灰铸铁表面渗硫层的摩擦磨损性能

通过低温离子渗硫技术和化学转化技术,分别在灰铸铁表面制备固体润滑层渗硫层和磷酸盐层,采用SEM-EDS、XRD、纳米压痕仪、X射线应力分析仪分析了两种固体润滑层表面的组成元素、组织结构、厚度、硬度、残余应力及磨痕形貌,通过摩擦磨损试验对比研究了灰铸铁基材及表面固体润滑层的减摩耐磨性能,并用三维白光干涉仪对摩擦磨损试验后的磨痕体积进行分析。结果表明,灰铸铁表面磷酸盐层及渗硫层表面的多孔结构都具备储油润滑的特性,但渗流层的表面硬度及残余压应力都比磷酸盐层高,且渗硫层是活性硫原子渗入到基体内而形成的具有减摩润滑作用的共价键化合物FeS,而且灰铸铁基体与渗硫层的对磨过程中还伴有活性硫原子的转移及重组的动态平衡过程。因此在同等试验条件下,与磷酸盐层相比,渗硫层的摩擦因数降低了23.5%,渗硫层的磨损量降低了31.6%,即渗硫层的减摩耐磨性能比磷酸盐层更优,压缩机内零部件渗硫处理后的能效(COP)提升效果显著。     

W6Mo5Cr4V2钢离子渗硫层与液体渗硫层的摩擦磨损性能对比

采用离子渗硫和液体渗硫技术分别在W6Mo5Cr4V2钢表面制备渗硫层,采用摩擦磨损试验、磨损表面形貌测量和EDS分析了两种渗硫层的摩擦磨损性能、磨痕形貌、磨损程度和渗层S含量的变化,并通过运转考核试验,从外观、尺寸检测和微观磨损形貌综合对比了离子渗硫件和液体渗硫件的稳定性和可靠性。结果表明,离子渗硫层的摩擦因数、寿命、磨痕最大深度、磨损面积和渗层中S含量等均等同或优于液体渗硫层。运转考核试验结果表明,离子渗硫和液体渗硫均可满足工件使用需要。     

渗硫参数对氮碳共渗表面形成FeS固体润滑层的影响

采用低温离子渗硫技术在CrMoCu合金铸铁离子氮碳共渗表面制备FeS固体润滑层。通过对FeS固体润滑层表面微观形貌的观察,初步分析了渗硫条件和氮碳共渗表面对其上FeS固体润滑层形成的影响。氮碳共渗表面细小的缺陷和凹坑为硫化物提供了形核的活性中心,利于形成以FeS相为主的较厚的FeS固体润滑层。渗硫温度对氮碳共渗表面形成FeS固体润滑层影响很大,当渗硫温度（硫罐温度／工件温度）为210℃／230℃时,FeS固体润滑层中S／Fe原子摩尔百分比值趋于1;当渗硫温度（硫罐温度／工件温度）小于或大于210℃／230℃时,FeS固体润滑层中S／Fe原子摩尔百分比值远小于1或远大于1,不利于FeS固体润滑层的形成。     

LZ50钢低温离子渗硫转动微动摩擦学性能研究

在LZ50钢表面进行低温离子渗硫处理,研究了渗硫层及LZ50钢基体在干态不同角位移幅值下的转动微动磨损行为.在对渗硫层及LZ50钢基体转动微动摩擦动力学特性分析的基础上,对其转动微动损伤行为进行了分析.结果表明:渗硫层结构主要由FeS和FeS2相组成;渗硫层及LZ50钢基体的转动微动运行区域强烈依赖于转动角位移幅值,呈现部分滑移和完全滑移两个微动区域,混合区未观察到,且渗硫层未改变LZ50钢基体的微动运行区域;在整个部分滑移区和滑移区的跑合阶段,由于渗硫层的固体润滑作用,使摩擦因数均低于LZ50钢基材;渗硫层可以显著降低基材的磨损,在部分滑移区损伤轻微,在滑移区的损伤机制主要表现为剥层、磨粒磨损和氧化磨损.     

金属陶瓷润滑油添加剂对钢-钢摩擦副磨损行为的影响及其铁谱验证

研究了一种以羟基硅酸铝为主的金属陶瓷润滑油添加剂对钢铁摩擦副磨损行为的影响，并用铁谱分析进行了验证。研究结果表明本添加剂具有明显的减磨作用和良好的磨损修复功能。加入添加剂后铁谱分析中的磨损烈度指数和磨粒浓度均随磨损过程呈下降趋势，提示了修复功能的机理可能是磨粒重返磨损表面。实际发动机润滑油的铁谱分析与试验机的分析结果一致。     

激光熔覆-离子渗硫复合改性层的减摩耐磨性能

根据抽油泵柱塞对耐磨耐蚀及自润滑性能的迫切需求,采用激光熔覆离子渗硫复合工艺对45钢表面进行强化,得到了复合固体润滑渗硫层。利用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、电子探针显微分析(EPMA)、俄歇电子能谱(AES)和X射线衍射(XRD)等方法表征渗硫层表面的组织结构、形貌成分及物相组成,用摩擦磨损试验机研究渗硫层的减摩耐磨性能。结果表明：激光熔覆离子渗硫工艺得到的复合层为硫化物层,厚度约为3~5 μm,质软且疏松多孔,主要成分为FeS,而且与基底之间没有明显的过渡层,界线明显,结合紧密。该渗硫层是一种理想的摩擦表面,具有优异的减摩耐磨性能,离子渗硫技术为原位合成固体润滑剂FeS提供了一种新方法。     

GCr15轴承钢低温离子渗硫层的组织与耐磨性能

采用OM、XRD、SEM和UMT摩擦磨损试验机等对不同表面处理后GCr15轴承钢的显微组织和耐磨性能进行了研究。结果表明,相比于碳氮共渗后的GCr15轴承钢,碳氮共渗+低温渗硫后的GCr15轴承钢表面形成了以FeS为主的渗硫层,其微观形貌呈现均匀细小的颗粒状,虽硬度略有下降,但摩擦因数和体积磨损率均明显降低,可显著提高轴承材料表面抗擦伤、抗咬合的能力,从而延长轴承零部件的使用寿命;在磨损过程中,FeS层发生脱落、产生涂抹效应,显著降低了磨粒磨损的程度。通过磨损形貌分析,磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损。     

纳米铜粉作润滑油添加剂时的"负磨损"现象研究

通过对纳米铜粉的摩擦学试验,发现随着摩擦时间延长运动副发生了负磨损现象。通常情况下磨损是摩擦的必然结果,此现象说明摩擦在一定条件下也可能导致负磨损,从而扩展了对摩擦磨损的认识。并且,负磨损现象的发现,证明了“动态自修复沉积机制”的存在,将有力支持装备智能修复技术的发展。     

凹凸棒石黏土作为润滑油添加剂的摩擦学性能

采用SRV-IV摩擦磨损试验机考察了凹凸棒石黏土作为润滑油添加剂的摩擦学性能,借助SEM及EDS分析了摩擦表面的微观形貌及元素组成。结果表明,在试验所用的载荷和频率条件下,加入凹凸棒石黏土之后润滑油的摩擦因数和磨损量均有不同程度的降低。固定频率10Hz,当载荷为50N时,平均摩擦因数降低幅度达到了43.08%,当载荷为20N时,上下试样磨损率降低幅度分别达到了59.05%和85.48%。加入凹凸棒石黏土之后磨损表面更加光滑平整,表面氧元素含量升高。这主要归因于凹凸棒石黏土的层链状晶体结构和摩擦过程中复杂的物理化学过程。     

一种摩擦表面自修复技术的应用效果及分析

对由国外引进的一种摩擦表面再生剂进行了使用后的表面性能测试，显示出摩擦表面的硬度显著提高，表面粗糙度大幅下降，磨损尺寸明显得到修复，展现出了对摩擦表面的自修复功能。在汽车发动机、电厂水泵、煤气压缩机和炼油厂减速器等机件上的试用表明，该摩擦表面再生剂具有降低油耗、减少振动、降低噪音、延长使用寿命和节省维修费用等诸多效果，并能提高轻武器子弹的初速和射击精度。     

Investigation on anti-wear properties of sulfide layer on bearing steel lubricated by oil-containing FeS particles

To enhance the anti-wear properties of the sulfide layer on the surface of 52100 steel under harsh conditions, FeS particles were mixed into the oil as additive. The anti-wear properties of plain surface and sulfurized surface under base oil and oil-containing FeS particles lubrication were investigated by a ball-on-disk tester. The composite effects of sulfide layer and FeS particles with different sizes and amounts in base oil were studied as well. The results showed that the anti-wear properties can be improved for sulfurized and plain steel surfaces after FeS particles were used as additive in oil. The composite effect of sulfide layer and FeS particles possessed very good anti-scuffing and anti-wear properties. The FeS particle could supplement the loss of sulfur from the sulfide layer in the wear process, so that the service life of FeS film can be prolonged under more harsh conditions. An appropriate addition amount of FeS is important for the composite effect.     

Characterization and tribological properties of composite 3Cr13/FeS layer

The 3Cr13 coating was prepared on the surface of 1045 steel by high velocity arc spraying method, and then treated by low temperature ion sulfuration to obtain the solid lubrication composite 3Cr13/FeS layer. SEM was used to observe the surface, cross-section and worn scar morphologies. XRD was utilized to analyze the phase structure. X-ray stress determinator was utilized to measure its residual stress. The nano-hardness and elastic modulus of composite 3Cr13/FeS layer were surveyed by the nano-indentation tester. The tribological properties were investigated on a ball-on-disk wear tester under dry and oil lubrication conditions. The results showed that the friction coefficient and wear scar depth of the composite 3Cr13/FeS layer were always lower than those of FeS film and 1045 steel under dry and oil lubrication conditions. Therefore the composite 3Cr13/FeS layer had excellent Friction-reduction and anti-wear properties.     

CrMoCu合金铸铁离子渗硫层的摩擦学性能研究

利用MM-200摩擦磨损试验机,在油润滑条件下对CrMoCu合金铸铁表面离子渗硫层的摩擦学性能进行了研究.结果表明,在油润滑条件下,渗硫试样的摩擦学性能优于未处理试样.利用扫描电镜(SEM)及X射线衍射仪(XRD)分析了渗硫层表面微观形貌和相组成.研究表明,渗硫层中微小"毛细管"的存在,使其表面具有超常储油功能,从而使渗硫层具有良好的减摩、耐磨性能.     

钒对Cr12Mo模具钢渗氮层及其摩擦学行为的影响

在Cr12Mo和Cr12MoV模具钢表面进行气体渗氮处理,对比分析了V对Cr12Mo模具钢渗氮层显微结构及其摩擦学行为的影响。结果表明,气体渗氮后两种模具钢的表面均制备出深度约120 μm的渗氮层,由表及里依次为渗氮层、扩散层和基体;V提高了模具钢的耐磨性,Cr12MoV表现出较好的耐磨效果;相比V对模具钢基体和扩散层硬度的提升而言,V对渗氮层最大硬度值附近区域的硬度提升幅度更为明显;V对两种模具钢渗氮层耐磨性的影响并不明显,但V的主要贡献在于促进了渗氮时N的有效渗入,大大提高了渗氮层与扩散层间的界面结合力,避免了渗氮层与扩散层间的开裂,促使磨损机制由疲劳磨损转变为黏着磨损,进一步提高了渗氮层的服役寿命。     

45钢表面离子渗硫层组成与减摩过程的研究

应用SEM、EDS、AES及XPS等分析方法对45钢表面离子渗硫层的组成结构的研究结果表明,渗硫层由沉积于基体表面的硫化物沉积层与少量硫元素渗入基体表层形成的扩散层组成,硫化物沉积层中主要生成了FeS及少量的FeS2,硫化物扩散层中主要形成了FeS.渗硫层的结构组成与减摩性能实验结果结合说明,离子渗硫表面的摩擦因数与未渗表面相比始终较低,是因为离子渗硫层的硫化物沉积层与硫化物扩散层分别在摩擦过程中的不同阶段发挥了减摩润滑作用,且摩擦表面始终存在分解再生的硫化物.     

陶瓷润滑油添加剂对钢/钢摩擦副摩擦学性能的影响

研究了金属陶瓷润滑油添加剂在球（销）盘磨损试验机上对钢/钢摩擦副摩擦学性能的影响及其作用机理,采用扫描电镜,原子力显微镜,纳米压痕仪,X光衍射仪等仪器对摩擦表面形成的金属陶瓷修复层进行了分析.结果表明,该添加剂对钢/钢摩擦副具有很好的抗磨作用,试验中反复出现的负磨损现象体现了其显著的动态自修复功能;在钢/钢摩擦副表面形成的金属陶瓷修复层,粗糙度可低至十几个纳米,硬度高达16GPa,对改善摩擦学性能发挥了重要作用;但XRD广角衍射和小角掠射的分析都只发现基体α-Fe相,没有发现其它新相.陶瓷润滑油添加剂代表当前添加剂领域中一种最新发展趋势,其作用机理有待进一步深入系统的研究.     

Surface layer structure change and tribological property of Cu/FeS composite under electric field

The microstructural evolvement and friction performance of Cu/FeS self-lubricating composites within electric field were studied by molecular dynamics simulation.The atoms distribution and movement of the Cu/FeS composite under different electric field strengths were considered.The results show that some Fe atoms and S atoms break away from the original structure and move along the electric field,but the movement of Fe atoms and S atoms is not synchronized in stronger electric field strength.Thus,the whole material system becomes chaotic and its temperature rises.The unevenly electric field force appears in the material for the nonuniform FeS distribution,so the internal stress of the composite is generated.For the internal solid lubricating phases move along the direction of the electric field to the surface of the composite,the adhesive wear and the friction coefficient reduce.The movement of the phases leaves over some voids in the composite,which induces arc wear easily.     

硫化亚铁固体润滑层的减摩机理模型

经低温离子渗硫制备的硫化亚铁层是常用固体润滑涂层之一，具有优良的固体润滑作用和良好的减摩耐磨性能。本文通过物理建模和俄歇分析的方法研究了渗硫层的减摩机理。结果表明，硫化亚铁在摩擦过程中可达到分解破坏与重新合成的动态平衡，尽管渗硫层的厚度只有数微米，却能持久地发挥固体润滑作用。     

含纳米Al_2O_3/Fe_3O_4的FeS固体润滑复合层的摩擦学性能

采用离子氮碳共渗与离子渗硫复合处理技术在45钢表面制备FeS固体润滑复合层,复合层中硫化物表层厚度约为10μm,其硫化物颗粒与孔隙均在微纳米量级且分布均匀。复合层相组成主要为FeS、FeS2和Fe3N。在含0.1%n-Al2O3＋0.08%n-Fe3O4液体石蜡润滑下,复合层与纳米Al2O3/Fe3O4复合添加剂产生协同作用,磨损表面形成了由硫化物、硫酸盐、氮化物等组成的化学反应膜,使FeS固体润滑复合层表面摩擦因数最低,始终保持在0.07左右,体积磨损量最小,比未渗表面降低了92%,比渗硫表面和氮碳共渗表面分别降低了85%和44%。