45钢低温电解渗硫表面摩擦性能的研究

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　　固体润滑材料硫化亚铁由于其本身特殊的晶体结构和组织性能(六方点阵,易沿着{0001}滑移面滑移,硫化亚铁呈鳞片状,有低的剪切强度,变形抗力小,塑性流变能力好)而且有优异的润滑性能,故广泛应用于工业部门。

　　制备硫化亚铁薄膜的低温电解渗硫法应用最为广泛有效。采用低温电解渗硫的方法,在45钢表面制备FeS润滑层,研究FeS层的摩擦磨损性能。

　　1试验部分

　　1.1试验材料

　　45钢(表1)经调质处理,HRC43,试样尺寸(mm)为30x10x10,对比磨样材料为GCrls钢,外径40mm,内径16mm,厚10mm"试样表面经精磨处理,表面粗糙度达0.4μm。试样分为2组:不经渗硫处理和经渗硫处理。

　　1.2试验设备与方法

　　低温电解渗硫工艺流程如下:除油→除锈→中和→渗硫→清洗。试验用除油剂为NaOH(50-60g/L+NaZCO3(70-80g/L)溶液;除锈剂选用10%HCI+10%H2504+5%HN03+75%HZO(质量分数);中和使用2%-6%NaZC03(质量分数)溶液。渗硫选用盐浴配方(质量分数):主盐为75%KSCN+25%NaSCN,另加辅盐为0.9%K3Fe(CN)6+0.1%长Fe(cN)十2.5%NH4SCN,高铬不锈钢作电源负极,温度190°C士5°C,电压IV(该电源电压和电流可以自动相互追踪,故设定其中一个即可),时间20min"渗硫试样在M-2000型磨损试验机上进行磨损试验"上试样固定,下试样转动,固定转速200r/min"测定摩擦系数时,载荷100N,时间60min。测磨损量时,载荷分别为50-100N,时间20min。

　　2试验结果及分析

　　2.1渗硫层形貌

　　图1(a,b)中可以清晰地看到在扫描线的前100μm内Fe元素含量很高,S元素含量极低;在100-110μm范围内,Fe和S的含量相当,比例约为1:l,可以初步判定有FeS生成(图1b)。

　　从图1(c)可见,除了基体a一Fe相的衍射峰之外,还出现了3个FeS相的衍射峰,表明渗硫层主要由密排六方结构的FeS相组成,渗硫层中也存在FeSZ相,但起作用的仅FeS相,FeS:因不具有密排六方结构故不属于润滑物质。已有不少有关Fes渗硫层的研究。

　　从图2(a)(未腐蚀)可以看到渗硫层整体呈现黑灰色,FeS呈连续带状层,厚度约为10μm。Fes薄膜层呈锯齿状嵌插入基体金属中,这种呈锯齿嵌插式结合的渗层与基体金属的结合更为牢固,不易剥落脱离,使得保护作用更为有效,工件的使用寿命可以有效延长。从图2(b)中可以明显看到硫化亚铁层呈疏松微孔,这种疏松多孔结构有利于氧的吸附及润滑油的持久存储,从而延长润滑油膜的保持时间,使得渗层FeS的减磨作用得到提升。

　　2.2渗硫层性能

　　2.2.1渗硫层的摩擦系数

　　从图3(a)中可见,经渗硫处理后试样摩擦系数有明显降低:在前15-20min,摩擦系数处于上升趋势,这是对偶件之间的磨合期,无沦渗硫试样还是未渗硫试样都有一个表面饱和阶段:在该阶段,渗硫试样和对磨件表面之间的突起、微峰等相互接触磨合,接触面不稳定,呈现为摩擦系数大且变动较大,该阶段时间较短在摩擦磨损试验进行到约25min之后,突起!微峰几乎被消除,对磨偶件之间接触面增大,接合面相对一开始更为稳定,试样摩擦状态也较为稳定,摩擦系数基本处于一个平稳变动状态经渗硫试样表面的摩擦系数约为不渗硫试样表面的摩擦系数的60%。