436 / 2022-10-15 17:58:02

显微结构对硅化石墨高温高压水中摩擦学性能的影响

硅化石墨；摩擦学；显微结构；磨损机制；残余应力

为了研究硅化石墨显微结构对其摩擦学性能的影响，本文利用水润滑摩擦试验机，在90℃高温和5 MPa高压条件下，测试了自配合硅化石墨摩擦副在外加载荷500-1500 N及主轴转速100-5000 rpm下的磨损性能。从Stribeck曲线中可确定800 N条件下，摩擦副在主轴转速为100-500、500-1500和1500-5000 rpm时分别处于边界、混合和流体动压润滑状态。边界润滑状态下，表面呈现碳化硅造成的磨粒磨损，硅相磨痕最多，少量碳化硅与水反应生成的二氧化硅粘附在磨损表面。表面粗糙峰之间的接触磨损造成表面应力状态由初始压应力转变为拉应力。混合润滑状态下，只发生轻微磨粒磨损，没有二氧化硅粘附。石墨相在磨损过程中起润滑作用，初始压应力部分释放。流体动压润滑状态下，碳化硅相观察到疲劳裂纹，硅相观察到大量细纹，方向与水流动方向一致。表面长期承受高周交变应力，导致压应力增大。因此，在三种润滑状态下，石墨相作为固体润滑剂降低了硅化石墨的摩擦系数，低杨氏模量的硅相促进了摩擦磨损。碳化硅颗粒在边界润滑状态下造成磨粒磨损，在流体动压润滑状态下，碳化硅相孔隙在应力集中作用下作为裂纹源发生疲劳开裂。