1、摩圣摩擦再生表面分析技术摩圣摩擦再生表面分析技术 清华大学清华大学 刘刘 家家 浚浚 摩擦再生表面的宏观特征摩擦再生表面的宏观特征胜利油田柴油发动机缸套加胜利油田柴油发动机缸套加摩圣后运行摩圣后运行2000小时小时哈密机务段机车水泵齿轮加摩哈密机务段机车水泵齿轮加摩 圣后运行圣后运行40万公里万公里南京自来水公司供水泵巴氏合金轴瓦 未用摩圣未用摩圣 使用摩圣使用摩圣 表面硬度测量表面硬度测量硬度显著增加，达到陶瓷硬度显著增加，达到陶瓷 或类金刚石的水平或类金刚石的水平需要用显微硬度计和纳米压痕仪测量需要用显微硬度计和纳米压痕仪测量 磨痕表面硬度的测量磨痕表面硬度的测量 圆盘显微硬度对比图圆盘显
2、微硬度对比图120100200300400500HV Hardness/MPa1-before test 2-after test20gf5gf0123456789 10 11 12 13 14 150246810121416182022NumberNano Hardness平均值平均值 10.210.2压痕深度 压痕深度 50nm纳米硬度纳米硬度012345678910024681012141618压痕深度 压痕深度 20nmNano Hardness/GpaNumber平均值平均值 14.5 14.5300h300h小时圆盘小时圆盘纳米硬度纳米硬度01234514.515.015.516.
3、016.517.017.5压痕深度 压痕深度 50nmNumber平均值平均值 16.7 16.7Nano Hardness/Gpa300h300h圆圆柱柱销销摩摩擦擦表表面面 01234524681012141618压压痕痕深深度度 50nmNumber平平均均值值 1 17 7.2 2Nano Hardness/Gpa纳米硬度纳米硬度缸缸套套摩摩擦擦表表面面 123450369121518圆圆盘盘磨磨痕痕 10.2Gpa(压入深度压入深度50nm)纳米硬度/Gpa摩擦副种类 14.5Gpa(压入深度压入深度20nm)16.7Gpa17Gpa17Gpa圆圆盘盘磨磨痕痕小小圆圆柱柱磨磨痕痕齿齿
4、面面磨磨痕痕缸缸套套磨磨痕痕纳米硬度纳米硬度表面光洁度测量表面光洁度测量再生层表面的光洁度显著提高，达到再生层表面的光洁度显著提高，达到镜面水平镜面水平需要用表面形貌仪和需要用表面形貌仪和 原子力显微镜测量原子力显微镜测量缸套表面三维形貌仪测量结果缸套表面三维形貌仪测量结果三个区域的表面粗糙度数据三个区域的表面粗糙度数据nm测试区域RaRqRzRt123.6736.26732.7928.99229.3938.94473.3830.6327.1440.2934.152030平均值26.7338.47713.381263.20 表面再生层的结构分析表面再生层的结构分析再生层为透明无色薄膜，厚度再生
5、层为透明无色薄膜，厚度随摩擦条件而异，在随摩擦条件而异，在0nm-几几个个 m之间，基本结构为类金之间，基本结构为类金刚石型刚石型 需要用扫描电子显微镜需要用扫描电子显微镜,能谱仪和能谱仪和 激光拉曼谱仪进行测量激光拉曼谱仪进行测量缸套能谱分析缸套能谱分析7.09%C7.95%C100012001400160018002000400050006000700080009000Wavenumber/cm-1Intensity 2 2划划痕痕圆柱销表面的圆柱销表面的Raman光谱光谱(划痕)1000120014001600180020005000600070008000900010000110001
6、2000IntensityWavenumber/cm-1 3 3 坑坑 圆柱销表面的圆柱销表面的Raman光谱光谱(坑)圆柱销表面的圆柱销表面的Raman光谱光谱(综合比较)缸套的缸套的Raman光谱图光谱图100012001400160018002000150020002500300035004000450050005500IntensityWavenumber/cm-1 摩擦磨损试验摩擦副试样的两种接触形式 球-盘 销-盘摩擦系数显著下降，达到摩擦系数显著下降，达到 0.010.01以下以下 加摩圣前加摩圣前 加摩圣后加摩圣后钢钢/铸铁球盘快速磨损试验结果铸铁球盘快速磨损试验结果0.00.
7、51.01.52.02.53.03.54.0-505101520with additive/98Nbase oil/98Nwith additive/245Nbase oil/245NReal-time weight loss/mgt/h(b)销盘销盘300小时试验结果小时试验结果磨损率趋近于零，并出现负磨损磨损率趋近于零，并出现负磨损试验机上的磨损曲线（钢试验机上的磨损曲线（钢/钢）钢）摩圣修复作用机理的探讨摩圣修复作用机理的探讨五个阶段五个阶段:1.超精研磨超精研磨 2.激活能量激活能量,润滑油裂解出碳原子润滑油裂解出碳原子 3.碳原子与铁磨屑反应生成碳原子与铁磨屑反应生成Fe3C和和Fe3O4 4.反应生成物返回磨损部位反应生成物返回磨损部位,实现修复实现修复 5.修复层完全形成修复层完全形成动画过动画过程程
