我院梁益龙教授课题组在《Acta Materialia》期刊上发表最新研究成果
发布时间: 2019-01-11 浏览次数: 97

 

20181229贵州大学材料与冶金学院梁益龙教授课题组在金属材料领域国际顶级期刊《Acta Materialia》上在线发表题为“Formation of a self-lubricating layer by oxidation and solid-state amorphization of nano-lamellar microstructures during dry sliding wear tests”的研究论文(DOI:10.1016/j.actamat.2018.12.049)

摩擦磨损是导致机械结构件失效的主要原因之一,因此,为确保机械零部件的安全稳定及长寿命运行,深入研究机械构件的摩擦磨损失效行为,掌握相关失效机理至关重要。该研究首次发现在不同成分的钢中滑动摩擦磨损在一定条件下普遍会出现一个有趣现象,即严重磨损向轻度磨损的过渡(我们称为“自润滑”),这将导致摩擦系数和磨损率显著降低,从而提高结构件的寿命。以往的研究认为,在特殊材料中通过摩擦可以产生梯度结构的超纳米晶层而导致自润滑效应,或者利用纳米氧化物添加在润滑剂中来降低摩擦系数。该成果在高载荷干滑动摩擦磨损过程中直接在表面形成了纳米氧化物层起到自润滑作用,即形成一层釉面保护层。这种自润滑效应在干滑动摩擦磨损中就无法归因于超纳米晶体层。那么自润滑层的结构及其形成过程是什么?纳米氧化物粒子的主要形成机制是什么?界面和位错是否促进纳米氧化物颗粒的细化?

为了探究相关机理,课题组在大气压常温环境下,采用WC球与低碳条状马氏体钢进行球-盘干摩擦磨损实验,然后应SEM/FIB/TEM/EBSD等技术手段磨痕表层、次表层的材料微观结构进行了详细分析,最终解答了上述问题。研究发现低碳条状马氏体钢干摩擦过程自然形成纳米级氧化物和非晶颗粒,并牢固附着在摩擦表面成为自润滑薄膜。纳米颗粒的主要成分是Fe的氧化物和非晶氧化物(如图1,11nm)。纳米氧化物颗粒的形成主要受控于干滑动磨损过程中马氏体纳米层片化、固态非晶化和氧化行为。在磨损剪应变条件下,大塑性累积应变下不断增殖的高密度几何必须位错和缺陷是纳米层片化和非晶化的本因。从而揭示了磨损表面下马氏体固态非晶化和氧化的行为机理,并建立了低碳条状马氏体钢自润滑薄膜内纳米氧化物颗粒的形成机制模型。

1. 20CrNi2Mo钢马氏体片干摩擦磨损中形成的自润滑层TEM:(a)自润滑层低倍形貌; (b) 自润滑层中的纳米氧化物颗粒的高倍放大像; (c) Fe3O4纳米颗粒明场像及透射斑点; (d) bcc结构的纳米Fe 片的暗场像及透射斑点.

该工作是由博士生尹存宏与其导师梁益龙教授共同完成。参与该工作的还有梁宇教授、李伟副教授和杨明副教授。该研究得到了国家自然科学基金(5167106051464006)的支持。

文献链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645418310000

                                                                      撰稿人:黄朝文