【摘 要】
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随着现代机械制造业的不断发展,特别是精密设备,对零件的耐磨降噪服役性能要求越来越高。曲轴(QT500-7材料)是压缩机的一个重要传动零件,与曲柄连杆构成摩擦副,将电机旋转运动转化成活塞的直线运动,提供压缩力。改善曲轴-曲柄摩擦副接触界面减摩耐磨特性,延长服役寿命,提高压缩比,以及降低工作噪声对高端压缩机生产具有重要的经济价值和社会意义。铜、石墨材料以其优异的自润性能,广泛应用于减摩自润滑精密摩擦副
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随着现代机械制造业的不断发展,特别是精密设备,对零件的耐磨降噪服役性能要求越来越高。曲轴(QT500-7材料)是压缩机的一个重要传动零件,与曲柄连杆构成摩擦副,将电机旋转运动转化成活塞的直线运动,提供压缩力。改善曲轴-曲柄摩擦副接触界面减摩耐磨特性,延长服役寿命,提高压缩比,以及降低工作噪声对高端压缩机生产具有重要的经济价值和社会意义。铜、石墨材料以其优异的自润性能,广泛应用于减摩自润滑精密摩擦副中。本文采用了原位合成制备了铜、铜/石墨烯复合纳米改性层,探讨研究其耐磨减摩特性。本文在气体渗氮表面改性处理时,在工件表面预先涂敷纳米氧化铜层,通过炉内分解的氢原位还原获得纳米铜;利用氨气分解的活性氮实现基体表面渗氮处理,从而获得纳米铜/微合金复合表面改性层。将石墨烯引入到铜层中,优化纳米氧化铜浆料涂敷方法,调整气体氮化工艺参数,制备了铜-石墨烯/微合金复合表面改性层。利用金相显微镜(OM)、扫场发射扫描电镜(FESEM)对试样进行了微观组织分析;运用电子探针(EPMA)和X-ray衍射仪分别对渗层进行了微区成分检测和物相分析;采用显微硬度计、摩擦试验机和划痕试验对改性层的硬度分布、复合层结合力进行了检测,评价了其力学性能。进一步对QT500-7曲轴产品进行小批量处理,通过曲轴台架寿命试验机,系统的研究氮化温度、时间、微观组织与物相等对润滑、减摩机制的影响,为曲轴的尺寸精确控制和减摩自润滑提供理论基础和技术支持。通过系统的研究表明:(1)纳米氧化铜晶粒尺寸为18.7nm,采用手工预涂的方式涂抹在试样表面,以530℃,3h气体氮化条件下在球墨铸铁表面制备的纳米铜层厚为5μm,结合力在40-50N之间,表面显微硬度590HV0.05。(2)曲轴台架试验结果表明,磨损机理主要为磨粒磨损和黏着磨损,其中纳米铜层疏松多孔,可以起到储存磨屑的作用,同时对磨偶曲柄表面有铜层的转移,起到了减摩的作用。(3)在纳米铜中引入石墨烯,纳米氧化铜与石墨烯的质量比为50:1,获得了铜/石墨烯复合改性层,改性层厚度为1-2μm,结合力为60-70N,大于单一的纳米铜层,原因是石墨烯的添加增大了铜层之间的结合。(4)42CrMo表面纳米铜层结合力远大于球墨铸铁,由于球墨铸铁的表面存在球状石墨,在一定程度上降低了铜层与化合物层的结合力。表面纳米铜的制备方法适合其它材料进行表面耐磨自润滑改性,具有良好的工业应用前景。
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