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      不同濕度下氮化硅陶瓷摩擦學(xué)性能的研究*

      2018-07-04 06:47:28□山
      裝備機(jī)械 2018年2期
      關(guān)鍵詞:氮化硅氮化硼因數(shù)

      □山 旭

      陜西科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 西安 710021

      1 研究背景

      氮化硅在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛,是一種具有一定熱導(dǎo)率、低熱膨脹系數(shù)、較高彈性模量的高強(qiáng)度硬陶瓷。不同于一般陶瓷,氮化硅的斷裂韌性高。這些性質(zhì)結(jié)合起來,使氮化硅具有優(yōu)秀的耐熱沖擊性能,能夠在高溫下承受高結(jié)構(gòu)載荷,并具備優(yōu)異的耐磨損性能[1-4],常用于高耐用性和高溫環(huán)境下,如汽輪機(jī)、汽車引擎零件,以及軸承和金屬切割加工零件等[5]。美國的航天飛機(jī)就是采用氮化硅制造的主引擎軸承。氮化硅薄膜是硅基半導(dǎo)體常用的絕緣層。由氮化硅制作的懸臂是原子力顯微鏡的傳感部件[6-8]。

      目前,關(guān)于陶瓷摩擦學(xué)性能的研究主要在于載荷、速度、溫度及配副方式對(duì)摩擦學(xué)性能的影響,以及所引起的變化規(guī)律方面,而很少有學(xué)者研究環(huán)境因素,尤其是濕度對(duì)陶瓷摩擦學(xué)性能的影響[9-10]。實(shí)際上,陶瓷的摩擦學(xué)行為對(duì)水分子的存在十分敏感,所以外部環(huán)境的濕度對(duì)陶瓷的摩擦磨損性能影響較大。

      對(duì)濕度在陶瓷摩擦?xí)r影響的研究,可以彌補(bǔ)濕度對(duì)氮化硅陶瓷摩擦學(xué)性能影響研究的不足,闡釋不同濕度下氮化硅陶瓷摩擦行為的變化。另一方面,筆者試圖尋找最適宜材料應(yīng)用的環(huán)境濕度,優(yōu)化氮化硅陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域。

      筆者選擇了三種不同濕度,研究濕度對(duì)氮化硅陶瓷摩擦學(xué)性能的影響,著重考察濕度對(duì)其摩擦機(jī)制轉(zhuǎn)變的影響,揭示摩擦表面形貌形成機(jī)制與減摩機(jī)制,豐富和完善氮化硅陶瓷摩擦學(xué)理論,具有一定的學(xué)術(shù)價(jià)值和理論意義。

      2 試驗(yàn)研究

      2.1 原料

      試驗(yàn)原料為0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼、砂紙、金相拋光劑、實(shí)驗(yàn)室自制王水、脫脂棉、無水乙醇、氮化硅陶瓷。

      2.2 儀器

      試驗(yàn)儀器包括P-1型金相拋光機(jī)、MMW-1型立式萬能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、KQ-250DE型數(shù)控超聲清洗機(jī)、SQP型電子天平、加濕器、S-4800型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡、D/max 2200P型X射線衍射儀、激光掃描電子顯微鏡等。

      2.3 奧氏體不銹鋼盤試樣制備

      在試驗(yàn)之前,需用不同粒度的砂紙對(duì)市購的不銹鋼盤試樣進(jìn)行打磨,將表面的氧化層打磨掉。筆者試驗(yàn)采用的不銹鋼盤試樣需要分別經(jīng)過200目、400目、800目三種不同粒度的砂紙依次打磨,對(duì)打磨后的不銹鋼盤試樣進(jìn)行金相組織分析。采用線切割方法將打磨后的不銹鋼盤試樣分割成小塊,便于后續(xù)拋光及腐蝕。再采用金相拋光機(jī)對(duì)切割后的小塊不銹鋼盤試樣進(jìn)行拋光,隨后經(jīng)過王水腐蝕與無水乙醇清洗,采用X射線衍射儀觀察物相組成,確認(rèn)試樣為0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼材料。

      2.4 氮化硅陶瓷銷制備

      試驗(yàn)所用的氮化硅陶瓷材料由市購的粉末材料燒結(jié)得到,粉末材料有α相納米級(jí)氮化硅、β相微米級(jí)氮化硅和納米級(jí)六方氮化硼,其中六方氮化硼作為固體添加劑。氮化硅陶瓷材料的制備流程為配料、球磨混料、烘干、過篩、裝料、熱壓、脫模,最終得到所需要的氮化硅陶瓷銷試樣。

      2.5 試驗(yàn)方法

      試驗(yàn)利用立式萬能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)來研究在不同濕度下氮化硅陶瓷銷試樣與奧氏體不銹鋼盤的摩擦學(xué)性能,采用上銷下盤的配副方式。采用夾具將氮化硅銷試樣固定在旋轉(zhuǎn)軸上,不銹鋼盤試樣固定在基座上,在壓力作用下使銷試樣和盤試樣端面接觸,軸的轉(zhuǎn)動(dòng)使上下試樣間發(fā)生滑動(dòng)摩擦。所有摩擦試驗(yàn)均在室溫條件下進(jìn)行,相對(duì)濕度分別為30%、60%、90%。所有測(cè)量結(jié)果均可以在計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)時(shí)顯示,同時(shí)記錄并保存試驗(yàn)曲線,對(duì)試驗(yàn)曲線進(jìn)行摩擦因數(shù)分析和磨損率計(jì)算。

      2.6 數(shù)據(jù)處理

      試驗(yàn)的摩擦因數(shù)數(shù)據(jù)由試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)記錄,并由數(shù)據(jù)處理軟件給出,然后計(jì)算出平均摩擦因數(shù)。應(yīng)用Origin軟件對(duì)試驗(yàn)機(jī)輸出的數(shù)據(jù)及摩擦因數(shù)曲線進(jìn)行平滑處理,并計(jì)算出試樣的磨損率,分析摩擦因數(shù)的趨勢(shì)及磨損率,從而進(jìn)行歸納總結(jié),得到試驗(yàn)結(jié)果。

      2.7 檢測(cè)方法

      對(duì)試樣摩擦表面進(jìn)行分析的方法如下:使用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察試樣的摩擦表面和磨屑形貌;使用X射線衍射儀分析試樣的物相組成;使用激光掃描電子顯微鏡分析摩擦表面輪廓,計(jì)測(cè)表面膜厚度,測(cè)量摩擦表面粗糙度;使用X射線能譜分析儀進(jìn)行能譜分析。

      3 結(jié)果與討論

      3.1 不同相對(duì)濕度下摩擦因數(shù)對(duì)比

      圖1所示為不同相對(duì)濕度下氮化硅陶瓷銷試樣的摩擦因數(shù)。通過對(duì)不同濕度下不同成分氮化硅陶瓷銷試樣的對(duì)比分析,得出在氮化硅陶瓷銷試樣中加入六方氮化硼對(duì)摩擦性能有改善作用。為方便表述,用SN代表氮化硅,其后數(shù)值代表相應(yīng)的六方氮化硼含量。但是,在不同濕度條件下,對(duì)氮化硅陶瓷銷試樣中加入六方氮化硼量的多少,要求并不一致,且在相對(duì)濕度60%時(shí),得到了摩擦因數(shù)的最小值,因此說明濕度對(duì)摩擦因數(shù)的影響較大。在相對(duì)濕度30%下,SN30氮化硅陶瓷銷試樣摩擦因數(shù)最小。在相對(duì)濕度60%下,SN10氮化硅陶瓷銷試樣摩擦因數(shù)最小。在相對(duì)濕度90%下,SN20氮化硅陶瓷銷試樣摩擦因數(shù)最小。SN10和SN30氮化硅陶瓷銷試樣在不同濕度下的摩擦因數(shù)整體都較小,SN20氮化硅陶瓷銷試樣的摩擦因數(shù)較大,且SN10氮化硅陶瓷銷試樣在相對(duì)濕度60%時(shí)的摩擦因數(shù)又是其中最小的,因此著重研究SN10和SN30氮化硅陶瓷銷試樣在三種不同濕度條件下的摩擦因數(shù)變化情況。在不同濕度條件下,不同氮化硅陶瓷銷試樣的摩擦因數(shù)存在較大差異,說明濕度對(duì)摩擦因數(shù)的影響較大。

      圖1 不同相對(duì)濕度下氮化硅陶瓷銷試樣摩擦因數(shù)

      3.2 不同氮化硅陶瓷銷試樣摩擦因數(shù)

      圖2所示為SN10和SN30氮化硅陶瓷銷試樣在不同相對(duì)濕度下的摩擦因數(shù)曲線。當(dāng)相對(duì)濕度為30%和90%時(shí),兩者的摩擦因數(shù)均較大,而相對(duì)濕度為60%時(shí),兩者的摩擦因數(shù)均較小。其中,相對(duì)濕度為30%時(shí)摩擦因數(shù)大是由于空氣濕度太低,摩擦表面沒有形成足夠多的氧化物,潤滑作用不明顯。但是當(dāng)空氣濕度上升時(shí),摩擦表面形成含二氧化硅、三氧化二硼或硼酸的摩擦化學(xué)反應(yīng)膜,這一反應(yīng)膜保護(hù)、潤滑或光滑摩擦表面,從而有效降低摩擦因數(shù)和磨損率,在復(fù)合材料中六方氮化硼的減摩作用顯著。同時(shí),這種摩擦化學(xué)反應(yīng)膜的形成與試驗(yàn)材料本征特性、配副方式、潤滑條件等密切相關(guān)。與SN30氮化硅陶瓷銷試樣相比,SN10氮化硅陶瓷銷試樣在相對(duì)濕度為60%時(shí)的摩擦因數(shù)曲線波動(dòng)較小,數(shù)值也更小,因此接下來著重研究SN10氮化硅陶瓷銷試樣的摩擦表面特性。

      圖2 氮化硅陶瓷銷試樣摩擦因數(shù)曲線

      3.3 試樣摩擦表面分析

      圖3所示為在相對(duì)濕度60%下,SN10氮化硅陶瓷銷試樣與奧氏體不銹鋼盤試樣的摩擦表面形貌。由圖3可知,SN10氮化硅陶瓷銷試樣表面形成了明顯的奧氏體不銹鋼轉(zhuǎn)移層,局部有剝落坑,而且奧氏體不銹鋼轉(zhuǎn)移層粘結(jié)成了大片區(qū)域,從而使摩擦變?yōu)閵W氏體不銹鋼自身之間的摩擦,使摩擦因數(shù)降低。與SN10氮化硅陶瓷銷試樣配副的奧氏體不銹鋼盤試樣摩擦表面平整光滑,激光掃描顯微分析結(jié)果表明,奧氏體不銹鋼盤試樣表面粗糙度較好。如圖4所示,在奧氏體不銹鋼盤試樣的摩擦表面取283.6 μm×200 μm的小塊區(qū)域,這塊區(qū)域上的摩擦表面二維輪廓曲線如圖5所示??梢?,奧氏體不銹鋼盤摩擦表面的二維輪廓曲線波動(dòng)幅度較小,高度差較小,由此證明,奧氏體不銹鋼盤試樣的摩擦表面粗糙度值較小,表面比較光滑,與SN10氮化硅陶瓷銷試樣配副時(shí)的摩擦因數(shù)較小。

      圖3 相對(duì)濕度60%下試樣摩擦表面

      圖4 奧氏體不銹鋼盤試樣表面區(qū)域

      圖5 奧氏體不銹鋼盤試樣摩擦表面二維輪廓曲線

      對(duì)與SN10氮化硅陶瓷銷試樣配副的奧氏體不銹鋼盤試樣利用X射線能譜分析儀進(jìn)行能譜分析,如圖6所示,其中位置1為物質(zhì)轉(zhuǎn)移層,位置2為奧氏體不銹鋼盤試樣本身的金屬層。位置1與位置2相比,位置1處的氧含量明顯增大,并且出現(xiàn)了在位置2不存在的元素,如鋁、釔等,這說明該層的物質(zhì)除了有來自奧氏體不銹鋼盤試樣的金屬及金屬氧化物外,還有部分來自于SN10氮化硅陶瓷銷試樣。對(duì)SN10氮化硅陶瓷銷試樣進(jìn)行能譜分析,如圖7所示,顯示SN10氮化硅陶瓷銷試樣的摩擦表面也形成了氧化膜。由于氧化膜的形成,使摩擦表面變得更加光滑。氧化膜主要是含三氧化二硼和二氧化硅的摩擦化學(xué)反應(yīng)膜,可能是因?yàn)槊撾x摩擦表面的陶瓷顆粒被壓入在奧氏體不銹鋼物質(zhì)轉(zhuǎn)移層上,并與環(huán)境中水分子發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng),從而在摩擦表面形成含三氧化二硼和二氧化硅的摩擦化學(xué)反應(yīng)膜。摩擦化學(xué)反應(yīng)膜的形成保護(hù)了摩擦表面,并使之光滑,降低了摩擦因數(shù)。關(guān)于摩擦化學(xué)反應(yīng)膜的形成過程還有待于進(jìn)一步深入研究。

      圖6 奧氏體不銹鋼盤試樣能譜分析

      圖7 SN10氮化硅陶瓷銷試樣能譜分析

      4 結(jié)論

      筆者初步研究了在不同濕度下,氮化硅陶瓷的摩擦學(xué)性能和摩擦機(jī)制,以不同六方氮化硼含量的氮化硅陶瓷銷試樣與0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼盤試樣的配副作為研究對(duì)象,得出以下結(jié)論。

      (1)在氮化硅中加入六方氮化硼可以起到潤滑作用,降低摩擦表面的摩擦因數(shù)。

      (2)當(dāng)六方氮化硼的含量過高時(shí),六方氮化硼的加入一方面阻礙了β相氮化硅晶粒的生長,另一方面使氮化硅陶瓷材料內(nèi)部易產(chǎn)生六方氮化硼偏聚區(qū),在此區(qū)域容易引起應(yīng)力集中而產(chǎn)生脆性破壞,此時(shí)則沒有起到改善氮化硅陶瓷物理力學(xué)性能的作用。

      (3)在不同濕度條件下,對(duì)氮化硅陶瓷銷試樣中加入六方氮化硼量的多少,要求并不一致。在相對(duì)濕度60%時(shí),得到了氮化硅陶瓷銷試樣摩擦因數(shù)的最小值,由此說明濕度對(duì)摩擦因數(shù)的影響較大。

      (4)相對(duì)濕度為90%,摩擦表面雖然能夠形成足夠的氧化物,但是生成的三氧化二硼會(huì)與水分子繼續(xù)發(fā)生反應(yīng),進(jìn)而生成硼酸。硼酸又易水解,溶解在水中并被水流帶走。此時(shí)生成的摩擦化學(xué)反應(yīng)膜消失,與在相對(duì)濕度60%時(shí)對(duì)比,無法起到減摩作用。

      (5)空氣濕度增大時(shí),摩擦表面形成含二氧化硅、三氧化二硼或硼酸的摩擦化學(xué)反應(yīng)膜,這一反應(yīng)膜保護(hù)、潤滑或光滑摩擦表面,從而有效降低了摩擦因數(shù)和磨損率,同時(shí)反映了材料中六方氮化硼所具有的顯著減摩作用。

      由以上研究結(jié)果可知,濕度對(duì)氮化硅陶瓷與金屬配副的摩擦性能具有較大影響,對(duì)應(yīng)最佳摩擦性能的最優(yōu)相對(duì)濕度還需進(jìn)一步研究。

      [1]孫亞光,賀勝利,劉榮安,等.氮化硅陶瓷的制備與應(yīng)用[J].中國陶瓷工業(yè),2016,23(5):31-34.

      [2]李云凱,周張健.陶瓷及其復(fù)合材料[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2007.

      [3]劉陽,曾令可,劉明泉.非氧化物陶瓷及其應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011.

      [4]金志浩,高積強(qiáng),喬冠軍.工程陶瓷材料[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,2000.

      [5]鄒斌,黃傳真,劉含蓮,等.氮化硅基陶瓷刀具材料力學(xué)性能和顯微結(jié)構(gòu)的研究[J].工具技術(shù),2006(2):12-15.

      [6]張永振.材料的干摩擦學(xué)[M].2版.北京:科學(xué)出版社,2012.

      [7]孟凡英,郭紹義,劉曾嶺,等.氮化硅基陶瓷的摩擦磨損特性研究[J].浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào),2008,25(1):79-82.

      [8]吳偉駿,劉軍,張娟,等.多孔氮化硅陶瓷的制備及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].中國陶瓷,2016,52(7):10-13.

      [9]趙瑞,張子英,劉愛紅.氮化硅鐵的性能、制備及其在耐火材料中的應(yīng)用[J].耐火材料,2015,49(1):72-76.

      [10]杜芳林,王雨菲,郭志巖.高性能多孔氮化硅陶瓷的制備進(jìn)展及應(yīng)用[J].青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,37(5):473-478.

      [11]魏永輝,王秀麗.尺寸效應(yīng)下的金屬材料干摩擦研究現(xiàn)狀及展望[J].機(jī)械制造,2016,54(9):1-4.

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