MoDTC潤滑Al-Mg-Ti-B-N涂層摩擦磨損行為的研究.pdf

1、機(jī)械零部件的摩擦磨損不僅會(huì)導(dǎo)致機(jī)械系統(tǒng)燃油效率降低，產(chǎn)生廢氣污染，而且還會(huì)導(dǎo)致零部件摩擦損耗增大。一般可以通過在機(jī)械零部件上沉積耐磨涂層及使用特定功能的潤滑油添加劑兩方面進(jìn)行努力。近年來，MoDTC(molybdenum dialkyldithiophosphate)的摩擦學(xué)特性受到了廣泛關(guān)注，作為減摩劑能夠有效降低摩擦系數(shù)，另一方面由于MoDTC不含有P元素從而避免了發(fā)動(dòng)機(jī)催化劑Pt中毒，很大程度上減少了污染排放。然而MoDTC添加劑

2、主要用于鐵基材料，其與非鐵基材料之間的研究較少。Al-Mg-Ti-B等富硼材料具有優(yōu)良特性，如高硬度、低摩擦系數(shù)、低密度及高的熱穩(wěn)定性，在摩擦磨損體系中具有廣泛的應(yīng)用前景。以往的研究發(fā)現(xiàn)在ZDDP(Zinc Dialkyl Dithiophosphates)添加劑潤滑油或IL(Ion Liquid)等潤滑條件下Al-Mg-Ti-B涂層較DLC涂層與添加劑有更好的匹配性，但MoDTC添加劑與Al-Mg-Ti-B涂層之間的作用尚不清楚。

3、r>　　為了獲得摩擦磨損性能更優(yōu)異的Al-Mg-Ti-B涂層，探究了摻氮對(duì)Al-Mg-Ti-B涂層性能的影響，使用直流磁控濺射方法通過控制不同N2/Ar+N2流量比(0％、5％、10％)制備了不同氮含量的Al-Mg-Ti-B-N涂層，使用X射線衍射(XRD)、摩擦磨損測試儀、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線光電子能譜(XPS)、納米壓痕，劃痕實(shí)驗(yàn)、拉曼光譜等表征方法研究了不同N2/Ar+N2流量比對(duì)Al-Mg-Ti-B-N涂層結(jié)構(gòu)、成分

4、、力學(xué)性能、膜基結(jié)合、耐磨性能的影響，結(jié)果表明制備的Al-Mg-Ti-B-N涂層均為無定型結(jié)構(gòu)或非晶結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)致密均勻，隨N2/Ar+N2流量比增大，涂層硬度及彈性模量下降，膜基結(jié)合略有增強(qiáng)，耐磨性增加。
　　本研究進(jìn)一步結(jié)合實(shí)際工況研究了不同摩擦方式（單向旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)、往復(fù)滑動(dòng)）條件下，PAO/MoDTC潤滑不同N2/Ar+N2流量比Al-Mg-Ti-B-N涂層的摩擦行為及摩擦磨損機(jī)制，結(jié)果表明:
　　(1)單向旋轉(zhuǎn)摩擦測試條

5、件下，不同N2/Ar+N2流量比Al-Mg-Ti-B-N涂層摩擦系數(shù)均出現(xiàn)上升，且隨著N2/Ar+N2流量比增多，摩擦系數(shù)上升時(shí)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間越早，涂層磨痕處SEM結(jié)果顯示所有N2/Ar+N2流量比涂層磨痕處均沒有明顯的磨損，這意味著MoDTC添加劑與Al-Mg-Ti-B-N涂層之間具有良好的匹配性。對(duì)磨鋼球磨斑SEM結(jié)果顯示隨N2/Ar+N2流量比增多，鋼球磨斑直徑減小，這主要是由于涂層硬度逐漸減小導(dǎo)致的，此外高分辨率SEM圖像顯

6、示磨斑處均有微米級(jí)劃痕，這說明對(duì)磨鋼球發(fā)生了磨粒磨損，磨斑處EDX顯示沒有明顯的MoS2摩擦膜形成，進(jìn)一步XPS結(jié)果顯示涂層磨痕處有MoO3及MoS2的形成，我們認(rèn)為MoO3作為硬質(zhì)顆粒在摩擦過程中移除了對(duì)磨鋼球產(chǎn)生的MoS2摩擦膜導(dǎo)致了摩擦系數(shù)的升高。
　　(2)往復(fù)運(yùn)動(dòng)摩擦測試條件下，不同N2/Ar+N2流量比涂層均具有較低的摩擦系數(shù)～0.04，涂層SEM圖像結(jié)果顯示涂層磨痕處均沒有出現(xiàn)明顯的磨損，對(duì)磨鋼球EDX分析顯示所有涂

7、層磨斑處均有明顯的MoS2信號(hào)，這也是涂層能夠產(chǎn)生低摩擦系數(shù)的原因，XPS結(jié)果顯示5％，10％N2/Ar+N2流量比涂層磨痕處均有MoS2形成，并無MoO3形成，而0％N2/Ar+N2流量比磨痕處為MoS2和MoO3。
　　(3)與單向旋轉(zhuǎn)相比，往復(fù)運(yùn)動(dòng)MoDTC潤滑條件下Al-Mg-Ti-B-N涂層能夠保持更低更穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，這主要是由摩擦方式?jīng)Q定的，在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中能夠?qū)⑿纬傻挠操|(zhì)氧化物顆粒逐漸移除，減少對(duì)磨鋼球摩擦膜的移除