶粒拔出脱落和黏着磨损，虽然在摩擦条件下存在机械磨损和摩擦化学磨损竞争，