润滑添加剂对氮化钛和碳化钛涂层摩擦性能的影响

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1995.0M.008 第17卷第4期 北京科技大学学报 Vol.17 No.4 1995年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Ag.1995 润滑添加剂对氮化钛和碳化钛 涂层摩擦性能的影响 谭志豪)王耀增)周德信3)余梦生) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)首都钢铁公司，北京1000433)新飞电气有限公司研究所，河南新乡453002 摘要研究了在边界润滑条件下，磷型、疏型、疏磷复合型等3类4种添加剂在4种基体上有、无氨 化钛或碳化钛涂层的摩擦、磨损和抗胶合的性能，并用电镜，能谱仪观察了有关现象，对其机理作了 初步探讨。 关健词添加剂/边界润滑，TN涂层，TC涂层，摩擦学行为 中图分类号TH117.1,TG154.5 Effects of Lubricant Additives on Tribological Behavior of TiN and Tic Coatings Tan Zhihao)Wang Yaozeng?)Zhou Dexin)Yu Mengsheng) 1)Institute of Mechanical Engineering.USTB,Beijing 100083,PRC 2)Shoudu Iron and Steel Company 3)Research institute of Xinfei Electronics Co,Ltd,Henan Xinxiang ABSTRACT Investigates the effects of the P type,S type and S-P type lubricant additives on friction,wear and scuffing resistance of base materials with and without TiN and TiC coatings. SEM and AES were used to analyze the surface texture and the mechanism of friction on the samples was discussed. KEY WORDS additives boundary lubrication,TiN coatings,TiC coatings,tribological behavior 对氨化钛和碳化钛涂层的研究大体上有以下3个方面：涂层的工艺条件（如沉积温度、 速度、压力等)对涂层性质的影响；涂层的使用工况（如温度、速度、气氛、载荷等）对涂 层摩擦磨损性能的影响；各种润滑条件下，涂层的摩擦学机理，至今，第一方面取得的成果 最多，第三方面最薄弱，尤其是对边界润滑下的摩擦学性能的研究，在国内外的文献资料中 尚未见到·作者研究了边界润滑下，在有、无添加剂作用时，氨化钛或碳化钛涂层与钢试件 对磨时的摩擦学性能，并在此基础上，探讨了涂层的磨损机理及润滑添加剂的影响，】. 1 实验装置与方法 试件Cr12MoV基体上的氨化钛涂层用物理气相沉积得到，W1gC,V(高速钢入T10A 1994-07-10收稿 第一作者男58岁副敏授

第 ￾ 卷 第￾期 北 京 科 技 大 学 学 报 ￾望巧 年 ￾月 ￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾ ￾心 ￾ ￾ ￾嗯 ￾ 】望巧 润 滑添加剂 对氮化钦和碳化钦 涂层摩擦性能 的影 响 谭志 豪 ’￾ 王耀增 ￾￾ 周德信 ’￾ 余梦生￾ ￾￾北京 科技大学机械工程学 院 ， 北京 ￾以￾冷￾ ￾ 首都钢铁公 司 ， 北京 ￾侧】￾￾ ￾ 新飞电气有限公司研究所 ， 河南新乡 ￾￾￾￾ 摘要 研究 了在边界 润滑条件下 ， 磷型 、 硫型 、 硫磷复合型等 ￾类 ￾种添加剂在 ￾种基体上 有 、 无 氮 化钦或碳化钦涂层 的摩擦 、 磨损和抗胶合的性 能 ， 并用 电镜 、 能谱仪观察了有 关现象 ， 对其机理作了 初步探讨 ￾ 关健词 添加剂 ￾边界润 滑 ， ￾汹 涂层 ， ￾〔 涂层 ， 摩擦学行为 中圈分类号 刀通￾￾ ￾ ￾ ， ￾￾￾￾￾ ￾伟沈￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾邵 ￾ ￾ ￾￾￾￾ ’￾ 环勺”￾ 丫既公卿￾￾￾ ￾爪川 ￾已戈 ￾￾ ’￾ ￾ ￾胡那爪邢￾’￾ ￾ ￾招￾￾￾￾￾ ￾ ￾伐如￾￾因 ￾林团￾ ￾ ， ￾￾￾￾ ， 肠」￾ ￾臼洲犯￾ ， ￾￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾ ￾ ￾ ￾￾￾ ￾枉兄￾肠功￾￾￾￾ ￾ ￾￾。川出 云‘￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾佰 ￾￾。沈功￾岛 伪 ， ￾￾￾ ， ￾曰能￾ 为￾￾￾￾￾ ￾￾汀￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾媲 ￾ ￾坏比怒 ￾￾￾ ￾ ￾￾￾ ， ￾ ￾￾￾ ￾￾ ￾一 ￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾明荡 ￾￾ 衍以￾￾￾， ￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾任泣￾ ￾￾￾￾ ￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾邵 ￾ ￾￾￾ ￾￾￾ ￾五￾ 认吧￾ ￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾邓 ￾￾￾ ￾￾￾五￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾￾ ￾篮℃￾￾￾此￾ ￾￾￾以￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾ 姚 ￾ ￾￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾巴 ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ， ￾￾ ￾￾￾￾￾￾， ￾￾￾ ￾￾￾罗 ， ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ 对氮化钦 和碳 化钦涂层 的研究 大 体 上 有 以下 ￾个 方 面 ￾ 涂 层 的工 艺条件 ￾如沉积温度 、 速度 、 压力等 ￾ 对涂层性 质 的影 响 ￾ 涂层 的使用工 况 ￾如温度 、 速度 、 气氛 、 载荷等 ￾ 对涂 层摩擦磨损性 能 的影 响 ￾ 各种 润滑 条件下 ， 涂层 的摩擦 学 机理 ￾ 至今 ， 第 一方 面取得 的成果 最多 ， 第 三方 面 最 薄弱 ， 尤其是 对边界 润 滑下 的摩 擦学性 能 的研究 ， 在 国 内外 的文献资料 中 尚未见到 ￾ 作 者研究 了边界 润 滑 下 ， 在有 、 无添加剂作用 时 ， 氮化钦 或碳 化钦涂层 与钢试件 对磨 时的摩擦 学性能 ， 并 在 此 基础 上 ， 探讨 了涂层 的磨损 机理及 润 滑添加 剂 的影 响 〔’ ， ￾￾ ￾ ￾ 实验装置与方法 试 件 ￾￾￾ ￾￾￾ 基 体上 的 氮 化 钦 涂 层 用 物 理 气 相 沉 积 得 到 ， ￾ ￾￾ ￾乓 ￾ 高速钢 ￾ 、 ￾￾￾￾ ￾望科 一 ￾ 一 ￾￾收稿 第一作者 男 ￾ 岁 副教授 ＤＯＩ：１０．１３３７４／ｊ．ｉｓｓｎ１００１－０５３ｘ．１９９５．０４．００８

·346 北京科技大学学报 1995年No.4 (工具钢)、YG8(硬质合金)基体上的碳化钛涂层用化学气相沉积得到，试环材料为Q235 钢·试件与试环均按试验标准要求制造，其主要参数：无涂层试件的表面粗糙度Ra为 0.6m,有涂层试件TiN的R。为0.64m,TiC的R,为0.84m,试环的R为1.32μm.同样基体 的有、无涂层的试件，其热处理工艺相同：Cr12MoV是1050℃油淬，500℃回火； W1gCr4V是1280℃淬火，550℃二次回火；T10A是790℃油淬，200℃回火；YG8和 Q235不热处理，无涂层试件Cr2MoV、T10A的表面硬度为~800Hv,W1gCr,V为~900Hv, YG8为~1600Hv;有涂层试件TiN的表面硬度为1900~2400Hv,TiC为2800~3200Hv. 实验在MHK一500环块磨损试验机上进行，摩擦力和胶合极限由该机测出，由微处理 机与记录仪采样记录；试环的磨损按失重计算，用万分之一天平秤出，试块的磨损按失去的 体积计算，用读数显微镜测量磨痕的办法确定，润滑基础油，C12MoV用的是医用液体石 蜡，其余是新牌号46#机油.添加剂包括：硫化烯烃棉子油(T405)、二叔丁基二疏醚 (DBDS)、亚磷酸二正丁脂(DBP)、二烷基二硫代磷酸锌(ZnDTP)·用S一250MK2型 扫描电镜及能谱仪观察分析摩擦副的表面形貌和成分· 为保证每次运行均处于边界润滑，通过试验确定了每次加载的载荷等级序列，载荷分为 11级，有涂层时由490N至5390N,无涂层时由294N至3234N.上述材料在初级载荷时，膜 厚比均在0.260~0.454之间，保证了边界润滑所需的膜厚比. 2试验结果与分析 2.1添加剂对胶合极限的影响 胶合极限高承载能力相应也高，现将不同基体上有、无涂层的试件，在使用不同添加 剂时，测得的胶合极限列于表1.由表看出： (1)在用基础油润滑时，有涂层试件的胶合极限比无涂层的高，以WCr,V的 TC涂层最高，可达6倍. (2)疏型T405添加剂能提高前3种无涂层试件的极限载荷，但降低YG8试件的胶合 极限；它能少量提高TN涂层试件的胶合极限，但对TC涂层不是降低就是无效， (3)硫型DBDS添加剂能提高前3种无涂层试件的胶合极限，但降低YG8试件的胶合 极限；它能提高TN涂层的胶合极限达4倍之多，但对TC涂层不是无效就是降低. 表1试件的胶合极限载荷/×10N Cri2 MoV Wis CraV TIOA YG8 润滑油 无 TN涂层 无TiC涂层 无 TC涂层 无TC涂层 基础油 2~3 9-12 4 24 6 10 9 15 T405 79 1215 15 10 9 10 6 15 DBDS 9 40-50 15 10 9 9 6 15 DBP 12-14 2325 9 >50 12 >50 6 20 ZnDBP 18~21 48 1830-35 15 20 18 45

· ￾闷￾ · 北 京 科 技 大 学 学 报 ￾卯￾年 ￾￾ ￾ ￾ ￾工具 钢 ￾ 、 ￾￾￾硬质合金 ￾基 体上 的碳 化钦 涂 层 用 化 学 气 相 沉积 得 到 ， 试 环 材 料 为 ￾￾￾ 钢 ￾ 试件 与 试 环 均 按 试 验标 准 要 求 制 造 ， 其 主 要 参数￾ 无 涂 层 试 件 的 表 面 粗 糙 度 ￾￾ 为 ￾￾拜￾ 有涂层 试件 ￾￾ 的 ￾ 。 为 ￾￾料￾，￾￾ 的 ￾ ￾ 为 ￾￾拜￾ 试 环 的 ￾ 为 ￾ ￾ ￾却￾ 同样基 体 的 有 、 无 涂 层 的 试 件 ， 其 热 处 理 工 艺 相 同￾ ￾ ￾￾ ￾￾￾ 是 ￾￾ ℃ 油 淬 ， ￾￾ ℃ 回 火 ￾ ￾ ￾￾ ￾几 ￾ 是 ￾￾￾￾ ℃ 淬 火 ， ￾￾￾￾ 二 次 回 火 ￾ ￾￾￾￾ 是 ￾￾￾℃ 油 淬 ， ￾￾ ￾ 回 火 ￾ ￾￾￾和 ￾￾￾￾不 热处理 ￾ 无涂层试件 ￾￾￾ ￾￾￾ 、 ￾￾￾ 的表 面硬度 为 一 ￾￾ ￾￾ ， ￾ ￾￾ ￾‘ ￾ 为一 ￾￾ ￾￾ ， ￾￾￾为 一 ￾￾￾ ￾￾ ￾有 涂层 试件 ￾￾ 的表 面硬 度为 ￾￾￾ 一 ￾￾￾ ￾￾ ， ￾￾￾ 为 ￾￾￾ 一 ￾￾￾ ￾￾ ￾ 实验在 ￾￾￾一 ￾￾ 环 块磨损试验机上进行 ， 摩擦力和胶合极 限 由该机测 出 ， 由微 处理 机 与记录仪采 样记录 ￾ 试环 的磨损按失重计算 ， 用万分之一天 平秤 出 ， 试块 的磨损 按失 去 的 体积计算 ， 用读数显微镜测 量 磨 痕 的办法确定 ￾ 润 滑 基 础 油 ， ￾￾￾￾ ￾￾￾ 用 的 是 医 用 液 体 石 蜡 ， 其 余 是 新 牌 号 ￾ ￾ 机 油 ￾ 添 加 剂 包 括 ￾ 硫 化 烯烃棉 子 油 ￾￾￾￾￾￾ 、 二 叔 丁 基 二 硫 醚 ￾￾￾￾￾￾ 、 亚磷 酸二正 丁 脂 ￾￾￾￾ 、 二烷基二硫代磷酸锌 ￾￾瓦￾￾￾￾ ￾ 用 ￾一 ￾￾￾￾￾型 扫描 电镜及 能谱 仪观 察分 析摩 擦 副 的表 面形 貌和成分 ￾ 为保 证每 次运 行 均处于 边 界 润滑 ， 通 过试验确定 了每 次加载 的载 荷等 级序 列 ￾ 载 荷分 为 ￾ 级 ， 有 涂层 时 由 ￾￾ ￾ 至 ￾￾￾ ￾ ， 无涂层 时由 ￾￾￾ 至 ￾￾￾ ￾ ￾ 上述材料在初 级载荷 时 ， 膜 厚 比均 在 ￾￾￾一 ￾￾￾之 间 ， 保证 了边界 润 滑所需 的膜 厚 比 ￾ ￾ 试验结果 与分析 ￾￾添 加 剂 对胶合极 限 的影 响 胶合极 限高承 载 能力 相 应 也 高 ￾ 现将不 同基体上有 、 无 涂 层 的 试 件 ， 在 使 用 不 同添 加 剂 时 ， 测 得 的胶合极 限列 于 表 ￾ ￾ 由表 看 出￾ ￾￾ 在 用 基 础 油 润 滑 时 ， 有 涂 层 试 件 的 胶 合 极 限 比 无 涂 层 的 高 ， 以￾ ￾ ￾‘￾ 的 ￾￾ 涂层 最高 ， 可 达 ￾倍 ￾ ￾ 硫 型 ￾￾￾ 添加 剂 能提 高前 ￾种 无涂层试件 的极 限载 荷 ， 但 降低 ￾￾￾试 件 的 胶 合 极 限 ￾ 它 能少量 提 高 ￾￾ 涂层 试件 的胶合极 限 ， 但 对 ￾￾ 涂层 不 是 降低就是 无效 ￾ ￾ 硫 型 ￾￾￾￾添 加剂 能提 高前 ￾种无涂层试件 的胶合极 限 ， 但 降低 ￾￾￾试 件 的胶 合 极 限 ￾ 它 能提 高 ￾￾ 涂 层 的胶合 极 限达 ￾倍 之 多 ， 但 对 ￾￾ 涂 层不 是 无效就 是 降低 ￾ 表 ￾ 试件 的胶合极 限载荷￾ ￾ ￾ ￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾ ￾￾ ￾‘ ￾ ￾￾￾ 润 滑油 无 ￾入 涂层 无 ￾￾￾ 涂层 ￾￾￾￾ 无 ￾￾￾ 涂层 无 ￾￾ 涂层 ￾巧 基 础 油 巧￾ ￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾〕￾ ￾￾￾ ￾刊￾￾￾ ￾一 ￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾￾一 ￾￾ ￾￾￾ ￾￾ ￾一 ￾￾ ￾￾一 ￾￾ ￾ 一 ￾ ￾￾一 ￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾ ￾￾ 巧 ￾￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾ ￾ 巧 巧

Vol.17 No.4 谭志豪等：润滑添加剂对氨化钛和碳化钛涂层摩擦性能的影响 347. (4)磷型DBP添加剂能提高前3种无涂层试件的胶合极限，但降低YG8的极限载 荷；它能提高各种有涂层试件的胶合极限，以T10A的TC涂层试件为最佳，可达5倍之多， (5)硫磷复合型ZDTP添加剂能提高各种有、无涂层试件的胶合极限，对无涂层的 Cr2MoV和W18Cr,V分别提高8和4.5倍，对TiN及YG8的TiC涂层提高4.6和3倍. 2.2添加剂对各种涂的层磨损率的影响 从图1~4可看出：(1)用基础油润滑时，有涂层试件的磨损率比无涂层大大减小， 无涂层添加剂 0硫型T405还加剂 ●有涂层添加剂 10- 印z 章硫型DBDS添加剂 磷型DBP添加剂 0硫磷复合型ZnDTP 10- 10 10-" 10-8 塑 10 10 30 35 15 30 35 F×10/N F×102/N 图2添加剂对W1Cr4V的TC涂层磨损率的影响 图1添加剂对Cr MoV的TN涂层磨损率的影晌 (图中曲线符号同图1) 10- 10-6 无涂层添加剂 E 口英型T405萨加剂 。有涂层添加剂 ●疏型DBDS添加剂 10-7 10-7 5磷型DBP添加剂 硫磷复合型ZnDTP 10- 10- 密 10 15 30 15 30 F×10:N F×102jN 图3添加剂对TI0A的TC涂层磨损率的影响 图4添加剂对YG8的TC涂层磨损率的影响 (图中烛战对号同图3) (2)加入添加剂后，无论基体有无涂层，痨损率一般均要增加，只是不同的添加剂增 加的幅度不同；磨损率一般随载荷的增加而降低·

￾￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾ 谭志 豪等￾润滑 添 加 剂 对氮化 钦 和 碳化 铁 涂 层 摩 擦 性 能 的影 响 · 拼￾ · ￾￾ 磷 型 ￾￾ 添 加 剂 能 提 高 前 ￾种 无 涂 层 试 件 的 胶 合 极 限 ， 但 降 低 ￾￾￾ 的 极 限 载 荷 ￾ 它能提高各种有涂层试件的胶合极限 ， 以 ￾￾￾ 的 ￾￾ 涂层试件为最佳 ， 可 达 ￾倍之多 ￾ ￾ 硫 磷 复 合 型 ￾宜￾￾￾ 添 加 剂 能 提 高 各 种 有 、 无 涂 层 一 试件 的胶 合 极 限 ， 对 无 涂 层 的 ￾ ，￾￾￾￾ 和 ￾ ￾， ￾几 ￾ 分别提高 ￾和 ￾￾倍 ， 对 ￾￾ 及 ￾￾￾的 ￾￾ 涂层 提高 ￾￾和 ￾倍 ￾ ￾￾ 添加 剂对各种涂的层磨损 率 的影 响 从图 ￾一 ￾可看 出￾ ￾￾ 用基础油 润滑 时 ， 有 涂层 试件 的磨 损率 比无涂层大大 减 小 ￾￾ 一 日 ￾。 ￾ ￾ ￾￾ ￾ 斯锌召 尸、￾ ￾￾ 一 ‘ ￾ 日 之 厂 ￾￾ 一 ￾ 口 弓 蠢 ￾。一 骤 翔 ￾￾ 一 ￾ 一 ￾、仙 ￾一匕。 一。 ￾︸ 日 ￾之 ￾撼吸骤￾翻昌 ￾￾ 一 ’」 ￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾￾，￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾￾，￾￾ 图 ￾ 添加剂对 ￾ ￾￾￾￾￾ 的 ￾￾、 涂层磨损率 的影响 图 ￾ 添加 剂对 ￾ ，￾ ￾‘ ￾ 的 下￾ 涂层磨损率的影 响 ￾图 中曲线 符号 同 图 ￾ 门 一。三 ￾之 ￾￾ 一 ￾ 。 ￾ 军象睽婆 曰一￾‘￾ ︻。一之 ￾日 已 三 彭 ￾￾ 一 “ 吸 军 物 ￾￾ 一 ￾ 立 ‘ ￾ 无 涂层 添 加 剂 ￾ 硫 型 ￾￾￾￾添 加 剂 补人 。 有 涂 层 添 加 剂 ￾ 硫 型 ￾ ￾￾￾添 加 剂 万磷 型 ￾ ￾￾添 加 剂 ￾ 硫 磷 复合型 乙￾￾￾￾ 、 ‘卜￾ ￾ 一 、， ￾司扁 ￾￾ 一 ￾ ￾￾ 一 ， ￾ 加 尸阮洲力‘吧￾ 一 洲 ￾ ￾ ￾￾￾￾￾ ￾ ￾ ￾ 二 ￾ 一 ￾ ￾ ‘ ￾ ‘ 二 ‘ ￾￾ 、 人 ￾ ￾ ‘。 一 二 ‘ ￾， ￾ ‘ 图 ￾ 田 ￾ 凉刀￾俐 坷 ￾￾￾￾ 俐 ￾】￾ 冻层僧坝平 俐 影 川￾ 添 加 剂对 ￾￾￾的 ￾￾ 涂层磨损率 的影 响 ￾图 中 曲线 符 号 同图 ￾￾ ￾￾ 加 入 添加 剂 后 ， 无论基体有 无涂 层 ， 磨 损 率一 般 均 要 增 加 ， 只 是 不 同 的添 加 剂 增 加的 幅度不 同￾ 磨 损率一 般 随载 荷 的增 加 而 降低 ￾

·348 北京科技大学学报 1995年No.4 (3)硫型T405添加剂在载荷小于1.5kN时，能降低YG8的TiC涂层试件的磨损率； 磷型DBP添加剂，在载荷大于3.5kN时，对WBCr,V和TI0A的TiC涂层的磨损率，与 无添加剂时近似；疏磷复合型ZnDTP添加剂，对于Cr2MoV的TN涂层，在载荷大于 I.3kN时，其磨损率与无添加剂近似. 23添加剂对摩擦系数的影响 (I)用基础油润滑时，除Cr2MoV上的TN涂层和YG8上的TiC涂层的摩擦系数略低 于无涂层的外，其余的均略高于无涂层试件的 摩擦系数· 0.20R (2)无论有无涂层和是否使用添加剂，摩 ·无涂层添加剂 。硫型T405添加剂 擦系数均随载荷的增加而减小，减小幅度随 。有涂层笨加剂 ●硫型DBDS加凡 0.15h 添加剂不同而异，最后趋于一个稳定值· 下磷型DBP茶加剂 e硫确复合型ZnDTP (3)硫型T405添加剂，当载荷大于1.7kN 时，能将Cr2MoV的TiN涂层的摩擦系数降 熙0.10 到O.01左右；硫型DBDS添加剂，当载荷大 的 于3kN时，能将上述TN涂层的摩擦系降到 0.05h 0.005左右；磷型DBP添加剂能略降低TiC和 00 TiN涂层的摩擦系数；硫磷复合型ZDTP能 0.00L b965o 0 15 30 35 略降低TlOA的TiC和WsCr,V的TiN涂层的 F×102/N 摩擦系数.各种添加剂对CrMoV的TN涂 图5添加剂对Cr1zMoV的TiN涂层摩擦系数的影响 层摩擦系数的影响见图5. 2.4结果分析 (I)当基体表面有TN或TC涂层时，因其致密、硬度高，能大大提高抗胶合性能和 耐磨性.这两种涂层都有一定的自润滑性，故能降低摩擦系数，由于TN和TC的性质有 差别，所以其摩擦性能也不完全相同， (2)当基体表面同时有涂层和添加剂时，如果载荷较低，主要是涂层起作用，如果载 荷较高，则温度也升高，添加剂中的硫、磷等活性元素与从基体扩散出来的铁元素生成的化 学反应膜也参与作用，故抗胶合能力进一步提高，这已由电镜和能谱仪得到证实，但对涂层 来说，它却起到腐蚀作用，增加了磨损率，化学反应膜在高温下的剪切强度较低，且较稳 定，因而摩擦系数低而恒定.由于硫或磷等活性元素与TN或TC涂层生成的反应膜的物 理化学性能有差异，故其摩擦学性能也有所不同· (3)在无涂层时，某种添加剂和基体能生成摩擦性能较为理想的反应膜，但在基体上 有涂层时，由于屏蔽作用，添加剂不能直接和基体生成反应膜，因而摩擦性能下降.此时需 用另一种能与涂层生成较为理想的反应膜的添加剂来代替· (4)从读数显微镜和电镜看到，当涂层与试块对磨时，在涂层的表面产生一层由试环 的金属及氧化物等形成的褐色“转移膜”，其成分主要是铁元素.它的存在改善了摩擦副的 接触状况，也为添加剂提供了生成反应膜的条件·

· ￾￾ · 北 京 科 技 大 学 学 报 ￾卯￾年 ￾￾ ￾ ￾ ￾ 硫 型 ￾￾ 添加 剂 在 载荷小 于 ￾ ￾ ￾ ￾￾ 时 ， 能 降低 ￾￾￾ 的 ￾￾ 涂 层 试 件 的 磨 损 率￾ 磷 型 ￾￾￾ 添加 剂 ， 在 载荷大 于 ￾￾ ￾￾ 时 ， 对 ￾ ，￾￾几￾ 和 ￾￾￾ 的 ￾￾ 涂 层 的磨 损 率 ， 与 无 添 加 剂 时 近 似 ￾ 硫 磷 复 合 型 ￾瓦￾开 添 加 剂 ， 对 于 ￾￾￾ ￾￾￾ 的 ￾￾ 涂 层 ， 在 载 荷 大 于 ￾ ￾ ￾￾￾ 时 ， 其磨损 率 与 无 添加 剂 近 似 ￾ ￾￾ 添 加 剂对摩擦系数的影 响 ￾￾ 用基 础油 润 滑 时 ， 除 ￾￾￾￾ ￾￾￾ 上 的 ￾￾ 涂层 和 ￾￾￾上 的 ￾￾ 涂层 的摩 擦 系数 略低 于 无涂层 的外 ， 其余的均 略高于 无涂层试件 的 ￾￾ 彭吸球翻 摩擦 系数 ￾ ￾ 无论有 无涂层 和是否 使用 添加剂 ， 摩 擦 系数均 随载 荷 的 增 加 而 减 小 ， 减 小 幅 度 随 添加剂 不 同而 异 ， 最后 趋于 一个稳定值 ￾ ￾￾￾硫型 ￾￾￾￾添 加 剂 ， 当载 荷 大 于 ￾ ￾ ￾￾￾ 时 ， 能 将 ￾￾ ，￾￾￾￾ 的 ￾￾ 涂层 的摩 擦 系 数 降 到 ￾￾ 左 右 ￾ 硫 型 ￾￾￾￾ 添 加 剂 ， 当载 荷 大 于 ￾￾￾ 时 ， 能 将 上 述 ￾￾ 涂 层 的摩 擦 系 降 到 ￾￾￾￾左右 ￾ 磷 型 ￾￾￾ 添加 剂能 略 降低 ￾￾ 和 ￾￾ 涂层 的 摩 擦 系 数 ￾ 硫 磷 复 合 型 ￾瓦￾￾￾ 能 略降低 ￾￾￾ 的 ￾￾ 和 ￾ ￾￡￾￾ 的 ￾￾ 涂 层 的 摩擦 系 数 ￾ 各种 添加 剂 对 ￾￾拟 ￾￾ 的 ￾￾ 涂 层摩 擦 系数的影 响见 图 ￾ ￾ ￾ 无 涂 层 添 加 剂 ￾ 硫 型 ￾￾￾￾添 加 剂 ￾ ￾ 有 徐 层 添 加 剂 ￾ 硫 型 ￾￾￾￾添 加 执 ，丁 礴 型 ￾￾￾添 加 剂 匆硫 礴 复合型 乙心￾￾ ￾ 、 』￾ ￾ ￾￾ 一 月 ， ‘ ￾饭￾ ￾ ￾ ￾￾，￾￾ 图 ￾ 添加 剂对 ￾￾￾￾ ￾￾￾ 的 ￾￾￾ 涂层摩擦系数 的影 响 ￾￾ 结 果分析 ￾￾ 当基体表 面有 ￾￾ 或 ￾￾ 涂层 时 ， 因其致 密 、 硬 度 高 ， 能 大 大 提 高 抗 胶 合 性 能 和 耐磨性 ￾ 这两种 涂层都有 一定 的 自润 滑 性 ， 故 能 降低 摩 擦 系 数 ￾ 由于 ￾￾ 和 ￾￾ 的性 质 有 差 别 ， 所 以其摩 擦性 能也 不完 全相 同 ￾ ￾ 当基体表 面 同时有 涂 层 和 添加 剂 时 ， 如果 载荷较 低 ， 主 要 是 涂 层 起 作 用 ， 如 果 载 荷 较高 ， 则 温度也 升高 ， 添加剂 中的硫 、 磷 等 活性元 素与从基 体扩散 出来 的铁元 素生成 的化 学反 应膜也参 与作 用 ， 故抗 胶合 能力进一步提 高 ， 这 已 由电镜和 能谱仪得到 证实 ￾ 但 对涂层 来说 ， 它却起到 腐蚀作 用 ， 增 加 了磨损 率 ￾ 化 学 反 应 膜 在 高 温 下 的 剪 切 强 度 较 低 ， 且 较 稳 定 ， 因而 摩 擦 系数低 而 恒 定 ￾ 由于硫或磷 等 活 性 元 素 与 ￾￾ 或 ￾￾ 涂 层 生 成 的 反 应 膜 的 物 理 化学性 能有 差 异 ， 故其摩擦 学性 能 也有 所不 同 ￾ ￾￾ 在 无涂层 时 ， 某 种 添加 剂和基 体能生成摩擦性 能较 为理 想 的 反 应 膜 ￾ 但 在 基 体 上 有涂层 时 ， 由于 屏 蔽作 用 ， 添加 剂不 能直接 和基体生成 反 应膜 ， 因而 摩擦性 能下 降 ￾ 此 时需 用 另 一种 能 与涂层 生成较为理 想 的反 应膜 的添加剂来代替 ￾ ￾ 从读数显微镜 和 电镜看 到 ， 当涂层 与试块 对磨 时 ， 在 涂 层 的 表 面 产 生 一 层 由 试 环 的金 属及 氧 化物 等 形 成 的褐 色 “ 转移 膜 ” ， 其成分 主要 是 铁元 素 ￾ 它 的 存 在 改 善 了 摩 擦 副 的 接触状 况 ， 也 为 添加剂提供 了生 成反 应膜 的条件 ￾

Vol.17 No.4 谭志章等：润滑添加剂对氨化钛和碳化钛涂层摩擦性能的影响 .349 (5)从读数显微镜和电镜看到，涂层在正常磨损阶段，其磨损形式主要是犁沟或徽切 削，由于涂层的硬度很高和转移膜的存在，这种磨损是很轻微的；当载荷过高，引起基体 较大的变形，，或试环表面的微凸体和硬磨粒以很高的速度及压力冲击涂层的表面时，可使涂 层压遗或开裂，使基体与试环直接接触，发生严重胶合， (6)TN和TC涂层的导热性很差，起到绝热屏壁作用，使基体的温度难以升高，保 证了基体的硬度和强度，有效地防止涂层被压遗· 3结论 (1)硫型T405添加剂能提高前3种无涂层试件的胶合极限；仅在载荷低于1.5kN时，能 降低YG8的TC涂层的磨损率；在中等载荷时，能将TN涂层的摩擦系数降到O.01左右， (2)硫型DBDS添加剂能提高前3种无涂层试件的胶合极限；能提高TN涂层的胶合 极限达4倍，但对TC涂层不是无效就是降低；当载荷大于3kN时，能将TN涂层的摩 擦系降到0.005左右， (3)磷型添加剂DBP能提高4种基体上涂层的胶合极限，并以T10A的TiC涂层为最 佳，可达5倍之多. (4)硫磷复合型ZDTP添加剂能较好低提高以上各种有、无涂层试件的胶合极限. 参考文献 1 Tan Zhihao,Wang Yaozeng,Yu Mengsheng.The Effects of Lubricant Additives on Friction,Wear and Scuffing Resistance of Physical Vapor Deposited TiN Coatings.Proceedings of the Japan Intemational Tribology Conference Nagoya,1990 II.Tokyo:Japanese Society of Tribologists,1990.10851088 2 Tan Zhihao,Zhou Dexin,Yu Mengsheng.The Effects of Lubricant Additives on Tribological Behaviors of CVD-Tic Coatings under Boundary Lubrication Condition.Proceedings volume 2.Budapest:6th Interational Congress on Tribology,1993.316~321

￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾ 谭 志 豪等￾润滑 添 加剂 对氮 化 铁 和 碳化 钦 涂 层 摩 擦 性 能 的影 响 · 驯夕 ￾ ￾￾ 从读数显微镜和 电镜看到 ， 涂 层 在 正 常 磨 损 阶段 ， 其 磨 损 形 式 主 要 是 犁 沟 或微 切 削 ， 由于 涂层 的硬度很高和转 移膜 的存在 ， 这种磨 损是 很轻微 的￾ 当载 荷 过 高 ， 引 起 基 体 较大 的变形 ， ，或试环表 面 的微 凸体和硬 磨粒 以很 高 的速 度及 压力冲击涂 层 的表 面 时 ， 可使涂 层压溃或开裂 ， 使基体 与试环直接接 触 ， 发 生严重胶合 ￾ ￾ ￾￾ 和 ￾￾ 涂层 的导热性很 差 ， 起到 绝热 屏 壁 作 用 ， 使 基 体 的 温 度 难 以 升 高 ， 保 证了基体的硬 度和 强度 ， 有效地 防止涂层被 压溃 ￾ ￾ 结 论 ￾￾ 硫型 ￾￾ 添加剂能提高前 ￾种 无 涂层 试件 的胶合极 限 ￾ 仅在 载荷低于 ￾ ￾ ￾￾￾ 时 ， 能 降低 ￾￾￾的 ￾￾￾ 涂层 的磨 损率￾ 在 中等 载 荷 时 ， 能 将 ￾￾ 涂 层 的 摩 擦 系 数 降 到 ￾￾ 左右 ￾ ￾ 硫 型 ￾￾￾￾ 添加 剂 能提 高前 ￾种 无涂层试 件 的 胶 合极 限 ￾ 能 提 高 ￾汹 涂 层 的胶 合 极 限达 ￾倍 ， 但 对 ￾￾ 涂层不 是 无效 就 是 降低 ￾ 当载 荷 大 于 ￾￾￾时 ， 能 将 ￾￾ 涂 层 的 摩 擦系 降到 ￾￾￾左右 ￾ ￾ 磷 型添加剂 ￾￾￾ 能提 高 ￾种基 体上 涂 层 的 胶 合极 限 ， 并 以 ￾￾￾￾ 的 ￾￾ 涂 层 为最 佳 ， 可 达 ￾倍之多 ￾ ￾ 硫磷复合型 ￾瓦￾￾￾ 添加剂 能较好低提高以 上 各种有 、 无涂层试件的胶合极 限 ￾ 参 考 文 献 ￾ ￾出￾ 刀同腼￾， 认铂堪 、恤。次￾￾￾ ， ￾￾ ￾￾￾邵￾￾￾ ￾ 口￾犯 ￾￾￾ ￾ ￾￾￾“￾￾ 凡场石镭 ￾￾ ￾￾由氏 ￾比￾ ￾劝 女吐吨 ￾￾￾切旧沈 ￾ ￾￾那￾￾习 ￾￾ ￾ ￾￾英￾抚幻 ￾￾ ￾ ￾￾娜 ￾ ￾￾。目￾￾邵 ￾ 此 殆￾￾ ￾￾￾￾由￾ ￾￾刀￾留 ￾￾￾劫￾￾ ￾￾即珍 ， ￾￾男￾ ￾ ￾ ￾￾￾￾ 】￾￾￾￾巴记 反心砌 ￾ ￾￾￾沙￾ ， ￾￾明〕 ￾ ￾璐￾一 ￾能￾ ￾ ￾￾ 刀￾￾￾￾￾， ￾￾￾ 块￾ ， ￾￾ ￾￾多￾￾￾￾ ￾ 卫犯 ￾伟沈￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾从乏 ￾￾ ￾￾加￾沙习 ￾七抽幼心￾ ￾ ￾￾￾ 一 ￾￾￾ 山 ￾血邵 训山￾ ￾￾￾侧 ￾￾￾￾￾ 伽 ￾￾￾石￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾邵 ￾￾￾吐祀 ￾ ￾ ￾议加娜 ￾ 日五 ￾￾￾￾坦￾￾￾ 助 ￾即愁 ￾ ￾￾￾￾￾ ， ￾卯￾ ￾ ￾￾一 ￾￾