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为了提高燃油效率,减少CO2排放,工业界研发了各种耐磨减摩硬质涂层,保护机械部件,减少摩擦磨损。在过去的十年中,富硼硼化物涂层因其优异的力学和摩擦学性能而成为研究热点,尤其是AlMgB14-TiB2和B4C。AlMgB14-TiB2涂层最初由美国能源部Ames实验室开发,已表现出作为机械零部件耐磨涂层的巨大潜力,特别是在油润滑条件下。与未涂覆的机械部件比较,全配方油润滑条件下涂覆B4C涂层的部件表现出更优秀的抗划伤和宏观耐磨性。口前,B4C涂层已应用于汽车变速箱零部件表面。然而,富硼硼化物涂层与润滑油添加剂之间的摩擦化学相互作用尚未得到系统研究。基于此,本文系统研究了纯PAO基础油和摩擦改性添加剂二烷基二硫代氨基甲酸钼(MoDTC)对沉积态及退火态AlMgB14-TiB2涂层和B4C涂层摩擦学行为和摩擦化学机理的影响。本文进行销盘式单向旋转滑动和往复滑动试验,拉曼光谱、扫描电镜(SEM)、能量色散X射线能谱(EDX)、X射线光电子能谱(XPS)、激光共聚焦显微镜(LCSM)和三维白光干涉仪等对涂层进行了表征。实验结果与主要结论如下:(1)在单向旋转滑动纯PAO基础油润滑条件下,退火态AlMgB14-TiB2涂层和沉积态B4C涂层具有最低的摩擦系数,大约在0.1左右。退火态B4C涂层摩擦系数最高,达到0.15左右。在往复滑动纯PAO基础油润滑条件下,沉积态AlMgB14-TiB2和沉积态B4C具有最低的摩擦系数0.12,而退火态AlMgB14-TiB2涂层与退火B4C涂层摩擦系数较高,大约在0.14-0.15左右。扫描电镜形貌分析表明,涂层发生了粘着磨损(adhesion wear)。退火B4C有局部剥落现象,磨损较大。EDX能谱分析表明磨痕处存在大量Fe、O元素,形成粘着转移层,涂层成分如B、Ti等被转移层覆盖。(2)在单向旋转滑动PAO/MoDTC润滑条件下,硼化物涂层的摩擦系数表现出不稳定和波动的行为,并逐渐达到一个稳定值0.08-0.12。在往复滑动摩擦中这些涂层的摩擦系数保持在0.05-0.07之间。扫描电镜形貌分析表明,无论滑动接触形式如何,硼化物涂层均未发生严重磨损。但在单向旋转接触下,与硼化物涂层对磨钢球的磨损较大,磨损机理为磨粒磨损,往复滑动接触下钢球磨损较小。EDX能谱和X射线光电子能谱分析表明,单向旋转滑动摩擦时,涂层磨痕处的MoDTC不完全分解,在对磨钢球表面没有形成MoS2摩擦膜,而AlMgB14-TiB2涂层在往复滑动摩擦条件下表面形成了明显的MoS2摩擦膜。在MoDTC润滑条件下,AlMgB14-TiB2涂层和B4C涂层的表面摩擦化学过程与涂层的滑动摩擦接触形式和表面化学状态密切相关。(3)MoDTC降解生成的MoS2摩擦膜减摩润滑效果明显,MoDTC与AlMgB14-TiB2涂层的摩擦化学匹配性优于B4C涂层。