电沉积Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ合金边界润滑的摩擦学行为高诚辉，赵源，雷天觉摘要研究了边界润滑不同载 荷时Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ合金／ＧＣｒ１５摩擦副的摩擦学行为。结果表明，４００℃晶化Ｆｅ－Ｎｉ －Ｐ合金／ＧＣｒ１５摩擦副的磨损率为非晶Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ合金／ＧＣｒ１５摩擦副的１７．２ ％，摩擦系数降低２５％。重载摩擦，非晶合金表面会产生晶化，形成ａ－Ｆｅ＋非晶混合组织。 非晶Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ合金／ＧＣｒ１５摩擦副的磨损量随载荷增加而上升至最大值后减小，随着载 荷增加，磨损形式也发生变化；而晶化合金磨损量随载荷增加而增大，磨损形式没有改变。关键词 Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ非晶合金，Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ晶化合金，ＧＣｒ１５，
摩擦学性能，
边界润滑，摩擦 副，电沉积非晶合金是具有广阔应用前景的功能材料，对所开发的Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ合金镀层进行边 界润滑条件下，载荷对其摩擦学性能的影响的实验，是确认材料性能的重要手段。１实验方法和条 件磨损试验机：改装的ＭＱ－１２四球磨损试验机（见图１）。且留ＩＭＱ－１２四球磨损试验机 简图上下试样采用圆环平面接触。上试样材料：调质４５钢基底上电沉积Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ合金层， 工艺参数见下表；下试样材料：ＧＣｒｌｓ。表Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ合全层的电沉积规范试验条件：摩 擦副间平均相对滑动速度为０．９ｍ／ｓ；２０号机油润滑，油面高度均以浸没摩擦面为准；测磨 损曲线时载荷Ｐ—４５０Ｎ；研究载荷影响时，磨损时ｆｂｉｔ—４ｈ。磨痕形貌观察设备：Ｘ－ ６５０型扫描电子显微分析仪。合金层结构分析设备：Ｄ／ＭＡＸ－ｙＢＸ射线衍射仪。ＣＵ靶＊ 。辐射，石墨单色器分光。管压５０ｋＶ，管流１５０ｍＡ，扫描速度２”／ｍｉｎ，狭缝宽度Ｄ ＳＩ”ＲＳＯ．３ＳＳＩ”。２实验结果与分析２．１磨损时间对耐磨减摩性的影响（见图２）滑 动时间ｔ／Ｉ。图２滑动时间对磨损量的影响从图２可以看出，晶化合金及其配副的耐磨性明显优 于非晶合金及其配副的耐磨性。用线性回归法计算两摩擦副稳定阶段的磨损率，得非晶合金／ＧＣ ｒｌｓ摩擦副的稳定磨损率为３６．２５ｍｇ／ｋｈ（非晶合金为１７．５０ｍｇ／ｋｈ，ＧＣｒ １５为１８．７５ｍｇ／ｋｈ）；晶化合金层的稳定磨损率趋于０，与其配副的ＧＣｒ１５为６． ２５ｍｇ／ｋｈ。晶化合金／ＧＣｒ１５摩擦副的磨损率仅为非晶合金／ＧＣｒ１５摩擦副磨损率 的１７．２％。两摩擦副的摩擦系数随滑动时间增加而减小，最后趋于水平。晶化合金／ＧＣｒｌ ｓ副的初始摩中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑开放实验室基金资助课题擦系数比非晶合金 ／ＧＣｒ１５副低６０％左右，稳定时仍比非晶合金／ＧＣｒ１５副低２５％左右（见图３）。由 此可知，该摩擦条件下，晶化合金较非晶合金具有低的初始和稳定摩擦系数。图３滑动时间对两摩 擦副摩擦系数的影响２．２载荷对摩擦学性能的影响晶化合金及其配副的磨损量随载荷的增加呈线 性上升；而非晶合金及其配副的磨损量随载荷增加，在６５０Ｎ左右出现最大值，当载荷大于６５ ０Ｎ时，非晶合金镀层的磨损量随载荷增加明显减小，其配副也有相同的趋势。载荷小于８５０Ｎ 时，晶化合金／ＧＣｒ１５摩擦副的耐磨性为非晶合金／ＧＣｒｌｓ摩擦副的２倍左右，而当载荷 为１０５０Ｎ时，两摩擦副的磨损大体相当，耐磨性相差无几（ｒｐ，＠４）。ＷｆＷＰ／Ｖ图４ 载荷对两摩擦副磨损量的影响Ｏ——非晶合金ｔ——与非品合金配副的ＧＣｒ１５Ｉ——晶化合金 ｂ——与晶化合金配副的ＧＣｒｌｓ随着载荷的增加，两摩擦副的摩擦系数增大，润滑油温升Ｍ增 加（见图５）。摩擦系数随载荷增加而增大可能是由于油温的升高，润滑油的粘度明显下降，吸附 膜也将解吸，引起润滑效果变差，甚至失效。这不仅导致摩擦系数的增大，同时磨损量也会相应增 加。从图５还可看出，各种载荷下，晶化合金／ＧＣｒ１５摩擦副的摩擦系数均相应低于非晶合金 ／ＧＣｒ１５
摩擦副，这与图３结果一致。载荷大于６５０Ｎ时，
非晶合金／ＧＣｒ１５摩擦副的 磨损量随载荷增加反而减小的现象，我ＯＪ认为是由于非晶合金的状态和结构发生了变化之故。非 晶合金处于一种亚稳定的状态，其结构在压力、温度等外界条件作用下会产生晶化，形成另一种正 稳相或稳定相。图６为非金合金在１０５０Ｎ载荷下与ＧＣｒ１５摩擦４ｈ后的Ｘ射线衍射圈。可 见，在重载下摩擦４ｈ后非晶合金已发生晶化。此时合金层的结构为非晶十ａ－Ｆｅ的混合两相结 构。载荷Ｐ／Ｎ图５摩擦系数和润滑油温升随载荷的变化图６非晶合金经磨损后的Ｘ射线衍射图在 重载摩擦过程中，摩擦表面承受很大的正压力和摩擦应力。摩擦力随着载荷增加而增大，结果引起 滑动界面上发生的热效应增加。从图５可以看出，Ｐ—１０５０Ｎ时，润滑油的温度已接近１００ ℃，说明摩擦表面的温度达到很高的数值。在大应力和较高摩擦热的综合作用下，非晶合金层产生 了晶化，晶化主要发生于摩擦表面层。根据图２的结果，晶化后合金的耐磨性显著提高。所以，非 晶合金在大载荷下因发生品化反而具有较高的耐磨性。从重载下摩擦后Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ非晶合金的 晶化生成相来看，不同于纯加热晶化的生成相。说明摩擦过程中非晶合金产生晶化的机制与加热引 起非晶合金晶化的机制不同。它可能与摩擦过程中非晶合金层承受的巨大压力有关。图７为非晶合 金在不同载荷下的表面磨痕。表明非晶合金随承受载荷的不同，产生明显的磨一损转型，即磨损形 式的变化导致磨损量的变化。图７不同载荷下非晶合金层的磨痕（ａ）Ｐ—２５０Ｎ磨料磨损（ｂ ）Ｐ—６５０Ｎ块状剥落（Ｃ）＊一１０５０Ｎ小坑和细线沟槽图８为晶化合金在轻载（Ｐ—２５ ０Ｎ）和重载（Ｐ—１０５０Ｎ）下的磨损形貌。可以看出，晶化合、金在磨损过程中随载荷的变 化，磨损形式没有发生改变。磨痕表现为细小的沟槽和一些点蚀坑。点蚀坑是由于微粒从材料表面 脱离造成，它的形成与合金层本身的结构和应力状态有较大关系，从本质上说，它是一种表面疲劳 断裂过程。图８不同载荷下晶化合金的磨痕（ａ）Ｐ＝２５０Ｎ（ｂ）Ｐ＝１０５０Ｎ轻载下，晶 化合金磨痕与非晶合金相比，点蚀坑较多，犁沟则浅而细小，因此磨损量较小；重载时，在大应力 和高摩擦热作用下，非晶合金表面产生晶化，因此，摩损量和磨损形式与晶化合金较为接近。
晶化 合金随载荷增大磨损量增加主要是由于高的摩擦热导致润滑油粘度降低，润滑效果变差。（编辑： 王汉熙）高诚辉３５０００２福州市福州大学机械系赵源，雷天觉１０００８２３北京市机械工业 部机械科学研究院电沉积Fe－Ni－P合金边界润滑的摩擦学行为@高诚辉，赵源，雷天觉$福 州大学机械系，北京市机械工业部机械科学研究院Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ非晶合金，Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ晶化 合金，ＧＣｒ１５，摩擦学性能，边界润滑，摩擦副，电沉积研究了边界润滑不同载荷时Ｆｅ－Ｎ ｉ－Ｐ合金／ＧＣｒ１５摩擦副的摩擦学行为。结果表明，４００℃晶化Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ合金／Ｇ Ｃｒ１５摩擦副的磨损率为非晶Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ合金／ＧＣｒ１５摩擦副的１７．２％，摩擦系数 降低２５％。重载摩擦，非晶合金表面会产生晶化，形成ａ－Ｆｅ＋非晶混合组织。非晶Ｆｅ－Ｎ ｉ－Ｐ合金／ＧＣｒ１５摩擦副的磨损量随载荷增加而上升至最大值后减小，随着载荷增加，磨损 形式也发生变化；而晶化合金磨损量随载荷增加而增大，磨损形式没有改变。中国科学院兰州化学 物理研究所固体润滑开放实验室基金磨性。从重载下摩擦后Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ非晶合金的晶化生成相 来看，不同于纯加热晶化的生成相。说明摩擦过程中非晶合金产生晶化的机制与加热引起非晶合金 晶化的机制不同。它可能与摩擦过程中非晶合金层承受的巨大压力有关。图７为非晶合金在不同载 荷下的表面磨痕。表明非晶合金随承受载荷的不同，产生明显的磨一损转型，即磨损形式的变化导 致磨损量的变化。图７不同载荷下非晶合金层的磨痕（ａ）Ｐ—２５０Ｎ磨料磨损（ｂ）Ｐ—６５ ０Ｎ块状剥落（Ｃ）＊一１０５０Ｎ小坑和细线沟槽图８为晶化合金在轻载（Ｐ—２５０Ｎ）和重 载（Ｐ—１０５０Ｎ）下的磨损形貌。可以看出，晶化合、金在磨损过程中随载荷的变化，磨损形 式没有发生改变。磨痕表现为细小的沟槽和一些点蚀坑。点蚀坑是由于微粒从材料表面脱离造成， 它的形成与合金层本身的结构和应力状态有较大关系，从本质上说，它是一种表面疲劳断裂过程。 图８不同载荷下晶化合金的磨痕（ａ）Ｐ＝２５０Ｎ（ｂ）Ｐ＝１０５０Ｎ轻载下，晶化合金磨痕 与非晶合金相比，点蚀坑较多，犁沟则浅而细小，因此磨损量较小；重载时，在大应力和高摩擦热 作用下，非晶合金表面产生晶化，因此，摩损量和磨损形式与晶化合金较为接近。晶化合金随载荷 增大磨损量增加主要是由于高的摩擦热导致润滑油粘度降低，润滑效果变差。（编辑：王汉熙）高 诚辉３５０００２福州市福州大学机械系赵源，雷天觉１０００８２３北京市机械工业部机械科学 研究院电沉积Fe－Ni－P合金边界润滑的摩擦学行为@高诚辉，赵源，雷天觉$福州大学机械 系，北京市机械工业部机械科学研究院Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ非晶合金，Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ晶化合金，ＧＣ ｒ１５，摩擦学性能，边界润滑，摩擦副，电沉积研究了边界润滑不同载荷时Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ合金 ／ＧＣｒ１５摩擦副的摩擦学行为。结果表明，４００℃晶化Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ合金／ＧＣｒ１５摩 擦副的磨损率为非晶Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ合金／ＧＣｒ１５摩擦副的１７．２％，摩擦系数降低２５％ 。重载摩擦，非晶合金表面会产生晶化，形成ａ－Ｆｅ＋非晶混合组织。非晶Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ合金／ＧＣｒ１５摩擦副的磨损量随载荷增加而上升至最大值后减小，随着载荷增加，磨损形式也发生变化；而晶化合金磨损量随载荷增加而增大，磨损形式没有改变。中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑开放实验室基金
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