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不同润滑条件下氧化铝陶瓷的磨损程度

May 11, 2019 氧化铝陶瓷 63

 氧化铝陶瓷作为一种重要的典型结构陶瓷材料,以Al2O3为主要原料,以刚玉为主要矿物。氧化铝是氧化物中最稳定的物质。它具有高机械强度,氧化铝陶瓷高硬度,耐磨性,耐高温,耐腐蚀,高电绝缘和低介电损耗。它发展早,成本低。最广泛使用的陶瓷材料在航空航天,航空,发动机磨损部件和切削工具中具有非常有吸引力的应用前景。结果表明,氧化铝陶瓷中Al2O3含量越高,综合性能越好,耐磨性越高,在湿磨条件下耐磨性越显着。

  通过对其磨损机理的分析,在应用氧化铝陶瓷时,可以提前改变应用条件,改变润滑条件,填料减少磨损造成的损坏;或者在一定的工作条件下预先磨损氧化铝陶瓷进行粗略的评估。

  实验材料为煤浆输送管道的氧化铝陶瓷内衬。采用95瓷,广泛应用于工业。将试件切成10mm×10mm的次数; 10毫米&倍;采用美国Buehler公司生产的ISOMET1000精密切割机,尺寸为l3mm。根据润滑介质将样品分成三组,每组为三组。

  组分和物理性质分析

  使用X射线衍射分析仪进行氧化铝陶瓷样品的相分析。根据XRD相分析,样品的氧化铝质量分数大于97%。使用HV1000显微硬度测试仪以9.8N的载荷测量样品的显微硬度。所得样品的平均显微硬度为HV 993.6。通过阿基米德排水法测量样品的密度,所得材料的平均密度为3.6477g/cm 3。

  耐磨性能测试

  样品的磨损试验采用国产M200磨损试验机,摩擦副采用环块式滑动摩擦磨损模式。摩擦副的材料也是纯氧化铝陶瓷95瓷)。摩擦磨损试验分别通过干式润滑,油润滑和水润滑进行。对于水润滑和油润滑下的摩擦磨损试验,分别制备两套滴水泄漏设备,如纯水和润滑油(15#油),使液体继续滴入磨床。用坐标纸记录摩擦曲线,并计算摩擦系数。在SEM扫描电子显微镜下自动校准磨痕宽度。

  微观结构观察

  首先,在SEM下观察氧化铝陶瓷的断口形貌。分析了裂缝处样品的微观结构,以验证氧化铝陶瓷样品的质量和性能。然后将样品表面抛光并在SEM下处理。微观结构分析;最后,通过扫描电镜观察了磨损试验后所有样品的磨损区域,氧化铝陶瓷分析了它们的显微组织,探讨了不同润滑条件对氧化铝陶瓷磨损机理的影响。磨损疤痕宽度和摩擦系数

  在SEM扫描电子显微镜下使用自动缩放功能测量珩磨宽度,并且在三个不同位置对每个样品进行筛分和平均。每组有3个样本,最后将3个样本的平均值作为最终的磨痕宽度。使用以下公式计算摩擦系数:μ=T /(Rp)其中:T是力矩,N.Cm; R是下部样品的半径,cm; p是负载N.在T可以通过坐标纸和扭矩标度读取的情况下,由于下部样品的磨损,R需要每次测量,并且p是196N的固定值。表1给出了不同润滑方式下氧化铝陶瓷的磨痕宽度和摩擦系数的平均值。可以看出,氧化铝基陶瓷材料在干摩擦,水润滑和油润滑中具有大量磨损。不同之处在于干摩擦下的样品磨损量最大,油润滑下磨损最小,磨损痕迹最小;水润滑可以显着减少磨损量,但也明显高于油润滑。氧润滑陶瓷的摩擦系数在油润滑状态下仅为0.1,在水润滑状态下约为0.19,在干摩擦状态下为0.52,这表明在润滑介质条件下氧化铝陶瓷的摩擦系数大大降低。特别是在油润滑状态下。

  磨损区域的微观结构

  氧化铝陶瓷断裂表面的微观结构和抛光表面的微观结构表明,样品具有良好的致密性,较少的内部缺陷,并且氧化铝相之间的结合相对紧密,整体性能应该是优异的。在三种润滑条件下磨损氧化铝陶瓷的表面形貌:干摩擦,油润滑和水润滑。可以看出,在不同的润滑介质下,磨痕形态是非常不同的。室温干摩擦试验后的磨损情况非常粗糙,表面积累了大量的磨屑,抛光后基层结构仍然不均匀;在水润滑条件下,磨损磨损区域更光滑,脆性断裂产生的孔隙均匀分布在基体中。基质结构的形态接近抛光的微结构。在油润滑条件下,磨痕形态最为平滑。由于较少的脆性剥落,基质结构最接近抛光的微结构。不同润滑介质条件下磨损差异的主要原因如下:

  (1)在磨损过程中,摩擦产生的磨料被液体冲走,从而大大减少磨料磨损并减少磨损量。

  (2)在磨损过程中,液体在一对摩擦副之间形成润滑层,降低摩擦系数,降低摩擦阻力,降低表面剪切应力,断裂倾向小,因此磨损量大降低了。并且油润滑的效果优于水润滑的效果。

  水润滑和油润滑下氧化铝陶瓷的磨损机理

  通过对磨损区微观结构的观察和分析,氧化铝陶瓷材料在水润滑和油润滑条件下的磨损机理是脆性剥落和轻微磨损。在液体润滑条件下形成润滑液膜可以减轻许多施加的负荷,使得陶瓷材料的接触表面在摩擦期间大大减轻了前向压力;此外,润滑膜还可以减少摩擦期间的摩擦。该因素导致陶瓷接触表面上的切向应力大大降低。因此,陶瓷材料的机械应力大大提高,并且材料内部微裂纹萌生的趋势大大减弱。此时,微裂纹主要沿着材料的弱边界晶界扩展,即形成许多晶体裂缝,这导致少量具有弱粘附性的小颗粒形成剥落坑。磨痕形态主要沿着晶体裂纹,有一些小的剥落坑,陶瓷材料的脆性剥离相对较小。相比之下,油性润滑条件在磨损后具有较小的脆性剥离坑,这意味着润滑油膜比润滑水膜更能降低摩擦系数并改善表面剪切应力环境。在液体润滑状态下,由于磨损量小,自身产生的磨屑非常小,润滑液对磨削表面有清洁和漂洗作用,并带走大部分磨屑,所以陶瓷材料的表面被研磨。颗粒磨损也大大减少,只有非常轻微的磨损。

       通过研究可得出如下结论:

(1)添加液体润滑剂大大减少了氧化铝陶瓷的磨损。首先,液体在磨损过程中会消耗大量的磨屑,从而减少磨料磨损的影响。其次,液体在磨损过程中在摩擦界面处形成润滑膜,这降低了表面剪切应力并减小了表面。断裂的倾向减少了磨损量。 

(2)在油润滑条件下,干摩擦条件下氧化铝陶瓷的磨损机理是大量的脆性剥落和大量的磨料磨损,较少的脆性剥落和在水润滑条件下的轻微磨损。极少的脆性剥落和极少的磨损。

(3)与三种磨损方式相比,油润滑条件具有最优异的抗摩擦效果,水润滑条件具有抗磨损效果。其次,氧化铝陶瓷样品最适合在油润滑条件下使用。

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