摩擦學(xué)性能的研究(精品)

1、si3n4-hbn陶瓷材料在水潤(rùn)滑條件下的摩擦化學(xué)行為摘要：木文的主要目的是研究在si3n4-hbn屮添加不同體積分?jǐn)?shù)的六方氮化硼（hbn）制成的復(fù)合材 料在蒸飾水潤(rùn)滑條件下的摩擦學(xué)性能。本次水潤(rùn)滑滑動(dòng)測(cè)試sisn作為摩擦副，使用銷盤式摩擦磨損 試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，在滴定法水潤(rùn)滑條件下，隨著六方氮化硼和對(duì)于sisnq的體積的增加, 摩擦副的摩擦因數(shù)也會(huì)急劇的下降，由純si3n4自呢副的0.35降至si3n4-20vol.%hbn/si3n4摩擦副的 0.01；在浸入法水潤(rùn)滑條件下，si3n4-hbn/ si3n4摩擦副的摩擦因數(shù)會(huì)降至0.01。利用掃描型電子顯微 鏡（sem）、激光扌訂

2、描顯微鏡和x射線光電子能譜（xps）對(duì)摩擦表面的形貌和化學(xué)特性進(jìn)行分析。 分析顯示，在滴定法水潤(rùn)滑條件下，si3n4-hbn復(fù)合材料中的hbn在摩擦試驗(yàn)過(guò)程中被剝離產(chǎn)生磨屑， si3n4-hbn復(fù)合材料的摩擦表面上形成了剝落坑，然后磨屑冇落入剝落坑中與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而 在摩擦表面上形成了一層摩擦膜。在滴定法水潤(rùn)滑條件下，該膜使得si3n4-hbn與純sisnq之間的摩 擦表血變得光滑，而在浸入法水潤(rùn)滑條件下，磨們會(huì)被水帶走，摩擦表面發(fā)生化學(xué)拋光，使摩擦表血 變的光滑。關(guān)鍵詞：摩擦學(xué)，復(fù)合陶瓷，氮化硅，水潤(rùn)滑1引言氮化硅系陶瓷由于其具有高硬度、高剛度、高耐熱性宀、優(yōu)異的化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性，被廣

3、泛用于 密封件，發(fā)動(dòng)機(jī)零部件和高速切削工具。尤其是si3n4-hbn復(fù)合材料具有一系列獨(dú)特的性能，即低氧 化性和良好的可加工性等相對(duì)較高的物理機(jī)械性能問(wèn)。現(xiàn)今人們普遍認(rèn)為適用于無(wú)潤(rùn)滑摩擦設(shè)備的材料符合以下標(biāo)準(zhǔn)：摩擦因數(shù)低于0.2；屛損率摩擦和蹴?yè)p受滑動(dòng)速度影響??；摩擦磨損受環(huán)境溫度影響小。然而，已經(jīng)證明的是， 在干摩擦和正常環(huán)境卜純sism摩擦副的摩擦因數(shù)和磨損率都是非常高的。六方氮化硼（hbn）是一 種眾所周知的口潤(rùn)滑材料。為了進(jìn)一步提高sisnq的摩擦學(xué)性能可以添加hbno si3n4-hbn復(fù)合材料的 也已經(jīng)被檢測(cè)®叫skopp and woydt14研究了關(guān)于sisnq陶瓷與

4、不同數(shù)量的六方氮化硼在無(wú)潤(rùn)滑條件下的摩擦學(xué)性 能。結(jié)果顯示，純sisnq自配副的摩擦因數(shù)為0.40.9。當(dāng)hbn的添加兩提高到20wt%時(shí)，在室溫條件 f，摩擦因數(shù)降低到0.17.3,與純si3n4自配副相比,磨損率也降低到1/5。而摩擦因數(shù)和磨損率的降 低是由于在摩擦表面形成了能的固體潤(rùn)滑劑（如bn h2o）和柔性氧化物（如h3bo3）,這兩種物質(zhì)因其具 有三斜晶和獨(dú)特的粘結(jié)性能而使摩擦學(xué)性能得到改善。carrapichanoll5曾指出，在不添加潤(rùn)滑劑的情況 下，增加hbn相對(duì)于si?n4的比重，能夠輕微的改善摩擦副在家溫環(huán)境下的摩擦學(xué)性能。純si3n4自 配副的摩擦因數(shù)為0.82, si

5、3n4-10vol%口配副的摩擦因數(shù)為0.67。但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)固體潤(rùn)滑劑bn h2o或 柔性氧化物h3bo3的穩(wěn)定保護(hù)膜的形成。作者認(rèn)為摩擦學(xué)性能的改善是由于hbn的基底層在靡擦屮 易被剝離。iwasa和kakiuchi16研究了在干摩擦條件下，si3n4-hbn（hbn的比重為230wt%）摩擦副 的摩擦學(xué)性能。研究表明，當(dāng)在sism中添加超過(guò)20wt%的hbn時(shí)，摩擦副的磨損率會(huì)下降一個(gè)數(shù)量 級(jí)到然而，在研究過(guò)程中并沒(méi)冇發(fā)現(xiàn)減摩效果，摩擦因數(shù)仍然高于0.5o saito9j7j 等人利用燒結(jié)sisnq和si3n4-hbn（lt重為30-100wt%）,研究就其在蒸憎水潤(rùn)滑條件下的摩擦學(xué)性能。

6、結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)速為0.13m/s,載荷為11.4n時(shí)，si3n4-47.5 wt% hbn/ si3n4摩擦副的摩擦因數(shù)為0.12, 高于si3n4/ si3n4摩擦副吋0.01。作者指出，在si3n4-hbn復(fù)合材料中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)包括摩擦中的化學(xué)反應(yīng) 產(chǎn)物和水的液體膜的顯著作用，因?yàn)闆](méi)有發(fā)現(xiàn)鏡面光滑的表面。但高i専丄等人18在研究滴定法水潤(rùn) 滑條件下si3n4-w-鐵摩擦副的摩擦學(xué)性能吋發(fā)現(xiàn)，在sisn中的氧化和水解產(chǎn)物可以輕易地聚集在鑄鐵 的粗糙表面上，形成一層穩(wěn)定的潤(rùn)滑膜。這層潤(rùn)滑膜可以保護(hù)sisn和鑄鐵，因此摩擦副的摩擦因數(shù) 降低到了 0.02, sisn4和鑄鐵的總磨損率也維持在0.0左

7、右?？傊?，目前學(xué)者們對(duì)于hbn對(duì)于si3n4-hbn復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能的影響仍持不同觀點(diǎn)。所以它 是在擴(kuò)大氮化硅基材料的應(yīng)用，以進(jìn)一步確定固體潤(rùn)滑劑相氮化硅六角氮化硼復(fù)合材料的磨損機(jī)理中 的作用具冇重要意。在木文中，分別研究了 si3n4-hbn復(fù)合材料（hbn的添加雖為30vol.%或更少） 與si3n4配副在滴定法水潤(rùn)滑條件和浸入法水潤(rùn)滑條件下的摩擦學(xué)行為（相對(duì)于純si3n4 tl配副）。并 通過(guò)測(cè)量摩擦副摩擦因數(shù)和磨損率，觀察摩擦表而形貌和分析摩擦膜的紐成，從而進(jìn)一步討論潤(rùn)滑膜 的形成和摩擦副的潤(rùn)滑機(jī)制。2試驗(yàn)部分2.1試驗(yàn)機(jī)和試驗(yàn)材料本次摩擦磨損試驗(yàn)采用銷盤式摩擦燃損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。

8、在該試驗(yàn)機(jī)上，用一個(gè)上部引腳接觸靜 止盤，通過(guò)兩種供水方式進(jìn)行供水：（1）滴定法，通過(guò)直徑為3mm的液管，以每2s滴的速度將蒸 館水送至摩擦表面z間；（2）浸入法，摩擦表面被充分的浸入在蒸館水中。圖1為試驗(yàn)機(jī)的設(shè)備原理 圖。如圖所示，在靜止盤上沌加一個(gè)穩(wěn)定的載荷，用力檢測(cè)裝置連續(xù)不斷地測(cè)量摩擦力。(b)圖1摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的匚作原理圖si3n4-hbn復(fù)合材料試樣分別由體積比例為0、5、10、20、30 vol.%的hbn進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)壓力 為熱壓30mpa,燒結(jié)溫度為1500°c,燒結(jié)吋間為30 min。圖2所示為燒結(jié)的si3n4-20 % hbn復(fù)合材 料的xrd分析結(jié)果。圖3給出

9、了 si3n4-20 % hbn復(fù)合材料的顯微結(jié)構(gòu)圖，如圖所示，si3n4-20 % hbn 復(fù)合材料由細(xì)長(zhǎng)的p-si3n4 （黑箭頭所標(biāo)注的區(qū)域）和層狀hbn（fi箭頭所標(biāo)注的區(qū)域）組成，且六角氮 化硼hbn的分布是不均勻的，僅僅聚集在局部區(qū)域。表1示出了熱壓燒結(jié)si3n4-hbn陶瓷復(fù)合材料的 物理力學(xué)性能。銷（表1中sn0-sn30）的尺寸為5x5xl0mn?,其末端需倒圓角,使接觸表面面積為 20mm2o作為配副,盤的材料為不含hbn的si3n4陶瓷（表1中sn0）,尺寸為44mmx6mm。要求 si3n4陶瓷盤試樣表面需要通過(guò)研磨處理，使其表面粗糙度為ra值為0.8pm或更低。圖2

10、si3n4-20 % hbn復(fù)合材料的xrd分析圖hv 20 00kv uac kvkdate oi.ooqe 20 pmdtwct: vw21w77cnvega stejcar圖3 si3n4-20 % hbn復(fù)合材料的顯微結(jié)構(gòu)圖表1熱壓燒結(jié)si3n4-hbn陶瓷復(fù)合材料的物理力學(xué)性能試樣hbn含量密度氣孔率抗彎強(qiáng)度維氏硬度斷裂韌度編號(hào)/vol.%/gem3/%/mpa/gpa/mpam12sno03.310.8481219.98.01sn55370.9075819.67.80sn1010300.9161315.374sn20202.971.045419.35.97sn30302.941.0

11、54656.75.502.2試驗(yàn)方法試驗(yàn)屮，摩擦副在水潤(rùn)滑條件下進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)恒定轉(zhuǎn)速為0.66ms'1,怛定載荷為10n,摩程為 850mmo摩擦因數(shù)/可以由測(cè)量?jī)x直接測(cè)量。磨損率&可市公式k=s(pwx)得岀，式«|'am表示實(shí) 驗(yàn)前后試樣的質(zhì)量損失，用微天平(精度為o.lmg)稱量得到；w為所加恒定載荷；x為恒定轉(zhuǎn)速；p試 樣密度。此外，當(dāng)髀?lián)p率低于io'6 mm'-n-'-m-'數(shù)量級(jí)時(shí)，將測(cè)量值視為0。在計(jì)算測(cè)量摩擦因數(shù)/和 磨損率&是不考慮初始磨合期。摩擦因數(shù)和磨損率的值取三次重復(fù)試驗(yàn)所得值的平均值。摩擦表面

12、的 形貌分析和化學(xué)特性，有sem/eds,激光掃描顯微鏡和xps獲得。3結(jié)論與討論3.1 si3n4-hbn陶瓷復(fù)合材料在滴定法水潤(rùn)滑條件下的摩擦學(xué)行為圖4所示，為sno/sno摩擦副和sn20/sn0摩擦副在滴定法水潤(rùn)滑條件的摩擦因數(shù)隨摩程的變化 規(guī)律。由圖可知，sno/sno摩擦副沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)定的低摩擦滑動(dòng)；而sn20/sn0摩擦副的摩擦因數(shù)隨著 摩程的增加迅速下降。當(dāng)摩程為400mm時(shí)，摩擦因數(shù)降低到0.01。h2uchu二亠sliding distancc (m)圖4 sno/sno摩擦副和sn20/sn0摩擦副在滴定法水潤(rùn)滑條件的摩擦因數(shù)隨摩程的變化規(guī)律圖5 （a）所示，為在水潤(rùn)滑條件

13、下，個(gè)摩擦副的穩(wěn)定摩擦因數(shù)對(duì)比直方圖；圖5 （b）所示，為 在相同實(shí)驗(yàn)條件下，各組摩擦副的銷、盤的磨損率對(duì)比直方圖。山圖5,根據(jù)摩擦磨損行為，可以很 明顯地得出sn20/sn0摩擦副的摩擦學(xué)性能最優(yōu)。但hbn的增量高于20 vol.%吋，即使摩擦副的摩擦 性能是穩(wěn)定的，也會(huì)不利于改善陶瓷復(fù)合材料的耐磨性。一些相關(guān)的資料"qi提到，sisn4和bn會(huì)由于以下化學(xué)反應(yīng)被水潤(rùn)滑分解：403333200 u0它ud403020% 40 zo l 3013401:0.3630.46070sn0sno400.1sn5sn10sn20sn30snosnosnosnos13n4 + 6h2o -*

14、3sio2 + 4nh3(1)sio2 + 2h2o -» h4sio4(2)2bn + 3h2o t-b2o3+2nh3(3)b2o3 + 3h2o -* 2h3bo3(4)圖5水潤(rùn)滑條件下各摩擦副的摩擦系數(shù)對(duì)比直方圖和盤、銷磨損率對(duì)比直方圖圖6和圖7所示，分別為s20銷與sno盤配副摩擦前、后sn20銷的摩擦表面形貌圖。由sn20 銷在配副摩擦前的表面形貌sem觀察圖（圖6 a）可知,配副摩擦前,sn20銷的表面相對(duì)粗糙,存 在犁溝和剝落坑。分析2d表面剖面曲線（圖6 a屮白色箭頭所示區(qū)域）和3d表面形貌圖（圖6 b） 可知，配副摩擦前，sn20盤摩擦表而的表而粗糙度為rt 2.

15、413|im或ra 0.78pm。sn20銷與sno盤 配副的摩擦表面（圖7 a所示）的sem形貌圖呈現(xiàn)了一個(gè)光滑的表面，黑點(diǎn)（圖7 a中箭頭所示黑色 區(qū)域）均布與表面z上。激光掃描顯微鏡的分析結(jié)果表明，sn20銷與sno盤配副的摩擦表面（圖7 a, b中箭頭所示曲線）的表面粗糙度下降到了 rtl.312mm或ra0.08pm。表2所示為sn20銷與sno盤配 副的摩擦表曲上的灰色區(qū)域和黑色區(qū)域的eds分析結(jié)果。由表可知，黑色區(qū)域的氧原子濃度比灰色區(qū) 域高，相反，氮原子濃度則較低。因此，正如前面所討論的，這些黑點(diǎn)應(yīng)該是一層氧化膜。應(yīng)用xps分別對(duì)sno盤少sn20銷配副摩擦前后sno盤的摩擦表

16、面進(jìn)行分析。0卜對(duì)摩擦表面的 結(jié)合能力比配副摩擦前要高，因此町以認(rèn)為，在sn20/sn0摩擦副的摩擦表面出現(xiàn)了一些新的氧原了23 o此外，通過(guò)1111線擬合，與sn20銷配副的sno盤的摩擦表面上的bk和si2p波峰可以被分成兩個(gè) 波峰，如圖8所示。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的xps波譜24,在與sn20銷配副的sno盤的摩擦表血上形成了兩種 化學(xué)形態(tài)的b： 種是bn物質(zhì)，其相應(yīng)的b】s結(jié)合能量為189.8ev；另一種是一種新的b2o3物質(zhì)， 其相應(yīng)的氐結(jié)合能量為193.0cv。此外，si2p波峰可以被分成兩個(gè)波峰（如圖8 b所示）：一個(gè)是在靠 近101.72所對(duì)應(yīng)的sisn的101.5ev；另一個(gè)是在103.

17、2ev的寬峰，這是接近于103.1ev所對(duì)應(yīng)的的 種新的sio?物質(zhì)。xps的分析結(jié)果表明，sin和bn與水發(fā)生了反應(yīng)式1和3所示的化學(xué)反應(yīng)，具屮一些反應(yīng)產(chǎn)物從sn20銷轉(zhuǎn)移到了 sno盤。由此可知，圖7 a屮的黑色氧化膜為由sio?和b2o3 組成的。sem mac 500 xdet； $e dwcw i:1«_imv 200 w0ate.»1ftw 200 pmuau hvacdouce vg2lft6t7cn1usfm mao 500 xmv： 2300"oet:$e otwcw date gqgl 5*:vgxx”ch112圖6 s20銷與sno盤配副摩擦

18、前sn20銷的摩擦表血形貌圖圖7 s20銷與sno盤配副摩擦示sn20銷的摩擦農(nóng)面形貌圖表2 sn20銷試樣摩擦后表面成分的eds能譜分析分析區(qū)域元素的原了百分?jǐn)?shù)（）bnosial黑斑區(qū)域31.1754.8512.901.08其它區(qū)域2&1435.1322.0015.601.13binding energy/ev(a)(b)圖8滴定法水潤(rùn)滑條件卜與sn20悄試樣配副時(shí)的sno盤試樣摩擦表面si2p和bls的xps譜圖在滴定法水潤(rùn)滑條件卜，由于新鮮的水不斷的流過(guò)摩擦表而，致使懶屑不能別輕易的帶離摩擦表 面，從而使其堆積在摩擦表面上。我們以前的研究已經(jīng)證明"27】，在滴定法水潤(rùn)滑

19、條件下，si3n4和鑄 鐵配副摩擦，在摩擦表面上會(huì)形成i層具有一定厚度和面積的摩擦膜。摩擦膜的形成是市于在摩擦過(guò) 程中，鑄鐵的摩擦表而上的氧化物發(fā)生剝離脫落，引起一部分si?n4陶瓷顆粒嵌入到了凹坑里。之后, 顆粒在原地被水解和氧化，所產(chǎn)生的物質(zhì)在凹坑里濃縮，最后凝聚成硅溶膠。摩擦膜的形成，使si3n4 和鑄鐵表而變得光滑。在木次對(duì)于sn20/sn0摩擦副的研究屮，hbn在滑動(dòng)摩擦過(guò)程中往往會(huì)從si3n4 基體中脫落，因?yàn)閔bn作為固體潤(rùn)滑及參入到了 sisn基體屮，從而減弱了材料的凝聚力和機(jī)械性能 叫圖9所示，為在摩程為50m時(shí)，與sn0盤配副的sn20銷的摩擦表面上的具有hbn顆粒(圖3

20、中白色箭頭所示區(qū)域)的形貌特點(diǎn)的凹坑的高倍顯微圖。該圖顯示，初始階段所產(chǎn)生的磨屑是由于hbn 和sism之間的界面破壞。圖10 a和b所示，分別為摩程為200m和400m時(shí)，sn20銷的摩擦表面形 貌圖。由圖可知，在摩擦試驗(yàn)過(guò)程中，摩擦顆粒往往會(huì)被嵌入在sn20悄的摩擦表而上的凹坑屮。摩 擦顆粒會(huì)被氧化，然后和關(guān)的摩擦產(chǎn)物堆積在i叫坑中，從而促進(jìn)了摩擦氧化膜的產(chǎn)生。如圖7 a所示, sn20銷的摩擦表面上，20-32%的摩擦膜不是連續(xù)分布的。e如對(duì)與sn20銷配副的sn0盤的摩擦表 面的xps分析結(jié)果所顯示的，在摩擦過(guò)程屮，摩擦膜可能會(huì)很容易地從sn20銷轉(zhuǎn)移到sn0盤上。與 此同時(shí)，根據(jù)文獻(xiàn)

21、2 2。、22,摩擦表血上的氧化產(chǎn)物(si°2和b2o3)可以自發(fā)地與水分子發(fā)生反應(yīng)， 產(chǎn)生易溶于水的水解產(chǎn)物。因此，在摩擦表而上不會(huì)觀察到水解產(chǎn)物。根據(jù)以上分析，摩擦膜的形成 會(huì)保護(hù)sn20銷和sn0盤的摩擦表血，從而促使摩擦表面變得更加光滑。如圖11所示，與sn20銷配 副的sn0盤的摩擦表面是非常光滑的。當(dāng)兩個(gè)光滑的表面在水潤(rùn)滑條件卜-配副相互摩擦?xí)r，摩擦副就 可能進(jìn)入一個(gè)流體潤(rùn)滑的狀態(tài)。因此，sn20/sn0摩擦副的燈擦因數(shù)會(huì)降低至0.01, sn20銷和sn0 盤的磨損率兒乎為零。圖12為整個(gè)過(guò)程的簡(jiǎn)化示意圖。db: 5e dvlvlor9em mag 10 ccl<

22、hv 20 00 kv i/ac. egdate ocimjo10 pmduf vgi21&6t7cn圖9磨程為50m時(shí),與純sno盤試樣配副的sn20銷試樣摩擦表面形貌圖(a)200m(b) 500m圖10滴定法水潤(rùn)滑條件下，與sno盤試樣配副的sn20銷試樣不同磨程時(shí)的摩擦表面形貌圖hv- 20 oo kvoats mao2mm200 pmvwooovrcr*9. bwv*v(m21m77cn"2圖11滴定法水潤(rùn)滑條件下與sn20銷配副的sno盤的摩擦表而sem圖純sisnq配副的摩擦學(xué)性能是一個(gè)典型的摩擦學(xué)問(wèn)題絢。在本次研究屮，在摩擦初期階段，在 sno/sno摩擦副的

23、摩擦表而會(huì)發(fā)牛斷裂。在滴定法水潤(rùn)滑條件下，山此所產(chǎn)牛的磨用會(huì)堆積在盤的表 面上。圖13所示為sno/sno摩擦副中sno盤的摩擦表面的農(nóng)面形貌圖。由圖町知，摩擦農(nóng)面的部分 區(qū)域被附著的碎片層覆蓋。這層附著層是接他表而變得粗糙，粗糙度為rt 17.564)1 m或ra2.4屮m在這 種狀態(tài)下，sno試樣與sno試樣配副時(shí)的摩擦因數(shù)比與sn20配副是更高。tnbochanicalfilm圖12在滴定法水潤(rùn)滑條件下sn20/sn0摩擦副在摩擦過(guò)程中，摩擦膜的形成:a磨損前；bhbn剝落；c磨屑的氧化與水解；d摩擦膜的形成i/ac: vgj?1o677cn圖13 sno/sno摩擦副屮sno盤的摩擦表

24、面的表面形貌圖si3n4-hbn復(fù)合材料的機(jī)械性能隨著hbn的含量的增加顯著下降，導(dǎo)致復(fù)合材料的表面產(chǎn)生剝落 凹坑。磨屑又在凹坑屮堆積，后又被氧化和水解。這種化學(xué)反應(yīng)為氧化保護(hù)膜的形成創(chuàng)造了條件，使 摩擦表面變得光滑。當(dāng)hbn的含量超過(guò)20 vol.%時(shí)，就會(huì)產(chǎn)主流體順滑。3.2在浸入水潤(rùn)滑條件下si3n4-hbn復(fù)合材料的摩擦學(xué)行為研究圖14所示，為在浸入水潤(rùn)滑條件下，摩程為850m吋，各組摩擦副的摩擦磨損結(jié)果。由圖14 a nj 看出，摩擦因數(shù)隨著摩程的增加迅速降低，逐漸趨于穩(wěn)定值0.01 o從圖14 a和b町知，根據(jù)摩擦學(xué) 行為，增加hbn不利于復(fù)合材料的耐磨性，即使si3n4-hbn/

25、 si3n4摩擦副維持在低摩擦滑動(dòng)條件下。從圖4和14可以看出摩擦副在浸入法水潤(rùn)滑條件下的摩擦學(xué)行為與在滴定法水潤(rùn)滑條件下是完全 不同的。在浸入法水潤(rùn)滑條件下，sn0/sn0摩擦副的摩擦學(xué)行為在摩程為300m時(shí)會(huì)達(dá)到一種穩(wěn)定的 低摩擦滑動(dòng)狀態(tài)。而sn20/sn0摩擦副在浸入法水潤(rùn)滑條件下，當(dāng)摩程為150m時(shí)，摩擦因數(shù)會(huì)降低 到0.01,這明顯比在滴定法水潤(rùn)滑條件時(shí)快得多。200o(a)sno'snft， t-snloo -snlttsno -*-snmn0做wo mosliding dnunve (ml605040302010 qsziltj g nu%nso莎01020raz 目&#

26、163;7)b) 5x-p n.-rs jo 旨鄉(xiāng)圖14在浸入水潤(rùn)滑條件卞，摩程為850m時(shí)，各組摩擦副的摩擦騎損結(jié)杲許多關(guān)于sisnq或hbn在浸入水潤(rùn)滑條件下的摩擦學(xué)性能的研究已經(jīng)公布7.20。已經(jīng)證明si3n4 和hbn的低摩擦滑動(dòng)是水合物的結(jié)果，流體潤(rùn)滑是由于氫氧化物和水合物將水截流而產(chǎn)生的。在這項(xiàng) 研究中，在浸入水潤(rùn)滑條件下，會(huì)被誰(shuí)帶離摩擦表面，從而不能在摩擦表面上進(jìn)行堆積。隨著摩擦的 加劇，摩擦表面的微凸體被連續(xù)的sisnq和hbn的水解和氧化作丿ij去除，使得磨屑不能溶解如水屮， 從而是摩擦表而變得光滑。因此，水的粘度隨著摩擦?xí)r間的增加而增加，進(jìn)而摩擦表面的液膜的承載能里也得以增

27、人。具有 良好潤(rùn)滑效果的包括縻擦產(chǎn)物和水的液體層得以形成。因此，在浸入水潤(rùn)滑條件下，浸入流體潤(rùn)滑的 時(shí)間比在滴定法水潤(rùn)滑條件卜短。在浸入水潤(rùn)滑條件下，在摩擦的初始階段si3n4-si3n4hbn摩擦副的 摩擦表而上會(huì)發(fā)生斷裂現(xiàn)彖。由于si3n4-hbn復(fù)合材料的機(jī)械性能會(huì)隨著hbn的增加血降低，在摩擦 初始階段，因此si3n4-hbn 合材料的機(jī)械磨損會(huì)加劇。當(dāng)摩擦副浸入流體潤(rùn)滑狀態(tài)時(shí)，摩擦機(jī)理主 要為化學(xué)磨損。如圖5 b所示，化學(xué)磨損趨近于0。因此，si3n4-hbn復(fù)合材料的磨損率會(huì)隨看hbn 的增加而增加。4.結(jié)論(1) 當(dāng)si3n4陶瓷與si3n4-20%hbn復(fù)合材料配副在滴定法水潤(rùn)

28、滑條件進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，在si3n4陶瓷表 面會(huì)發(fā)現(xiàn)sio2和b2o3c這宜接證明了 sijn和hbn在摩擦過(guò)程中發(fā)生了氧化反應(yīng)。(2) si3n4-si3n4/hbn摩擦副在滴定法水潤(rùn)滑條件卞進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)摩擦因數(shù)低的時(shí)候，在 si3n4-hbn試樣表面肯定會(huì)發(fā)現(xiàn)一層由so和b2o3組成的摩擦膜。這層膜的形成對(duì)能是由于辭屑或 者英他氧化物嵌入到了 si3n4-hbn試樣的摩擦表面的凹坑中，z后被氧化。這些氧化產(chǎn)物堆積在凹 坑里的摩擦產(chǎn)物導(dǎo)致了摩擦膜的產(chǎn)牛。這層摩擦膜的形成使得摩擦副的表面變得光滑，從而是摩擦 因數(shù)降低到0.01, si3n4-20%hbn/si3n4摩擦副的銷和盤的磨損率趨近于

29、零。(3) si3n4hbn/si3n4在浸入式水潤(rùn)滑條件下，在摩擦過(guò)程中能夠達(dá)到流體潤(rùn)滑狀態(tài)。摩擦系數(shù)低 至0.01,然而,si3n4-hbn試樣的的磨損率會(huì)隨著hbn的增加而增加。參考文獻(xiàn)1 skopp . a woydt. m habig . k . h : unlucricated sliding friction and wear of various si3n4 pairs between 22 °c and 1000 °c.tribol. int. 23(3), 189-199 (1990)2 wei, dq，meng, q.c，jia, d.c.: mech

30、anical and tribological properties of hot-pressed h-bn/si3n4 ceramic composites.ceram. int. 32, 549-554 (2006)3 wang, r.g., pan, w., jiang. m.? chen, j，luo, y.m.: investigation of the physical and mechanical properties of hot-pressed machinable si3n4/h-bn composites and fgm. mater. sci. eng.b90, 261

31、-268 (2002)4 carrasquero, e，bellosi, a., staia, m.h.: characterization and wear behavior of modified silicon nitride int. j. refract. met.hard. mater. 23,391-397 (2005)5 ziegter, a., idrobo, j.c., cilibulk, mk, kisielowski, c., browning, n.d., ritchie, r.o.: interface structure and atomic bonding ch

32、aracteristics in silicon nitride ceramics. science 306j768-1770 (2004)6 ershova, n.i., kelina, i.yu., zemlyanskaya, v.m.: hot-pressedcomposite material in the silicon nitridc-boron nitride system.refract. ind. ceram. 36(1 1-12), 359-363 (1995)7 czichos, h,klaffke, d,santner, e., woydt, m.: advances

33、intribology: the materials point of view. wear 190, 155-161 (1995)8 martin, j.m., gardos, m.n.: friction of hexagonal boron nitride in various environments. tribol. trans. 35(3), 462-472(1992)9 saito, t.，imada, y，honda, f.: chemical influence on wear of si3n4 and hbn in water. wear 236, 153-158 (199

34、9)10 skopp, a., woydt, m., habig, k.h.: tribological behavior of silicon nitride materials under unlubricated sliding between 22 °c and 1000 °c. wear 181-183, 571-580 (1995)11 kimura, y，wakabayashi, t，okada, k，wada, t，nishikawa, h.: boron nitride as a lubricant additive. wear 232, 199-206(

35、1999)12 saito, t., honda, f：chemical contribution to friction behavior of sintered hexagonal boron nitride in water. wear 237, 253-260 (2000)13 erdemir, a.: review of engineered tribological interfaces for improved boundaiy lubrication. tribol int. 3& 249-256 (2005)14 skopp，a.，woydt, m.: ceramic

36、 and ceramic composite materials with improved friction and wear properties. tribol. trans. 38(2),233-242 (1995)15 carrapichano, j.m., gomes, j.r.，sliva, r.f.: tribological behaviour of si3n4-bn ceramic materials for dry sliding applications. wear 253, 1070-1076 (2002)16 iwasa, m., kakiuchi, s.: mec

37、hanical and tribological properties of si3n4-bn composite ceramics j. jpn. ceram. soc. 93(10),66-665 (1985)17 saito, t., hosoe, t., honda, f.: chemical wear of sintered si3n4, hbn and si3n4-hbn composites by water lubrication. wear 247,223-230 (2001)18 gao, ym, fang, l，su, j.y., xie, z.g.: investiga

38、tion on the components and the formation of a tribological film in the si3n4-gray sliding pair lubricated with distilled water. wear 206, 87-93 (1997)19 imada, y.，kamamura, k., honda, f,nakajima, k.:the tribological reaction accompanying friction and wear of silicon nitridecontaining titanium nitride. trans. asme 114, 230-235 (1992)20 tomizawa, h，fischer, t.e.: friction and wear of silicon nitride and silicon carbide in water: hydrodynamic lubrication at low sliding speed obtained by tribochemical wear asle t