干摩擦下铸钢表面Ni/Al2O3渗层摩擦磨损性能研究

磨损是金属机械零件失效的三大方式(磨损、腐蚀、断裂)之一。现代工业中迫切需要能在恶劣磨损工况(如高温、高速摩擦磨损等)下有效工作的工件。到目前为止有很多方法用于对材料进行表面改性，诸如热处理多元共渗、电镀、化学镀、等离子喷涂、物理气相沉积、辉光离子放电渗硫等。上述方法虽都能改善金属的表面性能和延长使用寿命，但它们均有局限性，比如生产成本高、工件的形状和大小受限制，渗层较浅；渗层和母材机械嵌合需要专门设备等。铸渗法是20世纪末发展起来的新型表面改性方法，与传统的金属耐磨材料相比，铸渗法增强金属基表面复合材料将金属材料的高强韧性和渗剂颗粒的高硬度有效结合起来，形成表面耐磨损的高性能材料，因而受到广泛关注。其中，氧化铝颗粒增强铸钢表面复合材料具有价格、性能和技术上的优势。为此作者用铸渗法来制备Ni/Al2O3复合功能渗层，研究其在常温条件下不同载荷以及不同滑动线速度时的摩擦磨损特性，探讨不同渗剂含量的Ni/Al2O3复合功能渗层的摩擦磨损机理，旨在为Ni/Al2O3复合功能渗层材料常温摩擦情况提供一定的参考。

　　基体材料采用45钢(ZG45)，其化学成分(质量分数，%)为：0，0.30Si，0.6Mn，0.035S，0.035P，0.25Cu，46C；渗剂为Ni/Al2O3粉末，选用Ni基自熔性合金粉末(-150～+300目)，其化学成分(质量分数，%)为：0.7C，4.6Si，17Cr，5Fe，余为Ni。Al2O3粉末采用镍包氧化铝复合粉末(-140～+325目)，渗剂中Al2O3的含量分别为5%、10%和15%。粘结剂采用自制的NJB。将Ni基自熔性合金粉末与镍包氧化铝复合粉末按照实验要求的比例均匀混合，配成Al2O3含量分别为5%、10%和15%的合金粉末,在合金粉末中加入粘结剂，将其涂在已烘干的铸型的特定表面上，然后再烘干即可得到厚1.5mm的预制层。基体材料ZG45在中频感应炉中熔炼，待钢液合格后将熔融液浇至型腔中，待其冷却后，即是所需要的Ni/ Al2O3复合功能渗层。摩擦磨损试验是在MM-200摩擦磨损试验机上进行的，按照试验机的参数要求，用线切割的方法将渗层厚1mm的试样加工成6mm×7mm×30mm的样品，在摩擦试验前对样品进行打磨、抛光处理，然后用超声波清洗器(KQ-50B)，将样品放在丙酮溶液中进行清洗，将样品烘干存放至干燥玻璃皿备用，对偶材料为GCr15，规格为Φ40mm×10mm，摩擦试样与对偶件之间以线接触的方式进行摩擦，整个摩擦磨损过程是在室温、大气环境下进行的。滑动速度分别为0.424、0.848m/s，法向载荷分别为50、100、150、200、250和300N。摩擦时间为60min，摩擦试验中分别考察不同转速、不同载荷时的摩擦磨损情况。

　　Ni/Al2O3复合渗层的摩擦磨损性能受滑动线速度和法向载荷的影响，随着转速和载荷的增加，Ni/Al2O3复合渗层的磨损情况加剧，在较大法向载荷、较大滑动线速度时负荷渗层的磨损率近乎三倍于低法向载荷、低滑动线速度时的磨损率。Ni/Al2O3复合渗层的摩擦系数受速度和载荷的影响，随着速度和载荷的升高，摩擦系数呈下降的趋势。在室温无润滑条件下，Ni/Al2O3复合渗层的磨损机理主要为疲劳磨损、脆性断裂和磨粒磨损。