织构角度对Sn-Al_(2)O_(3)/STS摩擦学性能与磨损机理的影响

该文采用有限元模拟分析方法并结合球-盘式摩擦磨损试验,以钨钢(TS)材料为研究对象,制备复合固体润滑剂Sn-Al_(2)O_(3)填充的鱼鳞状摩擦表面织构(STS),研究织构宽度与深度为0.6 mm时,表面织构角度参数(30°、45°、60°、75°与90°)对Sn-Al_(2)O_(3)/STS摩擦学性能的影响。模拟与试验结果表明,与TS相比,不同表面织构的Sn-Al_(2)O_(3)/STS的平均摩擦系数和磨损率均有所降低,且总体上随着织构角度的增大降幅也不断增大。在20 N、4 Hz的工况下,随着织构角度增加,织构边缘材料的变形程度也相应上升,导致固体润滑剂Sn-Al_(2)O_(3)逐渐从织构中挤出并迁移到摩擦表面,降低摩擦系数和磨损率。Sn-Al_(2)O_(3)/STS-90°织构边缘材料在应力的作用下变形较为严重,导致大量固体润滑剂Sn-Al_(2)O_(3)从织构中挤出并快速迁移到摩擦表面铺展形成润滑膜,提供出色的润滑作用,使得Sn-Al_(2)O_(3)/STS-90°织构边缘材料拥有最好的摩擦学性能,表现出最低的平均摩擦系数(0.13)和磨损率(1.21×10-13 m3N-1m-1),与TS相比分别降低约73.5%和85.5%。

Sn-Al_(2)O_(3)固体润滑剂填充钨钢织构界面摩擦学性能

为提高钨钢材料零部件的减摩抗磨性能,参照鱼鳞表面结构并结合有限元模拟仿生设计槽宽约0.6 mm钨钢试样;制备具有最佳配比的Sn-Al_(2)O_(3)复合固体润滑剂,利用高温熔渗将其填充于仿生鱼鳞状表面织构以制备Sn-Al_(2)O_(3)复合固体润滑剂填充钨钢织构试样,并在不同载荷-滑动频率下研究试样的摩擦学性能。结果表明:相比30 N-2 Hz、25 N-3 Hz、15 N-5 Hz和10 N-6 Hz工况,在20 N-4 Hz工况下试样具有最低的平均摩擦因数和磨损率。这是因为在相对较低的载荷和相对较高的滑动频率下,循环应力和摩擦热使塑性变形状态的固体润滑剂更易从织构中挤出而迁移到摩擦表面,形成完整的润滑膜,能够有效地提高试样的减摩抗磨性能。