【摘 要】
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非常规能源勘探(如超深部、致密岩、外太空等)开发技术的发展,高湿度、水润滑等极端工况下对具有低磨损、优异摩擦性能的聚晶金刚石(Polycrystalline Diamond,PCD)材料提出了更高和迫切的要求.许多研究已经报道了滑移界面间的摩擦化学反应严重影响着材料的摩擦磨损.本文考察了经高温高压烧结的聚晶金刚石在相对湿度(RH)为55％-85％以及水润滑条件下对磨氮化硅球时的摩擦学行为及性能.结
【机 构】
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中国地质大学(北京) 工程技术学院,北京 100083 中国地质大学(北京) 工程技术学院,北京
【出 处】
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第十一届全国表面工程大会暨第八届全国青年表面工程学术会议
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非常规能源勘探(如超深部、致密岩、外太空等)开发技术的发展,高湿度、水润滑等极端工况下对具有低磨损、优异摩擦性能的聚晶金刚石(Polycrystalline Diamond,PCD)材料提出了更高和迫切的要求.许多研究已经报道了滑移界面间的摩擦化学反应严重影响着材料的摩擦磨损.本文考察了经高温高压烧结的聚晶金刚石在相对湿度(RH)为55％-85％以及水润滑条件下对磨氮化硅球时的摩擦学行为及性能.结果 表明,在不同相对湿度水平条件下,氮化硅材料表现出明显差异的磨损率,这对合理设计抗磨损系统具有重要的指导意义.随着湿度的增加,材料从单原子间的磨损逐渐过渡为团簇状剥落磨损.在水润滑条件下,由于形成有效的水分子润滑膜保证了氮化硅获得最低的磨损率.XPS测试表明,氮化硅在水分子存在时发生水解反应伴随着在滑移界面间Si–O–Si的形成.Si–O–Si会在水分子的作用下进一步发生水合作用形成硅胶,在滑移过程中的接触应力的作用下滑移界面间的硅胶成团簇状脱落.Si-O/Si-OH/Si-N键比值随着湿度增加而降低,从而形成了不同的磨损率.在湿度为85％条件下,氮化硅获得最高的磨损率 ～6.22×mm3/n m,85％RH条件下形成的磨斑的XPS表明,此时磨损表面为裸露的Si-N键,进一步证明了硅胶的脱落机制是产生最大磨损率的原因.基于以上分析得出,不同的水分子浓度决定了氮化硅发生不同程度的磨损.不同水分子通过控制Si-O/Si-OH/Si-N键比值实现对材料磨损的控制.
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