氧化锆增韧氧化铝在空气中的摩擦磨损

图(
试验结构示意
试验 在 室 温 )# * )+, 下 进 行，单 次 往 复 行 程 为 滑动速度为 # $ (-’ 0 1， 法向载 (-’’，滑动频率为 (#./， 荷为 -#2，由重量块控制，空气的相对湿度为 +#3 ，试 验时间为 4#’56； 每次试验重复二次试验，若摩擦系数 重现不好，则再进行试验至相吻合为止。 试验完毕后将试样取出放在空气中干燥后置于玻 璃干燥器中保存。在表面轮廓仪上分别测定环、 块的线 磨损量。用扫描电子显微镜 （ 789） 对磨痕表面进行形 （ 8<=:） 对磨痕表 貌分析，然后用能量色散 :;射线分析 面进行化学成分分析。
& 引
言
［! T (］ （ +,-） 在干燥环境中摩擦学性能 。
结构陶 瓷 一 般 硬 度 高， 高 温 稳 定 性 好， 化学惰性 尤其在苛刻的环境中，陶瓷材 强 # 在选择摩擦材料时， 料由于其优越的性能而获青睐。但是陶瓷材料的高硬 度等性能并不能决定其具有良好的耐磨性。在许多摩 擦环境中为了保证磨损率低，还要求陶瓷材料具有较 高的断裂韧性。氧化铝陶瓷由于原料易得， 价格相对低 廉，在一般情况下得到更多的应用。和大多数单相陶 瓷材料一样，氧化铝陶瓷的断裂韧性比较低，不能很 好地满足要求。过去人们对陶瓷的增韧进行了许多的 研究，发现在单相陶瓷中加入其它增强相， 晶须和纤 维，可以大幅度地提高陶瓷韧性。其中氧化锆增韧氧
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试验方法和材料
氧化铝2氧化锆增韧氧化铝摩擦副的摩擦学特性试
验将在由实验室自制的往复摩擦试验机上进行。在该 试验机上可以测定载荷和连续测定摩擦力及线磨损总 量，试验方式为环块接触。环块均购自德国公司商业 产品，其性质见表 !，试验结构示意图见图 !。其中上 （ )B<A;>F # 公司） ，与试验机 试样环材料为氧化铝 )’’ # * 的驱动电动机相连作为动试件。外形尺寸为外环直径 (4HH，内环直径 ("HH，环宽 !(HH，使用前不再进行 任何打 磨 处 理；下 试 样 块 材 料 为 氧 化 锆 增 韧 氧 化 铝
表( 材料类别 化学成分 （3） 晶粒尺寸 0! ’ 密度（ ・ 0 F G’ ）
H4
" 摩擦系数随滑动 距离的变化关系
K 线磨损总量随滑动 距离的变化关系
图)
摩擦系数和线磨损总量随载滑动距离的变化关系
摩擦副的材料性质 >%% $ & =A) B4 ?CB) D 4 $ &# * 4 $ %+ (-&# %% $ & ?@= %# (# E) I $ (# )###
［ 参 考 文 献 ］ ［+］ 2/ 3 4/ 567 8(9:/ ;:<=><?@ (@A BC(: ?D (AE(@=CA =C:(7<=F，<@ 图! 氧化铝环磨损表面 "#$% 图谱 ［H］ GC:(7<= H(>C:<(IF (@A G?7J?@C@>F D?: "@K<@CF / L/ 8/ 4C<@M ，N<ICOMPG4，NC<@9C<7 &--+， :<=9 (@A ;/ $IA<@KC:（ CAF/ ） +-* 3 +-0 /
（ M>BAH,>F # 公司） ， 与试验机的力传感器相连作为静 化铝 （+,-） 是高级商业陶瓷产品技术中较成熟的一种。 +,（ 3’!） ，6$ （ 36$） ，"% 在工业生产中有很多机械设备的摩擦部件是在干燥环 试件。在使用前须分别用粒径 ’! 及 !% 的金刚石磨盘打磨，然后在表面 H（ 3!%） 境中运行，还有可能的情况是这些摩擦部件因为突发 （3"%） ! （U?HH>C 公司） 上测量其表面，待其符合要求后 事故而在缺乏润滑介质的情况下运行。因此有必要研 轮廓仪 究陶瓷材料在无润滑介质条件下如空气中的摩擦摩损 性能。本文考察了氧化铝 （ )’’ # *） 2氧化锆增韧氧化铝
第 >? 卷 第 = 期 ?@@> 年 ? 月
表 面 技 术 8ABM ?@@>
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［收稿日期］ "&&"2!!2"& ［作者简介］ 李敦钫 （!’$% 7 ） ， 男， 江西南康人， 副教授， 主要从事机械材料合成研究。
与环一起再在丙酮或无水酒精中清洗 !%H<9，用热风吹 干置于玻璃干燥器中保存备用。环、 块的平均表面粗糙
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李敦钫等
氧化锆增韧氧化铝在空气中的摩擦磨损
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 度 !" 分别为 # $ %、 # $ #& ’。表 ( 为摩擦副所使用材料 ! 的性质。图 ( 为试验结构示意图。 )$) 磨损表面分析 图 I 为试验后的磨损表面的 789 照片。图 I" 和 图 IK 显示了氧化铝的表面磨损形貌。其表面是一层由 磨屑和磨屑塑性变形经压实后组成的表面层，从图 I"
* 结
语
（+） 在空气中氧化铝对氧化锆增韧氧化铝摩擦 副的线磨损总量在经过一定距离的滑动后基本保持不 变。
（上接第 +0 页）
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 至 V / -， G?M[ 镀层厚度与矫顽力无关； / G?M5@M[ 镀层则 不相同， 若镀层很薄， 仅为 - / + 矫顽力随厚度增 7 时， ! 加而增大， 至 - / , 矫顽力高达 +--- \C 后趋于平稳， 这 是 G?M5@M[ 合金镀层磁性能的特征。
（>%% $ &） G、 （?@=） "、 K 环氧化铝 L 块氧化锆增韧氧化铝
图 I 试验后环和块磨损表面的 789 照片
的放大图图 IK 中，可以看到材料发生晶粒断裂形成磨 屑，这些磨屑在基体材料的相互滑动过程中形成表面 层，对基体材料起着保护的作用，同时磨损表面的接
第 #" 卷 第 ! 期 "$$# 年 " 月
触表面面积进一步增大，减小了表面接触应力。因此
出现了如图 & 所示摩擦系数减小，线磨损量不再增加 ［&］ Q9<@O( Q(F(R</ "DDC=>F ?D C@E<:?@7C@> ?@ D:<=><?@ (@A BC(: ?D =CM ［’， !］ 的现象 。 ［ S］ :(7<=F / L(J(@：T6IIC><@ ?D HC=9(@<=(I "@K<@CC:<@K U()?:(>?M 图 ! 为试验后的氧化铝环磨损表面图 !(、 图 !) 磨 ，!0） ： :O，+VV&（ &+ W *+ / /