1206 / 2023-03-18 15:42:06

相对湿度和磁场对45钢摩擦学性能与表面氧化的影响

电磁制动和电磁弹射是典型的磁场条件下的摩擦学系统。磁场促进铁基摩擦材料表面形成氧化膜，改变铁基材料的摩擦机理和磨损机制，显著改善其耐磨性。氧化膜的形成与摩擦副服役环境中的相对湿度密切相关，因此需要研究相对湿度对磁场下铁基摩擦材料的表面氧化行为和摩擦磨损性能的影响。本文选用具有优异机械性能和导磁性能的45钢为研究材料，研究了湿度对磁场下45钢自配副的摩擦磨损性能的影响。通过自制的HY-100型销盘式摩擦磨损试验机获取摩擦磨损数据。试验采用国际法制计量组织（OIML）的R121标准，利用饱和盐溶液具有稳定蒸汽压的特性，控制密封保护箱的环境湿度。常规制动模式下磁浮车用闸片在低速时提供制动摩擦力，对照其服役工况，磁场强度为17.4 kA/m，接触压强和摩擦速度保持恒定，分别为1 MPa和1 m/s。通过摩擦表面形貌演化分析了摩擦机理和磨损机制的转变，利用EDS和XPS表征了摩擦表面铁元素的氧化程度和氧化形式。结果表明：随着湿度增加，磁场下45钢自配副的摩擦系数单调增加，磨损率先增加后减少，30%RH为转变点；50%RH时摩擦表面粗糙度最高，表面演化表明此湿度下摩擦机理从三体摩擦机理过渡到黏着-断裂机理，磨损机理由磨粒磨损逐步转化为氧化磨损；随湿度由10%增加到70%RH，摩擦表面的氧化程度而升高，氧铁比由0.46提升为0.70；但增加湿度对于45钢表面氧化反应速率的作用是逐渐降低的，当空气湿度饱和时(>70%RH)为负作用。70%RH时铁氧化物的水合物析出，OH-所占比例由77%降低至44%，氧的存在形式由OH^-向FeO_x·H₂O转化。随着湿度的增加，Fe⁰峰逐渐减少直至消失，磨损后的销试样表面逐渐被铁氧化物覆盖。摩擦表面Fe²⁺所占比例由49%(10%RH)升高至85%(70%RH)。实验结果为磁场调控摩擦氧化行为，进而改善摩擦性能和环境稳定性提供了可供参考的路径选择。