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硬质合金与钢摩擦时金属元素迁移的研究

放大字体??缩小字体 发布日期:2016-02-25??来源:中国亚博体育yabo88官方下载网??作者:[db:作者]
核心提示:  硬质合金是由难熔的金属化合物和金属粘结剂组成,并用粉末冶金方法制成的工程材料。通常金属化合物是碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)等,金属粘结剂是钴(Co)。由于硬质合金具有高硬度、耐磨损等一系列优点

  硬质合金是由难熔的金属化合物和金属粘结剂组成,并用粉末冶金方法制成的工程材料。通常金属化合物是碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)等,金属粘结剂是钴(Co)。由于硬质合金具有高硬度、耐磨损等一系列优点,因而在现代工业中已成为不可缺少的重要工具材料。

  硬质合金与钢摩擦时,由于机械化学、摩擦电化学的作用,在固态下硬质合金中的金属元素W、Ti、Co和钢中的Fe元素等会发生相互迁移,从而改变硬质合金表层的成分,加剧硬质合金的磨损。为了减小摩擦,控制磨损,通常在硬质合金和钢这对摩擦副之间施加润滑剂。关于施加润滑剂后硬质合金中金属元素迁移的研究很少见报道。本文利用扫描电镜对硬质合金与钢摩擦时金属元素的迁移进行了研究,用721分光光度计测定了试验润滑剂中钴的含量,并探讨了含三乙醇胺润滑剂对钻元素迁移的作用机理。

  1试验部分试验润滑剂的配制按重量比取油酸20%,三乙醇胺80%;在温度为60~70尤下反应2h,生成三乙醇胺油酸脂。用蒸馏水配制成浓度为5%的水基润滑剂,溶液PH值为摩擦试验是在CA6140型车床上进行的。钢件安装在自制芯轴上,由机床主轴通过芯轴带动钢件旋转,车床转速为112r/min;硬质合金试件安装在车床刀架上,靠人工控制使硬质合金试件与钢件平面接触并产生摩擦,摩擦时间为15min.分别进行干摩擦试验和加润滑剂的湿摩擦试验。

  使用kyky2800型扫描电镜分析硬质合金摩擦表面和钢件摩擦表面主要金属元素的含量。

  取摩擦试验所用的润滑剂lml,使用721分光光度计,采用微乳液介质一分光光度法,测定溶液中钴的含量。

  2试验结果与讨论硬质合金和钢摩擦表面金属元素的电镜分析结果见表1和表2,试验结果表明,硬质合金与钢摩擦时,硬质合金中的W、Co和11元素要迁移到钢中,钢中的Fe元素等要迁移到硬质合金中。在干摩擦时金属元素的迁移速率快,施加含三乙醇胺润滑剂后,硬质合金中的W、Ti元素和钢中的Fe元素相互迁移的速率减慢,但硬质合金中的钴元素迁移速率降低不明显。

  表1硬质合金表面元素分析结果元素名称未摩擦干摩擦湿摩擦注:表中数值为百分表2钢件表面元素分析结果元素名称未摩擦干摩擦湿摩擦注:表中数值为百分数分光光度法分析结果用微乳液介质一分光光度法分析出试验所用润滑剂中钴含量为。7fxg/ml,说明使用含三乙醇胺润滑剂,能使硬质合金中的钻浸出。

  硬质合金与钢摩擦时,在摩擦表面产生了大量的摩擦热,使接触面温度升高,并承受力的作用。这样便造成不稳定的温度场和压力场,同时具有很大的温度梯度AT、压力梯度AP及浓度梯度AC.由于存在AT、AP、AC,于是造成迁移原子流的定向流动。

  在干摩擦状态下,由于摩擦剧烈,塑性变形大,界面温度高,因而硬质合金中的W、Co、Ti和钢中的Fe等元素相互迁移严重。对于硬质合金而言,W元素迁移率最高,其次为Co元素,迁移率最低的是Ti元素。对于钢件来说,Fe元素迁移率最高。

  在施加润滑剂的摩擦状态下,通过润滑剂的润滑作用和冷却作用,改善了摩擦副的摩擦状态,使摩擦界面塑性变形减小,温度降低。所以,硬质合金中的W、Ti元素和钢中的Fe元素的迁移率明显降低。而硬度合金中Co元素迁移率变化不大的原因是由于润滑剂中含有三乙醇胺添加剂所致。在摩擦状态下,硬质合金中的钴原子与润滑剂中的三乙醇胺或OH-反应生成配合物,使钻从硬质合金中被浸出,进人润滑剂溶液中,加速了硬质合金中的钻的迁移。

  硬质合金与钢摩擦会发生金属元素的迁移行为,它将使硬质合金因钴元素含量减少而降低强度和禚性;因钨、钛元素含量的减少、Fe元素含量的增加而降低硬度和耐磨性。从而影响硬质合金的性能,加剧硬质合金的磨损。

  3结论硬质合金与钢摩擦时,会发生W、Co、Ti和Fe等金属元素的迁移行为。

  施加含三乙醇胺润滑剂,使W、Ti和Fe元素的迁移率明显降低,但Co元素的迁移率下降不明显。

  三乙醇胺添加剂会使硬质合金中的Co浸出,加速Co兀素的迁移。

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