芳纶纤维对表面粘结固体润滑涂层摩擦学性能影响研究

芳纶纤维对表面粘结固体润滑涂层摩擦学性能影响研究 芳纶纤维对表面粘结固体润滑涂层摩擦学性能影响研 究 芳纶纤维对表面粘结固体润滑涂层 摩擦学性能影响的研究年月删四四四四合肥工业大学 本论文经答辫委员会全体委员审查,确认符合合肥工 业大学硕士学位论文质量 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 。 答辩委员会签名:工作单位、职称 辄漱粕警酗鼹雠稠 、 咨因?企 众多镪咋 员: 委 掺汲铷彤》锨吼叶 粕粳.铷地苁字撇、 导 捌 锄咝皤猫筋独创性声明 本人声明所曼交的学位论文熄本人在导师指导下进行的研究作及取得的研 究 成粜。据我所舞,除文申特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人 已 经发表或撰写过的研究成聚,也不包含为获得 或其他教育机构 金壁王业鑫鲎 的学位域证书两使用过的榭辩。与我一岗:纷》句同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示谢意。 矧碱砌砷,蕊 ?嫦?痞目 学位论文版权使用授权书 本学位论文作卷完全了躲金堑量些厶堂有关保翻、使娜‘学位论文的规定,订 权保留并向国家:『芙部门或机构送交论文的复 】们:矧磁盘,允;,:论文被焱阅署?借阅。 奉人授权佥筵;】:些厶鲎可以将学位论文的全部戈部分内容编入有关数据麾避行检 索.,’以采刖影印、缩印或扫描等复制予段像存、汇编学位论文。 保密的学位论文在解密质适埘奉授权阳虢力碍 铡签 禳字耱 签字瞄明力;年谚,秽 学位论文钟:者毕址露女向: :作荦.髓: 电繇: 通讯地址: ;编:芳纶纤维对表面粘结固体润滑涂层摩擦学性能影响的研究 摘 要 粘结固体润滑涂层作为常用的一种固体润滑技术,已经有了较长时间的研 究历史。本文以环氧树脂粘结固体润滑涂层为基础,研究了芳纶纤维对涂层的 改性作用。通过摩擦磨损试验,探究芳纶含量与涂层摩擦磨损性能与承载能力 之问的规律;并考察了芳纶环氧复合涂层不同速度和润滑条件下的摩擦学表现; 利用扫描电镜及表面能谱检测进一步讨论了芳纶对涂层改性作用的内在机理。 研究表明,芳纶的添加有助于涂层摩擦学性能的改善。当芳纶纤维与粘结 剂体系质量比为%时,芳纶对涂层的改性作用较显著,粘结固体润滑涂层的 减摩耐磨性较好,承载能力明显提高。适当增加速度、载荷有利于促进涂层中 石墨、固体润滑剂向摩擦表面的趋附、扩展,体现出较好的自润滑性能; 速度、载荷较高时,会造成摩擦副运行不稳定,反而加剧涂层的破损。油润滑 下芳纶改性环氧复合涂层也体现了较好的综合摩擦学性能;而在水润滑条件下, 环氧复合涂层的减摩自润滑效果总体较差。 摩擦初始阶段,摩擦表面微凸体之间处于点接触状态,载荷以及相对运动 的作用使微凸体变形破裂,存在于涂层内部的固体润滑剂被挤出并汇集于摩擦 表面形成一层具有减摩作用的混合物膜即减摩自润滑膜;固体润滑涂层的减 摩 自润滑性能是由自润滑膜所体现的。芳纶的加入有助于自润滑膜的形成,自 润 滑膜中芳纶的存在也有助于润滑膜承载能力的提高,因此芳纶涂层表现出了 较 好的减摩耐磨性能。 关键词:粘结涂层,芳纶纤维,自润滑,石墨,二硫化钼,润滑膜 , . .’ ,. ;.; , ,. %, . . ’ .,.’ ,... , , . , ., . . , ’, ,. 也., , .: , ,,, ,致 谢 首先,感谢我的导师尹延国教授。从大四到研三的四年来,我时刻体会着 尹延国教授严肃的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,我想这 是够我一生受用的人格魅力。从论文选题、试验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 构思、以及论文撰写修改 的整个过程中,尹老师都倾注了大量的心血。正是在尹老师科学、严谨的指导 下,我的研究课题才能顺利进行,这篇研究论文也才得以顺利完成。尹老师不 仅在学习上对我严格要求,在日常工作和生活中也给予我非常多的帮助和意见, 给予我很多的宽容、理解。再次向我的导师尹延国教授表示深深的敬意和感谢 在近三年的学习和研究中,摩擦学研究所的焦明华老师、田明老师、俞建 卫老师、解挺老师、刘煜老师、胡献国老师等给予了我热心指导和大力帮助, 在此向他们表示最真诚的谢意。 感谢合肥波林新材料有限公司的马少波总经理,王世成工程师等在材料制 备和实验过程中给予的大力支持和帮助。 感谢梁建钊、王玲、苏柏万、刘刚、周正华等同学在论文撰写和生活上给 予我的支持和帮助;同时感谢张国涛、李芸芸等师弟师妹们的帮助,在此深表 感谢。 特别感谢我的家人的大力支持和无私奉献,感谢他们多年来的辛苦劳动和 全力支持,是他们的不断的鼓励和关怀使我安心的读书和研究,我将永远铭记 在心。 要感谢的人还有很多很多,感谢所有给予我关心和帮助的朋友们,感谢爱 我的人和我爱的人。把最美好的祝福献给你们,愿永远健康、快乐 最后,感谢各位老师在百忙中抽出宝贵的时间审阅我的论文。 作者:李丹 年月目录 第一章绪 论?. .前言?. .粘结固体润滑涂层的国内外研究现状. ..粘结固体润滑涂层的性能特点及分类.. ..环氧树脂粘结固体润滑涂层的改性.本课题研究的意义及主要内容.. ..课题研究意义??.. ..课题主要研究内容. 第二章涂层材料的制备与性能研究??。 .粘结体系 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ..环氧树脂的选用?. ..溶剂的选用.. ..固化剂?. .涂层配方设计与制备..涂层配方设计??.. ..环氧树脂粘结固体润滑涂层的制备工艺??.. .涂层摩擦试验设计??. .摩擦试验结果记录与分析第三章芳纶.环氧粘结固体润滑涂层摩擦学性能 研究 .芳纶纤维含量对涂层性能的影响..配方一试验 ..配方二试验 ..两组配方涂层摩擦学性能的比较??. ..定载荷条件下芳纶对涂层减摩性能影响的进一步说明?一 .涂层在不同试验速度下的摩擦磨损性能?。 .. 、涂层在定载变速下的性能..几种涂层在./速度下摩擦磨损性能对比??一 .涂层在不同润滑条件时的摩擦磨损性能..不同涂层在不同润滑条件下的定 载定速试验 ..不同涂层在不同润滑条件下的定速变载荷试验.本章小结一 第四章芳纶.环氧树脂粘结固体润滑涂层摩擦磨损机理分析. .摩擦磨损基本原理??一 ..摩擦原理? ..磨损原理?.润滑与固体润滑技术?. ..润滑基础? ..固体润滑技术.芳纶对涂层摩擦性能的作用机理..粘结固体润滑涂层的作 用机理. ..芳纶对涂层减摩自润滑性能影响的作用机理 ..不同载荷及速度条件下芳纶涂层的作用机理 .不同润滑条件下芳纶对涂层性能的影响及作用机理.本章小结?.. 第五章 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 和展望??. .总结。 .展望。 参考文献? 攻读硕士学位期问发表的论文?.插图清单 图. 二甲苯和的分子结构图。 图. 咪唑类环氧树脂固化剂的固化机理? 图? 基体材料? 图. 喷涂设备? 图. 摩擦磨损试验机及试样装夹机构?.. 图. 上下试样及磨痕示意图 图. 一摩擦磨损试验机加载示意图??一 图? 定载试验中配方一涂层的摩擦磨损性能?. 图. 定载试验中配方一涂层的磨痕形貌.. 图. 变载荷试验中配方一涂层的摩擦磨损性能. 图. 定载荷试验中配方二涂层的摩擦磨损性能. 图. 定载荷试验中涂层的磨痕形貌??一 图. 变载荷试验中配方二涂层的摩擦磨损性能. 图? 两组配方涂层摩擦学性能的比较?。 图. 不同涂层在定载荷条件下摩擦磨损性能比较图. 定载荷条件下涂层的 磨痕形貌图. 定载荷条件下涂层的磨痕形貌图. 涂层表面润滑膜的能谱分析图 图? 、涂层在定载变速下的摩擦磨损性能??. 图. 涂层在./速度下摩擦磨损性能 图. 加载示意图图. 定载荷干摩擦、油润滑条件下涂层的摩擦磨损性能?. 图. 定载荷油润滑条件下涂层的磨痕形貌图. 定载荷水润滑条件下涂层时 间.摩擦系数曲线?. 图. 变载荷油润滑、水润滑条件下涂层的摩擦磨损性能?. 不同润滑条件下的接触界面? 图. 图. 材料的表面微观形貌? 图. 曲线? 图. 石墨与二硫化钼的晶体结构? 图. 润滑膜形成过程 图. 芳纶纤维形貌?. 图. 原始涂层形貌?. 图. 试样预压后的表面形貌?。 图. 试样预压后表面能谱分析图??.图. 试样试验后的表面形貌? 图. 试样二表面能谱分析图??. 图. 固体润滑涂层减摩自润滑膜的形成 图. 经典润滑状态图??.. 图. 变载荷油润滑条件下涂层的磨痕形貌图. 水润滑条件下涂层磨痕形貌 图. 水润滑条件下涂层磨痕形貌表格清单 表 配方一表 配方二表 涂层配方. 表 、涂层润滑膜表面成分.第一章 绪 论 .前言 摩擦与磨损是一种广泛存在并极其重要的自然现象。摩擦学最早诞生在上 世纪年代的英国,是一门研究材料摩擦、磨损与润滑的科学。随着工业的发 展,人们对设备、材料的性能提出了愈来愈高的要求。这种需求作为一种推动 力促进了摩擦学的研究。简单的说,人类工业的进步史就是一部摩擦学的发展 史。目前摩擦学的主要研究方向集中于摩擦学设计、润滑理论的发展、纳米摩 擦学、耐磨材料等领域【】。 摩擦会引起能量的转换、磨损则直接导致了材料表面损坏和损耗,润滑是 降低摩擦和减少磨损的最有效措施,因此控制摩擦与磨损的任务显得越来越重 要【】。在一些特殊的领域如航空航天,传统的油、脂、气体等润滑方式常常收 效甚微甚至不能提供有效润滑;而对于食品等行业,采用传统的润滑方式会污 染产品,这就促使着人们去寻找新的润滑材料。固体润滑材料便应运而生了。 固体润滑材料因其材料本身或其转移膜的低剪切特性,突破了传统润滑的适用 极限,从而在一些极端环境和特殊工况下具有优良的抗磨和减摩特性、体现 出 独特的性能【】。固体润滑材料的种类很多,按照其原料来源可以大致划分为软 金属、金属化合物、无机物和有机物。固体润滑材料经常以固体润滑剂粉末、 固体润滑涂层、自润滑复合材料的形式来使用,其中固体润滑涂层是其主要应 用形式【巧】。因其制备工艺简单,涂层厚度易于控制并具备良好的摩擦磨损性能, 在国民经济、国防等领域得到了广泛的应用。我国很早就开始了对于固体润滑 涂层的研究,其中中国科学院兰州化学物理研究所做了大量工作。虽然很早就 开展了相关研究,但在研究和应用水平上我国与一些先进国家相比差距还很大, 目前固体润滑涂层的的应用主要集中于一些高精尖领域。 .粘结固体润滑涂层的国内外研究现状 ..粘结固体润滑涂层的性能特点及分类 粘结固体润滑涂层是一种将固体润滑剂作为润滑组元与胶粘剂混合,然后 采用喷涂或者涂敷等方法在摩擦表面上形成的一层膜状物质。当摩擦副在相互 作用时,在摩擦副的接触表面会导致物质的转移,使涂层中的固体润滑剂在摩 擦表面形成转移膜,使材料之间的摩擦发生在润滑膜内部,从而体现出减摩自 润滑性能。自年一种的粘结固体润滑涂层由美国研制出来, 由于其在摩擦过程中所表现的独特性能,固体润滑涂层自从出现就得到广泛的 重视。典型的粘结固体润滑涂层由固体润滑剂、粘结剂、溶剂、添加剂四部分 组成,各部分相互作用共同决定着涂层的性能【】。 与传统润滑相比,粘结固体润滑涂层具有下列性能特点。具体表现在:可以在实现原有功能的前提下大大简化系统的设计。 耐酸碱等稳定性好, 不易发生泄漏并且安全无污染。具有更强的环境适应性并能改善某些条件 下的润滑情况,延长材料的使用寿命。粘结固体润滑涂层的不足之处表现在: 功能单一,对于多种工况共同作用时需要制备具有复合作用的涂层。 受到制备工艺等的局限,涂层的质量的均匀性不易控制。涂层的寿命有限, 破坏后自修复性能较差。涂层的散热性能差,因此一般不适用于高速作用 的对磨件。 目前粘结固体润滑涂层的分类多种多样,生产中常采用按照粘结剂的类型 将涂层分为无机和有机粘结固体润滑涂层两种。 无机粘结固体润滑涂层是采用硅酸盐、磷酸盐等无机盐以及金属、陶瓷等 作为粘结组元,通过电化学复合共镀、等离子热喷涂和激光热喷涂等方式获得。 如王海斗等【】将石墨与锌粉混合制备的涂料涂在钢基体表面制备了石墨固 体润 滑涂层,研究了石墨含量与涂层减摩耐磨性之间的关系。鲍光辉【】制备一种能 在高温环境下工作的磷酸盐无机胶粘涂层,并探讨了相关机理。张东方【】以 /,为胶粘体材料,对涂层的耐蚀性能进行了研究。刘家俊【】总结了 几种硫化物固体润滑涂层的制备方法并分析了其摩擦学性能与作用机理。通过 对的研究【。】也表明,采用电泳沉积法、刷涂法等制备的二硫化钼涂层 均具有良好的性能,其中沉积法制备的涂层的强度最大,表面硬度最高。 有机粘结固体润滑涂层采用环氧树脂、酚醛树脂等有机树脂及它们的改性 衍生物作为粘结剂。因环氧树脂粘接性能好、固化收缩率小、尺寸稳定、耐腐 蚀和电绝缘性好,因此应用的较为广泛【】。由于石墨、二硫化钼具有协同作用 【】,因此所制备的涂层表现出较好的摩擦学性能,采用石墨、二硫化铝的组合 制备的环氧树脂复合粘结固体润滑涂层在实际生产中已得到较多应用。受其结 构的制约,环氧粘结固体润滑涂层中所含的固体润滑剂及固化剂的种类和含量、 环氧粘结剂的含量、稀释剂及助剂的种类、其他填料和基材等共同决定着涂 层 的性能【‘】。因此,目前关于环氧树脂粘结固体润滑涂层性能的研究也是围绕 着上述因素展开的。如张利【】等以环氧树脂等几种常用的有机粘结剂涂层为例 介绍了有机粘结涂层材料的研究和应用状况的最新进展。朱亚辉【】等研究了三 种粉末涂料型固体润涂层聚酯树脂、环氧树脂和聚酯树脂/环氧树脂涂层与 溶剂粘结型固体润滑涂层的摩擦磨损性能。王月梅【】等研究了环氧树脂粘结固 体润滑涂层的最佳固化条件,确定了粘结剂与固化剂的最佳质量配比、试样制 备的最佳温度和固化时间。葛新建【】等分别制备了石墨和二硫化钼粘结固体润 滑涂层,通过对涂层润滑性能、物理化学性能和耐磨性的考察研究了涂层中固 体润滑剂含量、颗粒度对涂层性能的影响。潘国梁【】等以低合金钢环材 料为基体、石墨和以及为固体润滑剂研究了粉末型和溶液型环氧树 脂固体润滑涂层的环.环接触的滑滚摩擦磨损特性。由于有机粘结剂特别是树脂类粘结剂的种类繁多、性能各异,而且新 品种还在源源不断的涌现。这就为我们针对特定的需求设计出具备特定性能的 粘结固体润滑涂层提供了便利,因此有机粘接固体润滑涂层是目前应用较为广 泛的粘结固体润滑涂层【】。而这其中又以环氧树脂粘结固体润滑涂层最具有代 表性,因此本文选定环氧树脂粘结固体润滑涂层作为切入点探讨其性能并对其 摩擦学特性展开相关研究。 ..环氧树脂粘结固体润滑涂层的改性 环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合 物。环氧树脂能够与许多不同种类的固化剂发生反应,形成具有网状结构的聚 合物,该聚合物具有一定的机械性能。固化后的环氧树脂具有良好的物理化学 性能,比如其固化后的力学性能比酚醛树脂、不饱和聚酯等一些常用的通用型 热固性树脂要好。附着力强、固化收缩率小、工艺性与稳定性好等优点,使得 环氧树脂作为粘结剂被广泛应用。环氧树脂粘结固体润滑涂层的基本构成形式 为环氧树脂固体润滑剂固化剂稀释剂。 作为粘结剂的环氧树脂由于其耐温性的限制,一般难以满足高温条件下的 润滑要求。即使是某些耐高温的树脂,其最高适用温度也不超过?,此外 环氧树脂还存在承载能力弱、易老化等问题【】。工业上常采用涂层改性技术来 突破这些限制、拓宽环氧树脂粘结固体润滑涂层的应用范围。通过涂层改性不 仅可以提高涂层耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳等性能,提高涂层材料的可 靠性、延长涂层的使用寿命;此外还可以通过改性赋予涂层光、电、磁等各种 新的特性。如聂智军【】等对石墨进行强氧化处理赋予其羧基,羟基,羰基等官 能团改善了其在涂层中的分散性。孙金亮【】等利用氧化石墨和的协同作 用,并使用钼酸酯偶联剂对固体润滑剂进行改性,结果表明环氧树脂固体润滑 涂层的抗冲击、附着力和减摩耐磨性能显著提高。丁军【】等通过添加纳米 及利用端异氰酸酯基聚丁二烯液体橡胶改性环氧树脂提高了环氧树脂涂层的耐 磨性和力学性能。夏娜【】等以石墨、硫酸钡、炭黑为填料制备了一种环氧树脂 涂层,涂层在具有减摩性能的同时还获得了良好的导电性。 涂层改性中一个很有前景的方向是通过在涂层配方中添加碳纤维、玻璃纤 维等短纤维来改善涂层的性能,这一方式被称为纤维改性或纤维增强。如陈江 华【】、邢东明【】的研究结果都表明加入短碳纤维后,环氧树脂耐磨性可以得 到显著提高,当碳纤维含量过高时涂层的强度会降低。郝永胜【】等研究了玻璃 纤维对环氧树脂涂层耐腐蚀性的研究。李赫亮【】等的研究表明由于环氧树脂对 玻璃纤维的浸润性好,附着力强。加入玻璃纤维后涂层中会形成网状结构的整 体,起到骨架作用,从而提高了粘结涂层的剪切强度。除碳纤维和玻璃纤维外, 目前另一种常用的纤维增强材料是芳纶纤维。芳纶纤维【:】是一种有机合成纤 维,最早诞生于美国的杜邦公司。与碳纤维、玻璃纤维等常见纤维相比芳纶纤维具有强度高、模量大、密度小、韧性好等优点,因此芳纶纤维常作为单一增 强相或与其他纤维组合被广泛应用于防弹设备、建筑材料、纺织工业、造纸等 领域中【】。芳纶纤维作为增强相时体现出良好的性能,主要被应用在环氧树 脂复合材料中。研究表明加入适量芳纶后环氧树脂复合材料的强度和耐磨性都 有了大幅提高,复合材料的塑性变形和粘着磨损大大减少,但过高含量的芳纶 纤维会降低复合材料的界面粘结性能和层间剪切强度【】。虽然芳纶纤维具 有 上述优点并被广泛应用,但关于将芳纶纤维应用于环氧粘结固体润滑涂层中的 研究,目前鲜有报道。由于环氧树脂减摩自润滑涂层在结构、性能上与环氧树 脂复合材料具有很多相似的地方,因此可以移植环氧树脂复合材料的研究方法 开展关于芳纶纤维对环氧树脂粘结固体润滑涂层性能的研究。本论文主要就是 探讨芳纶纤维改性对环氧树脂粘结固体润滑涂层减摩自润滑性能的影响。 .本课题研究的意义及主要内容 ..课题研究意义 本课题来源: 国家自然科学基金: “铜基滑动轴承材料无铅化设计及减摩、抗粘着机理 研究编号: 综上所述,尽管粘结固体润滑涂层作为一种新型的润滑技术已经有了较长 时间的研究历史。但由于粘结剂自身性能的限制,目前尚无一种单一的可以满 足各种环境工况的粘结固体润滑涂层存在。前人对于改善涂层性能的研究目前 大多集中于减摩润滑组元的协同与改性、单一或多种树脂粘结剂的改性与混合 等方面。在这其中利用硬质颗粒或某些纤维作为填料来改善涂层的性能,作为 一种新兴的涂层改性方法近年来发展很快并取得了很好的效果。由于芳纶纤维 具有强度高、模量大、密度小、韧性好等优点,并且作为一种新型改性材料在 粘结固体润滑涂层中应用的研究还尚不多见,因此开展芳纶纤维对粘结固体自 润滑涂层性能影响的研究具有重要的理论意义和实用价值。我们设想借鉴前人 的研究方法在传统涂层中添加芳纶纤维作为改性材料,从而获得新型涂层,研 究芳纶纤维对涂层材料摩擦磨损特性的影响,并根据实验获得涂层中各组元的 最佳配比,为研制新型减摩自润滑涂层材料提供理论指导。 ..课题主要研究内容 本文首先以环氧树脂作为粘结剂、以作为固化剂、以石墨和 作为复合固体润滑剂、以环氧稀释剂及二甲苯和为稀释剂、以 芳纶纤维为改性剂,通过对粘结固体润滑涂层配方进行优化设计,采用气体喷 涂方法制备了不同含量的芳纶纤维改性的环氧树脂粘结固体自润滑涂层。选用 .端面摩擦磨损试验机,在干摩擦、油润滑、水润滑等工况条件下,以 定载、规律变载等不同载荷条件进行环氧树脂粘结固体自润滑涂层的摩擦磨损 性能试验,通过摩擦副摩擦因数、摩擦温度、承载载荷等参数的检测以及不同 材料问的摩擦学性能比较,分析讨论了不同粘结润滑涂层的摩擦磨损性能和承 载能力。通过磨痕表面微观形貌分析、磨损表面的成分分析等,研究了涂层的 摩擦磨损机理。为进一步研制开发新型高性能粘结固体润滑涂层提供理论基础。第二章涂层材料的制备与性能研究 本文采用以环氧树脂作为粘结剂、石墨和二硫化钼作为固体润滑剂、芳纶 纤维作为改性材料配制涂料喷涂于基体材料撑钢板表面,通过一定固化工艺 制备粘结固体润滑涂层。在涂层中粘结体系及粘结剂体系与芳纶纤维的结合性 能决定了涂层与基体的粘接性能,减摩组元的种类与含量及与芳纶纤维的相互 作用共同决定了涂层的摩擦学性能。 .粘结体系设计 粘结体系采取粘结剂溶剂固化剂的组合。其中粘结剂选取环氧树脂、 按照配方的不同分别选取环氧稀释剂、二甲苯和一甲基吡咯烷酮 作为溶剂、选择了咪唑类三嗪络合物作为粘结体系固化的固化剂。 现在分别陈述如下: ..环氧树脂的选用 环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合 物。一般而言,环氧树脂的相对分子质量较小。其分子结构特点是在分子链的 中部或者末端中含有较活泼的环氧基团,环氧基团也可以成环状结构存在于分 子链中。由于分子结构中活泼的环氧基团的存在,环氧树脂可与许多不同种类 的固化剂发生反应,形成具有网状结构的聚合物,该聚合物具有一定的机械性 能。固化后的环氧树脂具有良好的物理化学性能,比如其固化后的力学性能高 于酚醛树脂和不饱和聚酯等通用型热固性树脂。附着力强、固化收缩率小、工 艺性与稳定性好等优点,使得环氧树脂作为粘结剂被广泛应用,占据了有机粘 结固体润滑涂层研究的近%的份额【】。 本文选用型环氧树脂作为粘结剂,这是一种双酚即二酚基丙烷 型环氧树脂。双酚型环氧树脂一般通过二酚基丙烷即双酚在碱性催化 剂的条件下与环氧氯丙烷发生缩聚反应获得。双酚型环氧树脂中所含有的环 氧基和羟基和极性基团在树脂固化后使其具有很强的内聚力和粘附力;所含 的 苯环赋予树脂一定的耐热性和刚性。特殊的结构使得双酚型环氧树脂能与多 种固化剂、催化剂及添加剂发生反应生成具备所需性能的反应物。因此是目前 世界上使用最为广泛的树脂品种,约占世界环氧树脂总产量的%~%,在 我国这一比例在%左右【】。 按照每克中含有的环氧基的当量数,环氧树脂一般被划分为高环氧值 .、中等环氧值...、低环氧值.三种类型。因其环 氧值为.,故得名。 ..溶剂的选用 环氧树脂在作为粘结剂使用时一般需要添加有机溶剂来降低粘度,增加其与被粘物表面的浸润能力,从而提高胶接强度。一般而言所添加的有机溶剂在 树脂固化过程中会挥发出去,但也有些溶剂在发挥稀释作用的同时可以参与树 脂的固化反应,对固化后生成的聚合物的性能起到某些改善作用。此外溶剂还 可以溶解、分散和稀释涂料体系中的润滑组元、填料、添加剂等,从而改善环 氧树脂粘结固体润滑涂层制备的工艺性。本文选用环氧稀释剂、二甲苯和 .甲基吡咯烷酮作为溶剂,下面按照配方体系的不同分别作一介绍。 环氧稀释剂 是一种环氧类活性稀释剂,全称是新戊二醇二缩水甘油醚。其化学分 子式为,由新戊二醇与环氧氯丙烷脱水反应而成。作为稀释剂时, 可以在同样温度条件下降低环氧树脂与固化剂的反应活性,稀释效果与单缩水 甘油醚相当。其分子中含有的两个环氧基团在固化时参与反应,形成链状及网 状结构。 二甲苯和 二甲苯是苯环上两个氢被甲基取代的产物,存在邻、间、对三种异构体, 一般而言的二甲苯通常是指上述三种异构体的混合物。二甲苯有一定的毒性、 易燃、不溶解于水,作为溶剂被广泛用于涂料、树脂、染料、油墨等行业。 全称是一甲基吡咯烷酮,是一种稍微具有胺的气味的无色透明油状液体。 无毒性、粘度低、沸点高,作为溶剂时具有挥发度低、稳定性好能与水及许多 有机溶剂无限混溶等优点。二甲苯与共同使用时能有效降低环氧树脂的 粘度,起到很好的稀释作用。在接下来的试样制备过程中还发现改用二甲苯和 作为稀释剂后一直难以解决的芳纶纤维在涂料中的团聚现象被大大改善 了。二甲苯和的分子结构如图?所示。 。 蜘 ? 置 鄄二甲荤 魄二甲苹 对:甲笨 口 图.二甲苯和的分子结构图 ..固化剂 固化剂是环氧树脂粘结体系中必不可少的组成部分,环氧树脂只有与固化 剂进行固化反应才能呈现出一系列优异的性能。固化剂有很多种类,本文选 用 咪唑类三嗪络合物作为粘结体系的固化剂。咪唑类环氧树脂固化剂 的固化机理如图.所示。 一姆矿耳钞电了母冬弋:畚 下锄丧气喇垒弋一。一’七一 一如噌七节膏垒七芑苫? .涂层配方设计与制备 ..涂层配方设计 环氧树脂粘结固体润滑涂层的减摩自润滑性能主要是由其中的固体润滑组 元所体现的。由于石墨、二硫化钼具有良好的协同作用,混合使用时能体现 出 更好的减摩自润滑效果,因此本文选择石墨、二硫化钼作为润滑组元。 为详细研究不同粘结基体对涂层性能的影响,本文设计了两组配方。具体 涂层配方如表.、.所示: 表.配方一 注:配方中各组元未标注单位均为质量 ..环氧树脂粘结固体润滑涂层的制备工艺 基体材料的准备 为了使涂层有效的粘附在基体上如图.所示,必须严格控制基体材料 的精度并对基体进行预处理。过程依次为:首先将基体材料群钢板裁剪成 所需尺寸获得样块,剔除弯曲变形的样块。然后对样块依次进行碱氛围脱脂、 喷砂除锈、清洗干燥获得基材。图?基体材料 涂料的制备 按照配方要求将粘结体系各组分严格称量并混合均匀注意粘结剂体系各 组分混合顺序,再把称量好的固体润滑组元放入其中并充分搅拌获得涂料粗 与环氧树脂 料。按照芳纶纤维上海瑞彦经贸有限公司生产,型号为 、.、.、.、 配方一为的质量视为比为:、. .,分别加入涂料粗料中并充分搅拌;接着用胶体磨对涂料进行研磨处理使 涂料分散更均匀;静置一段时问,让其中的空气充分逸出,等待喷涂。 喷涂固化 根据喷涂涂料的品种、被涂物的质量要求,调整喷枪的空气压力.~ .、涂料喷出量和喷雾图样幅宽;然后将涂料均匀喷涂于基体表面;将 喷涂好的基材在 。条件下保温,接着升温至 ?保温后出炉 冷却获得芳纶一环氧粘结固体润滑涂层。喷枪及空气压缩机如图。所示。 一 黪鬻惑鹱蓬 喷枪 空气压缩机 图.喷涂设备图.摩擦磨损试验机及试样装夹机构 .端面摩擦磨损试验机下试样装夹机构 上试样 下试样 狰 图?上下试样及磨痕示意图 .涂层摩擦试验设计 对涂层的摩擦性能研究在合肥工业大学摩擦学研究所自行研制的. 端面摩擦磨损试验机上进行。该试验机摩擦副为两端面紧密接触,上试样圆 环接触面的运转方式,待测试样由夹具压紧止动。.端面摩擦磨损试 验机及下试样夹具如图.所示,上试样、下试样及下试样磨痕示意图如图. 所示。 本文所有试验均在室温下进行,试验分别在定载、变载条件下考察了涂层 在干摩擦、油润滑机械油、水润滑蒸馏水时的摩擦学性能,借此分 析芳纶以及润滑条件对涂层性能的影响。试验条件按照润滑条件的不同可分 为 以下几类针对油润滑、水润滑的试验条件也做了干摩擦的对照试验: 干摩擦试验: 、定载、定速试验,载荷固定在. ,速度为./,试验; 、变载试验,速度为./,载荷从. 开始先跑合 ,再加载加载一次,每次载荷增 加. ,直到出 到 试验 ,然后每隔 现摩擦因数突然上升、温度急剧升高的情况,停止试验; ,速度分别为./、./、./, 、定载、变速试验,载荷固定在. 试验。 油润滑试验: ,速度./试验; 、定载、定速试验,载荷固定在 、变载试验,速度为./,载荷从. 开始先跑合 ,再加载 , 到 试验 ,然后每隔 加载一次,每次载荷增加. 直到出 现摩擦因数突然上升、温度急剧升高的情况,停止试验; 水润滑试验: 、定载、定速试验,载荷分别固定在、蝌,速度./试验: 、变载试验,速度为./,载荷从. 开始先跑合 ,再加载 到 试验 ,然后每隔 加载一次,每次载荷增加. , 直到出 现摩擦因数突然上升、温度急剧升高的情况,停止试验。 .摩擦试验结果记录与分析 详细记录每次试验过程中的摩擦因数和摩擦副温度的变化及其涂层最终的 承载能力,其中每组试验数据均是三次平行试验的平均值。分析涂层的宏观摩 擦磨损性能、以及承载能力,结合扫描电镜、能谱仪对粘结固体润滑涂层磨损 表面形貌及元素成分检测等,研究涂层润滑膜的形成机制和作用,并探讨粘结 固体润滑涂层的摩擦磨损机理。第三章芳纶.环氧粘结固体润滑涂层摩擦学性能研究 材料的摩擦磨损是一个多条件共同作用的复杂过程,与之对应,材料在这 一过程中所体现出的摩擦学性能也是由多因素共同决定的。以本文所研究的芳 纶.环氧粘结固体润滑涂层为例,其减摩自润滑性能主要是由所含的固体润滑组 元体现的,涂层中添加的改性填料、基体材料以及涂层的制备工艺共同影响着 这一性能。本章以两组配方为基础,考察了包含不同芳纶含量的涂层在干摩擦 条件下的摩擦磨损性能与承载能力,综合两组配方的试验结果得到芳纶含量与 涂层摩擦性能之间的通用性规律并选出综合性能较好的配方;接着在不同速度 条件下研究不同芳纶含量对涂层性能的影响,通过分析试验结果并结合前面的 结论确定涂层中最适宜的芳纶含量;然后进一步考察选定含量的芳纶涂层与不 含芳纶的对照组试样在不同润滑条件下的摩擦学表现。两组配方的试样按照芳 纶与配方中环氧树脂配方一为的质量视为比配制,配 方一编号为、配方二编号为。具体配方如表.所示。 表.涂层配方 .芳纶纤维含量对涂层性能的影响?. 芒 也柱 餐 靶定载荷加载示意图 变载荷加载示意图 图? .摩擦磨损试验机加载示意图 在干摩擦条件下研究了芳纶纤维含量对涂层性能的摩擦磨损性能及承载能 力,试验载荷分为定载和变载两种。定载荷试验:载荷为.、上试样旋转 线速度./、试验时长。变载荷试验:载荷从. 开始先跑合 , 试验 、 再加载到 ,然后每隔 加载一次,每次载荷增加.上试样旋转线速度./。具体加载方式如图.所示。 ..配方一试验 ...定载荷试验 籁 \谣 蝼 避 时问.摩擦系数曲线 时问.摩擦温度曲线 图.定载试验中配方一涂层的摩擦磨损性能 定载荷下配方一涂层摩擦系数及表面温度的变化曲线如图.所示。摩擦副 摩擦系数较小且变化平稳表明其涂层具有较好的减摩自润滑性能,从图中可 以看出:定载荷试验条件下,几种涂层运行一段时间后摩擦系数有减小的趋势, 即随着试验的进行,各组试样摩擦副逐渐进入摩擦磨损的稳定期,粘结固体润 滑涂层体现了较好的减摩自润滑性能。由于试验初期涂层中的固体润滑组元受 到环氧树脂的紧密包覆,涂层的减摩自润滑性能不足,使得摩擦副摩擦系数相 对较高,而含有芳纶的各组试样的摩擦副试验起始阶段摩擦系数较低,表现出 较好的减摩润滑性能,表明在涂层中添加芳纶有助于涂层中的固体润滑组元向 摩擦表面的趋附、铺展,加快了涂层摩擦副进入稳定期的速度。 由图中还可看出,涂层中芳纶纤维的含量对涂层性能有较大的影响。与 对照组涂层相比,含有芳纶的、涂层的减摩自润滑性能最佳,整个试 验过程中,两组试样摩擦副的摩擦系数相对较小,而且变化平稳,当芳纶含量 低于或高于.~.时,涂层的减摩白润滑性能都有所降低,如、、 涂层的总体减摩自润滑性能还不如对照组涂层。 由图温度与时间的关系曲线可以看出:试验开始时不含芳纶纤维的 涂层的表面温升速率最快。随着试验的进行,由于涂层减摩性能的体现各组试 样温升速率逐渐趋于平稳到达稳定期,其中、涂层的温升最慢,涂层表 面温度也始终处于较低的水平。试验进行半小时后对照组涂层已经进入摩 擦磨损的稳定期而、、涂层的数据仍在剧烈波动,停机检查发现试样 表面涂层已经破损、部分区域的涂层甚至完全破坏使底层基体材料裸露出来。 图.是试验结束后试样的宏观形貌照片,可以看出、涂层破坏程 度较轻、涂层的耐磨性较好;、涂层磨损较为严重,局部涂层脱落露出底 层基材,但区别不太明显。在涂层的接触表面还保留着完整的润滑膜,涂层的接触表面也有润滑膜存在,但较为分散且未构成一个整体,这说明 涂层比涂层具有更好的减摩耐磨性。综合图.、可以得出摩擦副 表面温升速率与摩擦副摩擦系数变化曲线有着良好的对应性,总体来说,在定 速定载试验条件下,含有与质量比为.~.的芳纶纤维涂层即、 体现出较好的摩擦学性能。 涂层 涂层 涂层 涂层 图.定载试验中配方一涂层的磨痕形貌 ...变载荷试实验 变载荷下配方一涂层承载能力及表面温度的变化曲线如图.所示。从图 中可以看出对照组涂层的承载能力很差,从.跑合开始只加了一级载 荷涂层摩擦副摩擦系数就快速上升,摩擦表面温度也快速升高,表明载荷由 .升高到.时,涂层就已经破坏。与相比,加入芳纶后涂层的 承载能力都得到了提高,这说明芳纶有助于改善涂层的承载能力。但不同芳 纶 的添加量对涂层承载能力的影响是不一样的,总的来说、、涂层的承 载能力较高、摩擦系数较小,涂层的减摩耐磨性较好。其中值得注意的是、 涂层不仅承载最高、其温升速率在六组材料中也较低如图.时间一摩擦 温度曲线所示。综合定载与变载试验结果,涂层配方中添加一定的芳纶有助 于 涂层摩擦性能的改善,其中涂层的减摩耐磨性能较好,承载能力较高。 时问/ 时问一摩擦温度曲线 载荷.摩擦系数曲线 图.变载荷试验中配方一涂层的摩擦磨损性能 ..配方二试验 ...定载荷试验 定载荷下配方二摩擦副摩擦系数及摩擦副表面温度的变化曲线如图?所 示。从图中可以看出:试验开始后几种涂层摩擦副摩擦系数均有逐渐减小并 平 稳的趋势,即几种涂层均有一定的减摩自润滑性能,这和配方一的效果是类 似 的。但明显不同的是,在配方二体系中,不含芳纶纤维的对照组试样的摩 擦副摩擦系数始终相对较大,摩擦副表面温升也最快,表面温度最高,所体现 出的减摩自润滑性能不如其他涂层,与涂层相比,含有芳纶的涂层摩擦副 摩擦系数与表面温度均较低,并且摩擦系数及温度变化更平稳,即因芳纶的 添 加,几组涂层的摩擦学性能具有不同程度的改善。 同样,与配方一类似涂层中芳纶纤维的含量对摩擦副摩擦系数及摩擦副温 升速度有较大的影响。如图所示在整个试验过程中、两组试样的摩 ” ? 、、 篝: 时间一摩擦系数曲线 时间一摩擦温度曲线 图?定载荷试验中配方涂层的摩擦磨损性能 擦系数始终处于较低的位置,在.以下,所表现的减摩自润滑性能较好,当 芳纶含量低于或高于.~.时,涂层的减摩自润滑性能都有所降低。由 图温度与时间的关系曲线可以看出:不含芳纶纤维的涂层的表面温升速率最 快。在试验的开始阶段,虽然各组涂层温升的起点不同,但含芳纶纤维涂层 的摩擦温升速率大致相同。随着试验的进行,含芳纶纤维的各组涂层的摩擦 温 升速率都有明显的减小趋势,其中涂层的温升速率最小,温度值也最低。 图.是试验后试样的表面磨痕形貌,可以看出在两组涂层的接触表面都有润 滑膜的形成,都体现出了较好的减摩自润滑性能。相比较而言涂层的磨损 较严重,涂层的磨损较轻,因此涂层的耐磨性好于涂层。综合图.、 图.可得涂层的减摩耐磨性较好。 涂层的表面形貌 涂层的表面形貌 图.定载荷试验中涂层的磨痕形貌 ...变载荷试验 ? 藕 垛 迷 逝 载荷.摩擦系数曲线 时间.摩擦温度曲线 图.变载荷试验中配方二涂层的摩擦磨损性能 变载荷下配方二涂层承载能力及表面温度的变化曲线如图.所示。从图中 可以看出随着施加载荷的增大,各组试样摩擦副的摩擦系数均急剧减小,涂层 表面的温升速率也逐渐变缓,增大载荷促进了固体润滑组元石墨与向摩 擦表面的趋附、扩展,改善了涂层的自润滑性能;当载荷超过涂层的承载能力 时,涂层破坏失效,摩擦副摩擦系数与表面温度快速升高。与配方一明显不同 的是,无论是含芳纶涂层还是不含芳纶涂层,几种涂层的承载能力都明显提高 了。如图所示,当载荷达到.时各组试样的摩擦系数交汇在一起,大致位于.左右。此后,随着载荷的进一步增大、、涂层逐渐达到其承载 极限。与涂层的变化趋势大致相同,当载荷加到.后两组涂层也开 始出现破坏的迹象。涂层的摩擦系数随着载荷的增大进一步减小,当载荷到 达时涂层被破坏。与图.比较,虽然配方二系列涂层承载能力明显提高, 但因芳纶添加而改善涂层承载能力的规律是基本和配方一系列涂层相似的。综 合定载荷和变载荷试验结果,配方二系列涂层中也是涂层所表现出的摩擦 学特性最好。 ..两组配方涂层摩擦学性能的比较 本节主要在两种基础配方下研究了不同芳纶含量涂层的减摩自润滑性能及 其承载能力。不同涂层配方中各试样在变载荷试验中的承载能力与定载荷试验 中平均摩擦系数曲线分别如图?和.所示。 ?图可以看出在变载荷试验时,两组配方中各试样的承载能力随芳纶含 量变化的规律大致相同。含有芳纶涂层的承载能力整体高于之不含芳纶的涂层, 这说明在涂层中添加芳纶后,涂层的承载能力得到改善。此外,配方二试样的 承载能力整体上高于配方一,这说明不同的粘结体系对涂层的承载能力具有较 大影响。芳纶含量的多少与涂层的承载能力之间也有较大联系。具体表现为: 与对照组相比,涂层中芳纶含量较低时,随着芳纶含量的增大,涂层的承载能 力逐渐增高。当芳纶含量为%时,两组配方中试样的承载能力都达到最大, 之后随着芳纶含量的进一步提高,涂层的承载能力有所下降,说明适宜含量的 芳纶对涂层的承载能力具有较大的改善,低含量或高含量的芳纶对涂层承载能 力的提高不明显。 .图是定载荷试验时两组配方中不同芳纶含量涂层的平均摩擦系数曲 线。由图看以看出,配方二试样的平均摩擦系数整体小于配方一,说明在不同 的粘结体系中、涂层中的固体润滑组元所体现的减摩自润滑性能是有差别的, 变载荷试验各试样承载能力 定载荷试验各试样平均摩擦系数 图?两组配方涂层摩擦学性能的比较粘结体系的配方对涂层的减摩自润滑性能有较大影响在涂层中添加芳纶后,两 组配方中涂层的摩擦系数都有不同程度的降低,涂层的减摩自润滑性能得到了 不同程度的提高,其中配方一中芳纶对涂层减摩自润滑性能的提高最为明显。 未加入芳纶时配方一中基础涂层的摩擦系数平均值接近.,当加入%芳纶后 涂层的平均摩擦系数降低到. ,表现出了较好的减摩性能。从还可以 看出不同芳纶含量的涂层所表现出的减摩白润滑性能也是不一样的,说明芳纶 含量与涂层的减摩性能也有很大联系。当涂层中芳纶含量小于%时。涂层的 减摩性能随着芳纶含量的增大而提高,当芳纶含量大于%时,芳纶对涂层减 摩性能的改善效果会降低。 综合两个配方的试验结果可以得知在涂层中添加芳纶可以改善涂层的减摩 白润滑性能,与此同时涂层的耐磨性能也得到了相应的提升,具体表现在涂层 摩擦副的摩擦系数降低,承载能力提高,磨损表面破损程度降低,这在各组芳 纶涂层中都有所体现。其中按照配方二所制备的涂层试样在整体性能上要优于 配方一所制备的涂层试样。涂层中芳纶的含量对涂层的性能具有较大影响,针 对本次试验,涂层中最适宜的芳纶添加量为%左右,这在两个配方体系中所 表现的规律是近似的,低含量或者高含量的芳纶对涂层的性能提升不大,某些 情况下甚至对涂层的性能有所削弱。 ..定载荷条件下芳纶对涂层减摩性能影响的进一步说明 糕 《 蝼 避 时问/ 图?不同涂层在定载荷条件下摩擦磨损性能比较在前面章节中系统的研究了配方、芳纶含量等因素对环氧树脂粘结固体润 滑涂层摩擦学性能的研究,并获得了一般性规律。下面以配方二中不含芳纶的 涂层以及芳纶含量为%的涂层的定载荷试验结果来进一步说明芳纶对涂 层减摩自润滑性能的改性作用;、涂层三次试验的摩擦副摩擦系数的平均 值随时间变化情况已于图.所示,图.所示两条曲线分别是、涂层其 中一次试验中的摩擦副摩擦系数真实瞬时动态变化情况,可以真实反映涂层的 动态减摩自润滑效果。从图中可以看出,干摩擦条件下两种涂层跑合阶段后摩 擦副摩擦系数基本维持在.以下,并有随时间变化而逐渐减小的趋势,两组 涂层都表现出了一定的减摩自润滑性能,但涂层所表现的减摩自润滑性能 更好并且试验数据较平稳。试验开始时含有芳纶的涂层的摩擦系数远小于 涂层,涂层经过短暂的跑合期后迅速进入稳定的摩擦磨损阶段,相对应 的对照组试样则跑合期时间较长。进入稳定期后,涂层的摩擦系数一直 稳定在.左右,几乎无波动。涂层初始摩擦系数比较大,位于.左右。 之后随着试验的进行的摩擦系数虽有所减小但始终大于同时期的涂层的 摩擦系数。与相比涂层进入稳定期所用的时间长,并且稳定阶段摩擦系 数数据波动较大,说明涂层的自润滑效果的稳定性较差。 为了进一步说明涂层自润滑性能的差别,截取试验过程中之间 的摩擦系数.时间曲线,对这一段时间内两种涂层的的减摩自润滑效果进行 分 析。如图?所示,所截取的时问段内位于跑合期向稳定期过渡的时期,在这 一时期两组涂层的摩擦系数都有减小的趋势,说明涂层中的固体润滑组元在 上 下试样之间的接触面上起到减摩的作用,表现出减摩自润滑性能。在这一时 期 内涂层的摩擦系数稳定在.左右,涂层的摩擦系数在.上下波动。 从图.还可以看出涂层的摩擦系数有间歇性的突变,比如在试验时间 附近,涂层的摩擦系数从.突降到.,而在附近时涂层的摩擦系 数从.又突升至.。在前后两组涂层都进入摩擦磨损的稳定期,可 以看出涂层的摩擦系数稳定在.左右,涂层摩擦系数的变化在这段时间 上 区间内非常微小,几乎近似于直线。与此同时,涂层的摩擦系数在. 下浮动,相对于跑合期以及稳定前期,涂层的减摩自润滑性能及稳定性虽然 都有了一定程度的提高,但与涂层相比,涂层所表现出的减摩自润滑性 能更出色。 图.是试验后试样的表面磨痕形貌,可以看出在两组涂层的接触表面都 有润滑膜的形成,都体现出了较好的减摩自润滑性能。相比较而言涂层的 磨损较严重,涂层局部已经开始出现脱落,涂层的磨损较轻,因此涂层 的耐磨性要好于涂层。涂层的表面形貌 涂层的表面形貌 图.定载荷条件下涂层的磨痕形貌 图.定载荷条件下涂层的磨痕形貌 涂层的表面形貌涂层的表面形貌 图.涂层表面润滑膜的能谱分析图 涂层能谱分析图 涂层能谱分析图 定载荷试验、涂层在倍扫描电镜下的微观形貌分别如图.、 所示。可以看出两组涂层表面都生成了润滑膜。其中涂层的润滑膜比 较完整,仅有一些小的裂纹,损坏较小,因此涂层的减摩性较好。涂层 破损较为严重,大片润滑膜已经脱落,露出位于润滑膜下未与摩擦副表面接 触 的涂层,这也验证了添加芳纶后涂层的耐磨性会得到提高。 对、涂层表面润滑膜进行能谱检测,标示区域及能谱图分别如图. 、所示。可以看出在两组不同涂层的润滑膜区域都有较高含量的、 。对应于试验配方,说明在润滑膜表面有大量的石墨与二硫化钼存在,涂层 的减摩自润滑效果正是由于石墨与二硫化钼在摩擦副接触表面聚集才得以 体 现。 由表.可以看出两组涂层表面润滑膜中各物质成分所占比重大致类似, 成分类似的物质润滑效果却有着巨大差别,这说明芳纶确实对于改善涂层的 白 润滑性能起着重要作用。此外对比两表中的含量可以发现涂层中元 素含量较高,配方中并没有含元素的物质加入,因此元素来自于对摩件 上试样,证明在材料的摩擦磨损过程中会伴随着物料的转移。元素含量高, 表明涂层的减摩自润滑效果和其耐磨性能相对较差,在自身磨损较大的情况 下, 也有较多上试样元素向涂层表面的转移。 表. 、涂层润滑膜表面成分 综合以上数据,可以得出在干摩擦、载荷为.条件下,试样所表现 的性能较好,减摩自润滑性能更稳定,表明在涂层中添加芳纶涂层的减摩性 以 及稳定性会得到提高。 .涂层在不同试验速度下的摩擦磨损性能 上一节我们在不同配方及不同载荷条件下研究芳纶含量对涂层性能的影 响,得到了一些初步结论。本节选择配方二基础配方制备涂层试样,在定载 .、变速./、./、./条件下对芳纶涂层做进一步研究。.. 、涂层在定载变速下的性能 按照配方二分别制备了.号试样,在定载荷.、干摩擦条件下改 变上试样运转线速度分别进行试验。在试验中发现,当速度为./时、 、试样在试验时机器剧烈抖动并发出刺耳的噪声,即相关涂层摩擦磨损试 验难以顺利进行,在无法获得有效试验数据的情况下只得停止试验,因此只有 、、试样完成了三种不同速度下的试验。下面选定具有代表性的的、 试样的试验结果来作以说明。 籁 糕 垛 髅 逖 蝼 避 避 涂层时间.摩擦系数曲线 涂层时问.摩擦系数曲线 图? 、涂层在定载变速下的摩擦磨损性能 图. 中、分别是、在变速下的时间.摩擦系数曲线。由 图可以看出随着试验速度的增大,涂层的摩擦系数有逐渐减小的趋势,表明涂 层在三种速度条件下都具有减摩自润滑性能。随着速度的提高涂层摩擦系数的 浮动也在减小,运行更加稳定。这表明适当的提高运转速度可以促进涂层中固 体润滑组元的挤出,有利