孔軒，陳明輝，張濤，王福會

摩擦磨損與潤滑

摻雜Ti對Ni基復(fù)合材料摩擦學(xué)性能的影響

孔軒，陳明輝，張濤，王福會

（東北大學(xué) 沈陽材料科學(xué)國家研究中心東北大學(xué)聯(lián)合研究分部，沈陽 110819）

通過在NiCr-WS2自潤滑體系中摻雜納米Ti，提升自潤滑復(fù)合材料在不同環(huán)境中的摩擦學(xué)性能。通過放電等離子燒結(jié)（SPS）技術(shù)制備了NiCr（N）、NiCr-WS2（NW）、NiCr-WS2-Ti（NW15T）3種復(fù)合材料。采用SEM 和EDS分析了復(fù)合材料的微觀性能。通過摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)分別測試了3種材料在干摩擦、去離子水和3.5%NaCl溶液中的摩擦學(xué)性能，并借助RAMAN分析磨痕的化學(xué)成分。在干摩擦條件下，NW15T的摩擦因數(shù)和磨損率分別為0.38和4.2×10?5mm3/(N·m)。相較于傳統(tǒng)的NW，NW15T的摩擦因數(shù)和磨損率分別降低了22.4%和83.7%；當(dāng)在去離子水中摩擦?xí)r，雖然NW15T也具有較好的摩擦學(xué)性能，但是與NW相比優(yōu)勢不明顯；在3.5%NaCl溶液中摩擦?xí)r，NW15T產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物避免了摩擦副的直接接觸，并使摩擦因數(shù)降低至0.16，磨損量降低為0.4×10?5mm3/(N·m)。與NW相比，NW15T在3.5%NaCl溶液中的摩擦因數(shù)和磨損率分別降低了38.5%和81.8%。在NW傳統(tǒng)自潤滑復(fù)合材料體系中摻入Ti，原位生成了TiS和Ni3Ti，不僅提高了材料的力學(xué)性能，同時提高了復(fù)合材料在不同環(huán)境下的摩擦學(xué)性能。尤其是在NaCl溶液中，在TiS和腐蝕產(chǎn)物的共同作用下，NW15T的摩擦因數(shù)和磨損率大幅下降。

鎳基自潤滑材料；摻雜改性；摩擦環(huán)境；潤滑性；耐磨性

在兩個物體相對摩擦的過程中，會帶來大量的能量損耗和材料損失[1-2]。為了減小材料的摩擦磨損，人們通常在摩擦副表面施加潤滑油和潤滑脂[3-5]。但是在一些特殊環(huán)境下，潤滑油和潤滑脂將不再適用。例如，在海洋環(huán)境條件下，船舶和海洋工程裝備的一些零部件將會發(fā)生摩擦并產(chǎn)生較為嚴(yán)重的磨損[6-7]，而傳統(tǒng)的液體潤滑材料如潤滑油和潤滑脂，不再能滿足相關(guān)的應(yīng)用環(huán)境[8-9]。自潤滑復(fù)合材料由于在極端環(huán)境下具有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能而逐漸引起研究人員的重視[10-11]。一般來講，自潤滑復(fù)合材料由金屬基體和固體潤滑劑通過粉末冶金的方法制備而成。金屬基體一般為Cu、Fe、Ni等合金，其中NiCr合金由于具有耐腐蝕、強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，常被用作自潤滑復(fù)合材料的基體[12-14]。而graphite、MoS2、WS2、h-BN等片層狀材料，因?yàn)槠淦瑢又g是通過較弱的范德華力連接在一起，所以具有較低的剪切強(qiáng)度和摩擦因數(shù)[15-16]。其中，graphite與金屬的界面結(jié)合較差，這將嚴(yán)重降低材料的力學(xué)性能。因此，WS2常被加入到NiCr和Cu合金中以減小材料的摩擦因數(shù)[17-19]。值得注意的是，WS2與NiCr合金在高溫?zé)Y(jié)的過程中，會發(fā)生分解并與Cr元素反應(yīng)生成CrS。雖然WS2的結(jié)構(gòu)被破壞，但是生成的CrS仍然具有一定的潤滑性能[20-21]。TiS與CrS相似，同屬于過渡族金屬硫化物并具有較低的摩擦因數(shù)，常被應(yīng)用在涂層中[22-23]，而含TiS的復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能也亟需被研究。

自潤滑復(fù)合材料常應(yīng)用在高溫、高壓、真空等條件下[24-26]，但是在含NaCl等腐蝕介質(zhì)中的摩擦行為卻鮮有報導(dǎo)。Cui[27]用熱壓燒結(jié)的方法制備了鋁青銅和石墨的自潤滑復(fù)合材料，并研究了該復(fù)合材料在海水中的摩擦性能。研究表明，該復(fù)合材料的摩擦因數(shù)隨載荷和摩擦速度的增加而減小，其摩擦因數(shù)最低可至0.18左右。Cui[28]通過熱壓燒結(jié)的方法制備了鋁青銅和銀的自潤滑復(fù)合材料。結(jié)果顯示，在摩擦過程中，銀容易被擠壓出來并富集在磨痕表面，形成較厚的潤滑膜。以上研究詳細(xì)地報道了鋁青銅基自潤滑復(fù)合材料在海水中的摩擦學(xué)行為。但是，目前關(guān)于鎳基自潤滑復(fù)合材料在腐蝕介質(zhì)中的摩擦學(xué)性能研究較少。再者，鎳基材料相較于銅在NaCl溶液中的耐蝕性要更好，因此研究鎳基自潤滑復(fù)合材料在NaCl溶液中的摩擦學(xué)性能顯得格外必要。

本文在NiCr-WS2自潤滑體系中加入15%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的納米Ti，并通過放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備成復(fù)合材料。燒結(jié)過程中，WS2分解并與Ti反應(yīng)原位生成具有潤滑作用的TiS。同時，過量的Ti元素固溶到NiCr合金中，形成Ni3Ti強(qiáng)化相，大幅提高了材料的強(qiáng)度和硬度。對NiCr合金、NiCr-WS2、NiCr-WS2-Ti復(fù)合材料進(jìn)行干摩擦、去離子水和3.5%NaCl溶液中的摩擦試驗(yàn)，比較材料在不同環(huán)境下的摩擦學(xué)性能。為設(shè)計適用于海洋環(huán)境下的自潤滑復(fù)合材料提供參考和支持。

1 試驗(yàn)

1.1 樣品制備

本文所使用的Ni20Cr粉末購買于長沙天久有限公司，形貌如圖1a所示，粉末呈球狀且粒徑分布為10～60 μm，其成分由80%的Ni元素和20%的Cr元素組成。Ti粉末購買于長沙天久有限公司，形貌如圖1b所示，粒徑為0.1～0.2 μm。WS2粉末購買于華京粉體有限公司，形貌如圖1c所示，粉末呈片狀且粒徑約為5 μm。稱取粉末并放入球磨罐中，用球磨機(jī)球磨8 h，球料比為10∶1，轉(zhuǎn)速為300 r/min。將混合后的粉末通過德國FCT公司生產(chǎn)的HPD 250放電等離子燒結(jié)設(shè)備進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)壓力為40 MPa，燒結(jié)速率為50 ℃/min，燒結(jié)溫度為1 050 ℃，保溫時間為10 min。為了簡便起見，將制備好的復(fù)合材料分別命名為N、NW、NW15T，其成分見表1。燒結(jié)完畢后，將復(fù)合材料切割成20 mm×20 mm×2 mm的塊體，機(jī)械拋光，通過UP白光干涉儀測量其拋光后的樣品表面粗糙度（）值在0.10～0.12 μm之間。

圖1 原始粉末的形貌

表1 復(fù)合材料的成分

1.2 性能表征

通過配備有能譜分析儀（EDS，OXFORDX）的場發(fā)射電子顯微鏡（JSM-7001F，Japan）對材料的表面形貌和成分進(jìn)行表征。使用拉曼（JY Horiba HR800，F(xiàn)rance）對磨痕區(qū)域的物相進(jìn)行分析。使用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)（MFT-5000，USA）對樣品進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中，將樣品固定在自制的樣品槽中，并將樣品槽固定在試驗(yàn)平臺上。其試驗(yàn)裝置如圖2所示。

圖2 摩擦試驗(yàn)裝置示意圖

根據(jù)試驗(yàn)的需要，在水槽中加入100 ml的去離子水或3.5%NaCl溶液。試驗(yàn)載荷選擇為10 N。由于過快的摩擦速度會使樣品槽內(nèi)的溶液飛濺，所以本試驗(yàn)的摩擦速度選擇為5 mm/s，摩擦?xí)r間為60 min，對磨球選擇直徑為4 mm的Si3N4球。每組試驗(yàn)至少重復(fù)3次，并取其平均值。測試完之后，用UP白光干涉儀測量磨損體積和磨痕輪廓。磨損率通過公式（1）進(jìn)行計算。

=/() (1)

式中：為磨損體積；為載荷；為摩擦距離。

2 結(jié)果與討論

2.1 微觀結(jié)構(gòu)

圖3為NW和NW15T的微觀形貌。由圖3a可知，在材料于1 050 ℃燒結(jié)過程中，WS2發(fā)生了分解，結(jié)合筆者之前的研究工作[20]，可知S元素與合金中的Cr元素發(fā)生反應(yīng)并生成了CrS。因?yàn)镾元素擴(kuò)散較快，所以CrS較均勻地分布在金屬基體中并充當(dāng)材料的潤滑相。同時，W顆粒被留在原來WS2所處的位置，提高了材料的硬度。如表2所示，當(dāng)NiCr合金加入15%WS2后，其硬度從(198±11)HV提升至(286±16)HV。由于TiS在1 050 ℃的形成吉布斯自由能為?353.59 kJ/mol，而CrS的形成吉布斯自由能為?102.85 kJ/mol，所以當(dāng)15%的納米Ti被添加到NiCr-WS2中時，Ti更容易與S反應(yīng)形成TiS[20]。如圖3b所示，WS2發(fā)生分解，其中S元素與Ti發(fā)生反應(yīng)并生成了TiS。同時，過量的Ti固溶到NiCr邊緣，形成富Ti區(qū)域，并在此區(qū)域析出大量的Ni3Ti強(qiáng)化相。富Ni3Ti的區(qū)域包裹住NiCr合金，形成硬相包軟相的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了材料的硬度和強(qiáng)度提升。如表2所示，NW15T的硬度達(dá)到了(720±48)HV，壓縮強(qiáng)度升至(1 906±19) MPa，與傳統(tǒng)的NW復(fù)合材料相比，硬度和強(qiáng)度分別提高了151.7% 和28.3%。更詳細(xì)的微觀組織分析和證明以及力學(xué)性能提升的機(jī)理，在筆者之前的研究做出了相應(yīng)的報道[20]。

圖3 復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)

表2 材料的力學(xué)性能[20]

2.2 摩擦學(xué)性能

2.2.1 摩擦因數(shù)及磨損率

為了更好地研究和分析材料的摩擦學(xué)性能，分別研究了材料的干摩擦，以及在去離子水和3.5%NaCl溶液中的摩擦學(xué)性能。如圖4a所示，在干摩擦條件下，N具有最大的摩擦因數(shù)，其平均摩擦因數(shù)為0.55。NW的摩擦因數(shù)低于N，平均摩擦因數(shù)為0.49。NW15T具有最低的摩擦因數(shù)，其平均摩擦因數(shù)為0.38，這是由于NW15T有大面積的潤滑相TiS，再加上較高的硬度使材料難以發(fā)生塑性變形，從而使摩擦副的接觸面積較小，繼而降低了NW15T的摩擦因數(shù)。但是，NW15T在低摩擦速度（5 mm/s）下的摩擦曲線波動較大，這是由于NW15T硬相區(qū)（富Ni3Ti區(qū)）與軟相區(qū)（NiCr合金）在微觀上分布不均造成的。當(dāng)材料在去離子水中摩擦?xí)r，因?yàn)樗彩橇己玫臐櫥瑒?，且Si3N4球在摩擦?xí)r由于摩擦化學(xué)反應(yīng)生成具有潤滑作用的Si(OH)4[29]，所以材料的摩擦因數(shù)均大幅降低。N、NW、NW15T的平均摩擦因數(shù)分別降低至0.36、0.24、0.20。當(dāng)材料在NaCl溶液中摩擦?xí)r，與在去離子水中摩擦相比，N的摩擦因數(shù)未發(fā)生明顯變化，其平均摩擦因數(shù)為0.37。NW的摩擦因數(shù)略有上升，為0.26。而NW15T的平均摩擦因數(shù)降至0.16。

與摩擦因數(shù)相對應(yīng)，材料在不同環(huán)境下的磨損率也發(fā)生變化。圖5是材料在不同條件下的磨損率。由圖可知，當(dāng)材料干摩擦?xí)r，NW呈現(xiàn)出高達(dá)25.7×10–5mm3/ (N·m)的磨損率。結(jié)合之前的研究結(jié)果可知[20]，CrS與基體結(jié)合較差，在摩擦過程中容易萌生裂紋，且均勻分散的CrS促進(jìn)裂紋擴(kuò)展，從而導(dǎo)致NW在摩擦過程中產(chǎn)生較大的材料損失。由于NW15T具有較高的硬度和較低的摩擦因數(shù)，且TiS被富Ni3Ti區(qū)域包裹不易產(chǎn)生裂紋。因此NW15T在此條件下的磨損率僅為4.2×10?5mm3/(N·m)。當(dāng)材料在去離子水和NaCl溶液中摩擦?xí)r，N、NW、NW15T的磨損率均大幅下降。值得注意的是，NW15T在去離子水中的磨損率為1.4×10?5mm3/(N·m)，而在NaCl溶液中的磨損率下降至0.4×10?5mm3/(N·m)。N和NW在去離子水中的磨損率分別為2.7×10?5mm3/(N·m)和2.3×10?5mm3/(N·m)，它們在3.5%NaCl溶液中的磨損率與在去離子水中的磨損率相比略有下降，分別為2.0×10?5mm3/(N·m)和2.2×10?5mm3/(N·m)。由此可見，相比于干摩擦，NW和NW15T在濕摩擦中展現(xiàn)出更好的摩擦學(xué)性能，尤其是NW15T在3.5%NaCl溶液中具有良好的摩擦學(xué)性能。與NW相比，NW15T的摩擦因數(shù)和磨損率分別降低了38.5%和81.8%。

圖4 材料在不同條件下的摩擦因數(shù)

圖5 材料在不同條件下摩擦后的磨損率

2.2.2 磨痕形貌

圖6是材料干摩擦后的表面形貌。由圖可知，N的磨痕表面產(chǎn)生了大量的裂紋，以及由于材料剝落而產(chǎn)生的坑，同時伴隨著細(xì)小的犁溝。與此相似，NW的表面也產(chǎn)生了較多的裂紋，同時在磨痕表面可以觀察到一些磨屑。而NW15T表面相對光滑平整，沒有觀察到明顯的裂紋。根據(jù)表3的元素分析可知，區(qū)域“1”富含O元素，這是在摩擦過程中由于摩擦熱而產(chǎn)生的氧化磨損。而區(qū)域“2”中具有較多的S元素，可以推測磨痕表面形成富含S元素的潤滑膜，從而改善了材料的摩擦學(xué)性能。較低的摩擦因數(shù)使材料承受

較小的摩擦力，從而使磨痕相對平整。同時，相對光滑平整的磨痕又促進(jìn)了摩擦因數(shù)的降低。根據(jù)公式（2）可知[30]，相較于粗糙磨痕表面，光滑平整的磨痕的實(shí)際接觸面積和犁溝面積較小，降低了摩擦力，促進(jìn)了摩擦因數(shù)的降低。因此，低摩擦因數(shù)和光滑平整的磨痕是兩個相輔相成的結(jié)果。

=+e=b+e(2)

式中：為摩擦力；為剪切力，=b；e為犁溝力，e=e；為實(shí)際接觸面積；b為黏結(jié)點(diǎn)的結(jié)合強(qiáng)度；為犁溝面積；e為單位面積的犁溝力。

圖7是材料在去離子水中摩擦后的表面形貌。與干摩擦不同的是，由于水也是良好的潤滑劑，使摩擦副之間具有較低的剪切強(qiáng)度，從而減小了黏著磨損。再者，在水溶液中摩擦熱容易散發(fā)，因而在一定程度上避免了氧化磨損的產(chǎn)生。因此在去離子水中摩擦后的材料表面，均未見到明顯的裂紋和剝落坑。但是材料表面均存在著明顯的犁溝，意味著材料主要發(fā)生了磨粒磨損。可以觀察到，N的磨痕上犁溝較多且深，發(fā)生了嚴(yán)重的磨粒磨損。而NW的磨痕區(qū)域犁溝較淺且少，這是由于磨痕處均勻分散的CrS改善了NW的磨損狀況。同樣，NW15T中的TiS也具有潤滑作用，但是其磨痕上有幾條較為明顯的犁溝。雖然如此，根據(jù)圖5可知，相比較其他材料，高硬度的NW15T的磨損量較低。

圖8是材料在3.5%NaCl溶液中摩擦后的表面形貌。與在去離子水中摩擦后的表面相似，N的表面也產(chǎn)生了許多犁溝，發(fā)生了嚴(yán)重的磨粒磨損。而NW的磨痕表面，有許多剝落的小坑，并且有一些裂紋伴隨在小坑周圍。同時根據(jù)表4的EDS結(jié)果可知，相比“1”區(qū)域，“2”和“3”區(qū)域富集著O元素，這是由于材料在摩擦過程中，部分區(qū)域發(fā)生了腐蝕。由此可推斷，因?yàn)镹W中的CrS與基體界面結(jié)合較差，在摩擦過程中容易產(chǎn)生裂紋，在腐蝕與摩擦耦合過程中，這一行為被加速。而NW15T的表面并未發(fā)現(xiàn)明顯的剝落坑和裂紋，但是在磨痕區(qū)域發(fā)現(xiàn)了富含O和Ti元素的腐蝕產(chǎn)物（“4”區(qū)域）。

圖6 材料干摩擦后的表面形貌

表3 圖6中磨痕區(qū)域中EDS分析

磨痕形貌只能反映磨痕表面的狀態(tài)，為了更好地研究材料的摩擦性能，其磨痕輪廓需要被進(jìn)一步分析。圖9是材料在不同環(huán)境下摩擦后的磨痕輪廓。由圖可知，當(dāng)材料進(jìn)行干磨時，NW展現(xiàn)出深達(dá)16.2 μm左右的磨痕深度。而N和NW15T的磨痕輪廓的深度分別為6.1 μm和4.4 μm。這與其在干摩擦下的磨損率相匹配。在去離子水中摩擦?xí)r，N、NW、NW15T的磨痕深度沒有明顯的區(qū)別，但是N磨痕較寬。當(dāng)在3.5%NaCl溶液中摩擦?xí)r，NW15T呈現(xiàn)出很淺的磨痕深度，其磨痕深度僅為0.55 μm，這與其較低的磨損率相對應(yīng)。

圖7 材料在去離子水中摩擦后的表面形貌

圖8 材料在3.5%NaCl溶液中摩擦后的表面形貌

表4 圖8中磨痕區(qū)域的EDS分析

2.2.3 對磨球及腐蝕產(chǎn)物

相較于N和NW，NW15T在NaCl溶液中具有良好的摩擦學(xué)性能，為了進(jìn)一步解釋NW15T在NaCl溶液中優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，Si3N4球的磨斑需要被分析。圖10是與材料摩擦的Si3N4球在NaCl溶液中摩擦后的表面形貌。從圖可知，N和NW的Si3N4球的磨斑大小相似，但是NW15T的Si3N4球的磨斑相對于前兩者小很多，其直徑約為325 μm。值得注意的是，NW15T的Si3N4球表面覆蓋了一層富含O、Ti、Ni、Cr元素的轉(zhuǎn)移膜。該轉(zhuǎn)移膜與NW15T磨痕區(qū)的腐蝕產(chǎn)物有關(guān)（圖8c），由此可以推斷，NW15T磨痕區(qū)域的腐蝕產(chǎn)物在摩擦過程中轉(zhuǎn)移到Si3N4球上，避免了摩擦副之間直接接觸，從而在一定程度上降低了材料的摩擦因數(shù)和磨損率。

圖9 材料在不同環(huán)境下摩擦后的磨痕輪廓

圖10 對磨球在NaCl溶液中摩擦后的表面形貌

通過拉曼光譜對NW和NW15T磨痕區(qū)域的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析。雖然無法標(biāo)定出所有的峰，但是從已知的拉曼圖譜中的峰可以觀察到，相較于NW，NW15T不但存在NiO和Cr2O3，而且存在TiO2。這是由于NW15T中具有大面積的TiS，富Ti的區(qū)域容易在NaCl溶液中腐蝕生成TiO2[31]。不僅如此，NaCl的加入提高了溶液的導(dǎo)電性，使NW15T內(nèi)的TiS與NiCr合金在溶液中構(gòu)成腐蝕電池，從而促使NiCr發(fā)生腐蝕并生成NiO和Cr2O3。這些腐蝕產(chǎn)物在摩擦過程中容易轉(zhuǎn)移到對磨球上，從而降低了NW15T的摩擦因數(shù)和磨損率。

圖11 復(fù)合材料在3.5%NaCl溶液中摩擦后的磨痕區(qū)域拉曼圖譜

3 結(jié)論

1）當(dāng)干摩擦?xí)r，雖然NW的摩擦因數(shù)相對N有所降低，但是其磨損率卻顯著提升。NW15T具有較低的摩擦因數(shù)，同時其磨損量僅為4.2×10?5mm3/(N·m)，N和NW的磨損率分別為31.6%和16.3%。

2）當(dāng)在去離子水中摩擦?xí)r，材料表面主要發(fā)生了磨粒磨損。因?yàn)樗橇己玫臐櫥瑒圆牧系哪p率和摩擦因數(shù)均大幅下降。

3）NW15T在NaCl溶液中展現(xiàn)出良好的摩擦學(xué)性能，其摩擦因數(shù)降低至0.16，磨損率僅為0.4× 10?5mm3/(N·m)。與N和NW相比，NW15T的摩擦因數(shù)分別降低了56.8%和38.5%，磨損率分別降低了80.0%和81.8%。

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Effect of Doping Ti on the Tribological Properties of Ni-based Composites

,,,

(Shenyang National Laboratory for Materials Science, Northeastern University, Shenyang 110819, China)

To improve tribological properties of self-lubricating composites in different environments, nano-Ti powders were doped into NiCr-WS2. Then, spark plasma sintering (SPS) was used to prepare NiCr (N), NiCr-WS2(NW), NiCr-WS2-Ti (NW15T) composites. In this study, SEM and EDS were utilized to analyze the microstructure of materials. Meanwhile, the tribological properties of materials at dry friction, deionized water, 3.5wt.% NaCl solution, were tested by MFT-5000 tribometer with reciprocating motion at room temperature. Besides, Raman spectra of the wear tracks were recorded by a Raman spectrometer system. Due to better mechanical properties and TiS, NW15T exhibited good tribological properties during dry friction, and the results show that friction coefficient and wear rate of NW15T are 0.38 and 4.2×10?5mm3/(N·m) at dry friction condition. For NW, due to the poor interfacial bonding strength between CrS and the substrate, cracks are easily initiated at the interface during the friction process. At the same time, the uniformly dispersed CrS promotes the crack propagation, resulting in the wear rate of NW as high as 25.7×10?5mm3/(N·m) at dry friction condition. Compared with NW, the friction coefficient and wear rate of NW15T reduced by 22.4% and 83.7%, respectively. Different from dry friction, owing to the good lubrication of water all materials exhibited excellent tribological properties when sliding in water. Furthermore, the frictional heat is easily dissipated in water, so that no obvious cracks and spalling pits were seen on the surface of materials after sliding in water. However, there are obvious grooves on the surfaces of materials, which means the wear mechanism of materials is abrasive wear when they sliding in water. Nonetheless, NW15T exhibits better tribological performance in deionized water than N and NW. It is worth noting that the friction coefficient and wear rate of NW15T are only 0.16 and 0.4×10?5mm3/(N·m) when sliding in NaCl solution, due to the fact that the corrosion products of NW15T avoid direct contact for the friction pair. Compared with NW, the friction coefficient and wear rate of NW15T in 3.5wt.% NaCl solution are reduced by 38.5% and 81.8%, respectively. Furthermore, the wear of coupled ball of NW15T is much smaller than that of N and NW. In order to study the wear mechanism of NW15T in more detail, Raman be used to analyze the corrosion products of NW15T. It is found that the main corrosion products of NW15T are not only contain NiO and Cr2O3but also TiO2. This is because NW15T has a large area of TiS, and the Ti rich area is easily corroded in NaCl solution to form TiO2. These corrosion products are easily transferred to the counter balls during sliding, thereby reducing the friction coefficient and wear rate of NW15T. In summary, nano Ti powders were added to NW, and lead to formation of TiS and Ni3Ti, which promotes the improvement of lubrication and wear resistance. Especially in NaCl solution, the friction coefficient and wear rate of NW15T are greatly reduced under the synergistic effect of TiS and corrosion products.

Ni-based self-lubricating composites; modification; friction environment; lubricity; wear resistance

TH117

A

1001-3660(2023)01-0063-09

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.01.007

2021–12–17；

2022–02–08

2021-12-17；

2022-02-08

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51871051）

The National Natural Science Foundation of China (51871051)

孔軒（1992—），男，博士研究生，主要研究方向?yàn)樽詽櫥瑥?fù)合材料。

KONG Xuan (1992-), Male, Doctor student, Research focus: self-lubricating composites.

陳明輝（1984—），男，博士，教授，主要研究方向?yàn)楦邷胤雷o(hù)涂層與自潤滑復(fù)合材料。

CHEN Ming-hui (1984-), Male, Doctor, Professor, Research focus: high-temperature protective coatings and self-lubricating composites.

孔軒, 陳明輝, 張濤, 等.摻雜Ti對Ni基復(fù)合材料摩擦學(xué)性能的影響[J]. 表面技術(shù), 2023, 52(1): 63-71.

KONG Xuan, CHEN Ming-hui, ZHANG Tao, et al. Effect of Doping Ti on the Tribological Properties of Ni-based Composites[J]. Surface Technology, 2023, 52(1): 63-71.

責(zé)任編輯：萬長清