涂层在500 ℃下磨损表面SEM形貌 500 ℃干滑动摩擦条件下, 摩擦接触表面产生极 高的摩擦热。该热量一方面促使涂层表面材料中的一 些软质相(如NiCr) 相间原子力减小而易于剪切, 从涂层中被挤压出来, 发生形变而产生润滑膜[ 10 ]。 另一方面促使BaF2 /CaF2 组元发生脆性向塑性的结构 转变, 涂层润滑性能被进一步激发, 在磨面形成相对 连续的润滑转移膜。润滑转移膜的形成使得Si3N4 球 与涂层间的摩擦接触转变为Si3N4 球与润滑转移膜之 间的摩擦, Si3N4 硬颗粒对润滑膜的切削而导致膜的 脱落与损坏, 损坏的润滑膜被涂层中不断转移出的润 滑膜所填补, 故涂层表面形成相对连续且稳定的润滑 转移膜, 增强了涂层的润滑性能, 阻碍了涂层的磨 损[ 11 ]。磨面润滑膜的产生导致涂层的摩擦因数在经 历跑合期后显著降低, 而连续稳定润滑膜在磨面的覆 盖, 使得涂层摩擦因数最终稳定在某一恒定值不变。 结合图2, 500 ℃时摩擦因数随时间变化趋势符合这 60 润滑与密封第35卷 干滑动摩擦条件下, 与25 ℃时相比, 500 ℃时 涂层的磨痕宽度约降低4616% , 摩擦因数约降低 7212% , 表明涂层减摩作用明显, 耐磨性显著提 高, 在500 ℃干滑动摩擦状态下涂层显示出优异的 自润滑性能, 适于做高温干滑动摩擦接触环境下的 耐磨件。 3 结论 (1) 爆炸喷油NiCr2Cr2O3 2BaF2 /CaF2 复合涂层在 500 ℃干滑动摩擦状态下, 形成均匀致密的润滑转移 膜, 显示出优异的高温自润滑性能; 其涂层摩擦因数 为0120, 磨痕宽度为0163 mm, 与25 ℃时相比, 分 别降低7212%和4616%。 (2) 试验温度显著影响NiCr2Cr2O3 2BaF2 /CaF2 爆 炸喷油涂层的磨损机制, 25 ℃时为黏着磨损和磨粒 磨损, 500 ℃时为严重塑性变形和轻微磨粒磨损。 (上接第56 页) 计算结果与实验结果的基本趋势是 一致的, 这也证明了数值模拟方法结果有一定的可信 度, 也表明将该方法应用在气体润滑领域的可行性。 5 结论 (1) 应用Fluent软件对小孔节流气体静压止推 轴承进行了三维流场的模拟计算, 分析了节流孔孔 径、节流器工作面积、气源供气压力等因素对气体静 压轴承性能的影响。计算结果表明: 止推轴承的承载 能力随着节流孔直径的增大而增大, 在气膜间隙较小 时, 刚度随着节流孔孔径增大而减小, 在气膜间隙较 大时, 刚度随着节流孔孔径的增大而增大; 在保证加 工精度的前提下, 增大节流器工作面尺寸, 以及在保 证气源供气连续的前提下, 增大气腔供气压力, 都可 以显著地改善止推轴承的静态性能。 (2) 在自行设计的实验平台上进行了气体静压 轴承实验, 结果表明, 实验测试结果与数值仿真结果 趋势基本吻合, 说明了该数值模拟方法具有一定的可 行性。该数值模拟方法稳定性高、一致性好, 可以有 效地降低实验成本和节约大量时间, 也为进一步改进 小孔节流气体静压止推轴承的设计, 改善和提高其性 能提供一种研究途径。 (3) 从承载和刚度曲线可以发现, 相同承载力 下实验测得的气膜间隙比数值计算的气膜间隙偏大, 主要是由于实验平台的水平度不好、节流器的加工精 度、气膜间隙的测量方法等因素的影响, 这些因素是 下一步实验研究的重要内容。 |
