钨含量对CrWN涂层在不同润滑条件下的摩擦学性能影响研究

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发动机关键部件活塞环常处于高温高压的恶劣工作环境中,与缸套间的摩擦磨损导致使用寿命降低、能耗增加。因此,利用表面改性技术提高活塞环材料的力学性能和选择合适的润滑油改善润滑环境是提高活塞环摩擦学性能的两个主要途径。CrN涂层被广泛用于活塞环及机械零部件的表面保护。为进一步提高其综合性能,本文采用IBAD技术在钢材表面制备了不同W含量的CrWN涂层,利用SRV-4摩擦磨损实验机考察了其分别在干摩擦、PAO、PAO+MoDTC/ZDDP/MoDTC+ZDDP五种润滑条件下的摩擦磨损行为。研究结果表明:(1)随着W含量增加,CrWN涂层的晶体结构由致密柱状晶变为粗大柱状晶、致密纤维状晶,硬度、H/E和H3/E*2先升高后降低,CrW9.96N涂层的力学性能最好。(2)随着W含量增加,摩擦系数、CrWN涂层及其对磨球的磨损率在五种润滑条件下的变化规律分别为:干摩擦下,摩擦系数先减小后趋于不变,W掺杂对磨损率改善不大;PAO和PAO+ZDDP下,均为逐渐降低,高W含量涂层表现出较好的的摩擦学性能;PAO+MoDTC和PAO+MoDTC+ZDDP下,均为先减小后增大,CrW9.96N涂层的摩擦磨损性能最好。(3)干摩擦条件下,掺W涂层的高硬度和H3/E*2,利于减摩;PAO下,掺W涂层表面的高活性、多微孔可促进油膜吸附,利于减摩抗磨;PAO+MoDTC下,减摩关键在于W元素促进MoDTC分解生成含高MoS2/MoOx比值的摩擦反应膜,抗磨关键在于涂层的高H3/E*2比值和摩擦反应膜;PAO+ZDDP下,掺W涂层的优异抗磨性在于其较高的表面活性,促进ZDDP吸附、分解和长链磷酸盐的解聚,此外高W含量下生成的钨酸盐摩擦反应膜也有助于涂层和对磨球的减摩抗磨;PAO+MoDTC+ZDDP下,随着W含量升高,摩擦学性能提高的原因包括:高表面活性、高硬度、高抗磨性的摩擦反应膜。
摘要第4-5页
abstract第5-6页
第1章 绪论第9-25页
    1.1 选题背景第9-10页
    1.2 表面涂层技术第10-16页
        1.2.1 二元铬基氮化物涂层及其应用第10-12页
        1.2.2 三元铬基氮化物涂层及其研究现状第12-14页
        1.2.3 掺钨CrN涂层的研究现状第14-16页
    1.3 润滑油与添加剂第16-21页
        1.3.1 基础油第16-17页
        1.3.2 润滑油添加剂第17-21页
    1.4 固-液复合润滑技术第21-23页
    1.5 论文的选题依据及主要研究内容第23-25页
        1.5.1 选题依据第23页
        1.5.2 主要研究内容第23-24页
        1.5.3 研究方案第24-25页
第2章 实验材料与实验方案第25-32页
    2.1 实验材料的选择第25页
    2.2 实验样品的制备第25-27页
        2.2.1 制备设备第25-27页
        2.2.2 制备工艺第27页
    2.3 涂层表征第27-29页
        2.3.2 成分与结构第28页
        2.3.3 力学性能第28-29页
    2.4 摩擦学性能分析第29-32页
        2.4.1 摩擦磨损实验第29页
        2.4.2 磨损表面形貌第29-31页
        2.4.3 磨损表面成分及结构分析第31-32页
第3章 干摩擦和PAO油润滑下不同W含量CrWN涂层的摩擦学性能第32-43页
    3.1 引言第32页
    3.2 CrWN涂层的性能表征第32-37页
        3.2.1 成分分析第32-33页
        3.2.2 表面形貌及截面形貌第33-35页
        3.2.3 相结构第35页
        3.2.4 力学性能第35-37页
    3.3 干摩擦/PAO油下不同W含量CrWN涂层的摩擦学行为第37-42页
        3.3.1 干摩擦和PAO油下的摩擦磨损行为第37-39页
        3.3.2 干摩擦下的磨损形貌分析第39-41页
        3.3.3 PAO油下的磨损形貌分析第41-42页
    3.4 本章小结第42-43页
第4章 MoDTC/ZDDP条件下不同W含量CrWN涂层的摩擦学性能第43-62页
    4.1 引言第43页
    4.2 MoDTC润滑下不同W含量CrWN涂层的摩擦学行为第43-52页
        4.2.1 MoDTC润滑下的摩擦系数和磨损率第43-45页
        4.2.2 MoDTC润滑下的磨损表面微观形貌分析第45-46页
        4.2.3 MoDTC润滑下的摩擦化学反应膜分析第46-50页
        4.2.4 MoDTC润滑下的摩擦学机理讨论第50-52页
    4.3 ZDDP润滑下不同W含量CrWN涂层的摩擦学行为第52-60页
        4.3.1 ZDDP润滑下的摩擦系数和磨损率第52-53页
        4.3.2 ZDDP润滑下的磨损表面微观形貌分析第53-54页
        4.3.3 ZDDP润滑下的摩擦化学反应膜分析第54-59页
        4.3.4 ZDDP润滑下的摩擦学机理讨论第59-60页
    4.4 本章小结第60-62页
第5章 MoDTC+ZDDP条件下不同W含量CrWN涂层的摩擦学性能第62-76页
    5.1 引言第62页
    5.2 MoDTC+ZDDP润滑下不同W含量CrWN涂层的摩擦学行为第62-75页
        5.2.1 MoDTC+ZDDP润滑下的摩擦系数和磨损率第62-65页
        5.2.2 MoDTC+ZDDP润滑下的磨损表面微观形貌分析第65-66页
        5.2.3 MoDTC+ZDDP润滑下的摩擦化学反应膜分析第66-72页
        5.2.4 MoDTC+ZDDP润滑下的摩擦学机理讨论第72-75页
    5.3 本章小结第75-76页
第6章 结论与建议第76-78页
    6.1 结论第76-77页
    6.2 建议第77-78页
致谢第78-79页
参考文献第79-85页
个人简历及论文发表情况第85页
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