聚醚醚酮在水润滑下的摩擦磨损特性研究

　　随着人们对生存环境日益恶化的担忧和日趋显现的能源危机,以及诸如高温易燃、水下作业等特殊应用场合的需求,阻燃、洁净无污染的纯水液压传动在 近二三十年重新受到瞩目并成为流体传动与控制领域的研究热点之一[1~3].发展水压传动技术的主要困难之一是如何解决液压元件中相对运动副的摩擦磨损问 题,这需要从两个方面考虑:适宜的润滑设计方案和合理的摩擦副材料选配,而后者是前提条件.作为摩擦副的材料不仅要耐蚀而且要具有高的耐磨性,然而适用于 水环境下的金属及合金材料极为有限.聚醚醚酮作为近年出现的高分子材料,具有良好的力学性能和优异的化学稳定性.但是一种材料的摩擦磨损特性是与系统相关 的,与对偶材料及实验条件等因素密切相关,本文通过对纯水液压泵(马达)关键摩擦副摩擦磨损实验,研究了PEEK与等离子喷涂氧化锆(ZrO2)、不锈钢 (2Cr13)和激光熔覆耐蚀合金表面分别组配时的磨损特性.

　　1 实验部分

　　试验机的结构原理可参见文献[5].将聚醚醚酮制作柱塞副滑靴,分别用不锈钢2Cr13、表面等离子喷涂ZrO2和激光熔覆耐蚀合金制作斜盘. 这些试件的硬度和表面粗糙度(Ra)如表1所示.实验系统压力11MPa,斜盘转速1200r/min,滑靴副采用静压平衡阀设计,压紧系数 K=1.06.以上实验条件对应的滑靴副间接触压力1.5 MPa,相对滑动速度4.2m/s,与目前设计的纯水液压泵或马达额定工作条件接近.滑靴实验前经过研磨.实验介质为自来水,过滤精度为10Lm,实验期 间维持水温在17.2~17.9e.2Cr13斜盘经过真空淬火处理,所有斜盘表面均经过磨削加工.

　　2 实验结果

　　每组试件在实验之前先在不同转速和压力下充分跑合,再在转速1200r/min和压力11MPa下连续运转90min.实验后拆下试件在超声波 清洗机内用丙酮清洗10min,检测PEEK滑靴的磨损量.图1给出了PEEK滑靴与不同斜盘组合时的磨损量测量结果.可见斜盘材料对滑靴的磨损量有很大 影响,与等离子喷涂斜盘配对时磨损量最大,而与激光熔覆耐蚀合金表面组合时最小,前者是后者的近11倍.

　　3 分析与讨论

　　为了进一步分析磨损形成的机理,利用Smartscope250型三坐标测量仪对试件PEEK的磨损表面进行了观察,见图2.

　　3.1 PEEK与2Cr13对磨的磨损机理

　　与2Cr13对磨时,磨损以机械切削为主,PEEK表面有明显的机械划痕,且可见表面有金属微屑镶嵌,因为2Cr13表面粗糙微峰相对较软的 PEEK如同刀具;另一方面,2Cr13的硬度有限,部分微峰在反复作用过程中会疲劳脱落变为磨粒,亦可能对表面发生刮擦作用,部分会嵌入PEEK表面. 实验中发现水中存在屑状悬浮物,证实PEEK确实受到切削作用.