《晶粒擇優取向誘導銅磨損表面材料混合及氧化機制》是依託遼寧工業大學，由商劍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：晶粒擇優取向誘導銅磨損表面材料混合及氧化機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：商劍
- 依託單位：遼寧工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本申請以接觸表面晶粒具有擇優取向（柱狀晶粒生長方向平行/垂直於於滑動方向）的定向凝固柱狀晶Cu為研究對象，採用與退火態45鋼進行乾滑動磨損的方法，考察其在不同載荷、滑動速度及滑動時間條件下表現出來的摩擦磨損行為。主要研究：（1）接觸表面晶粒具有擇優取向Cu與45鋼配副平均及動態摩擦係數和磨損率的變化；（2）接觸表面晶粒具有擇優取向Cu磨損後，材料磨損表面的形貌、組成和磨損表面下的結構、應變梯度及微區力學性能；（3）晶粒擇優取向影響材料摩擦磨損學性能的機理。結合柱狀晶純銅的塑性變形機制，從晶粒的變形和晶界的滑移角度分析晶粒擇優取向對材料轉移、混合及氧化的影響，建立晶粒擇優取向與材料摩擦磨損行為的聯繫。研究中提出了“材料表面晶粒細化+亞表面晶粒取向化”的減磨耐磨新方法，對金屬材料的摩擦學設計具有指導作用。
結題摘要
乾摩擦磨損條件下含石墨轉移層明顯影響摩擦磨損性能。與無石墨潤滑層的45#鋼相比，含石墨潤滑層45鋼的摩擦因數、磨損率明顯下降。45鋼表面的銅-石墨摩擦層可降低銅-二氧化矽與45鋼對摩時的滑動摩擦係數和磨損，這歸因於含石墨摩擦層的易剪下性、流動性及其承載、隔離作用，抑制了金屬的直接接觸。 表面具有水平/垂直晶粒取向純銅銷配副45 鋼圓盤的摩擦學行為: 晶粒水平取向的純銅銷與45 鋼圓盤乾滑動磨損時，摩擦係數較小且穩定，氧化磨損占主導地位；晶粒垂直取向的純銅銷與45 鋼圓盤乾滑動磨損時，摩擦係數較大且波動劇烈，磨粒磨損及黏著磨損占主導地位。晶粒取向對銅乾滑動磨損性能具有重要影響。當銅接觸表面晶粒取向平行於滑動方向時，其摩擦係數小，磨損率低。水平取向銅表面摩擦層形成具有潤滑保護性的、團聚的、亞微米尺寸的Fe2O3和Fe3O4；接觸表面分布的橫向晶界有利於晶粒的滑移和材料的剪下變形，從而導致低摩擦係數和磨損率。 多晶及單晶銅不同載荷和速度條件下的摩擦學性能及自然腐蝕及電化學腐蝕性能的差異：乾摩擦條件下，多晶銅的摩擦係數均高於單晶銅。隨轉速的增加，單晶及多晶銅的摩擦係數均逐漸增加，多晶銅的磨損量明顯低於單晶銅。隨載荷的增加，單晶及多晶銅的摩擦係數的波動逐漸減小。3.5%NaCl溶液中浸泡腐蝕及電化學腐蝕實驗表明：單晶銅在 NaCl 溶液中比多晶銅具有較強的耐蝕性。多晶銅與 45 鋼磨損機制以粘著磨損為主，而單晶銅與 45 鋼的磨損機制以剝層磨損為主。接觸表麵塑性變形能力以及晶粒取向、晶界分布的差異是影響單晶銅和多晶銅磨損和腐蝕性能的主要原因。含有平直柱狀晶晶界的單晶材料具有高取向性，有利於其大塑性變形。擇優取向使單晶銅在晶胞尺度上的微觀平面排列緻密，同時晶界的減少抑制了腐蝕的擴展，從而提高了其耐蝕性。
