硅酸铝基添加剂(以下简称 SiAl 添加剂)是一种新型的陶瓷润滑油添加剂,由于其具有明显的减摩与磨损修复功能,论文针对这种添加剂,在滑动磨损试验机上对钢/钢、钢/铸铁摩擦副的磨损行为进行了系统的研究;采用铁谱分析方法对试验机和实际轿车发动机运行过程中的油样进行了分析验证;利用现代微观分析手段对金属陶瓷修复层的组份和结构进行了分析,对新型添加剂的作用机理进行了探讨。 针对本研究的特殊要求(载荷、速度变化范围大,运行时间长,要求磨痕平整等),研制了一台具有多功能的 GWL-1000 型摩擦磨损试验机。在此试验机上用球盘点接触试验考察了此添加剂的摩擦学效应,用销盘试验考察了其自修复效应。试验结果表明:随着载荷和转速的加大,摩擦副的磨合期能加速完成;摩擦副进入稳定磨损阶段的时间缩短,添加剂的作用趋于明显;新型添加剂对钢/铸铁的抗磨修复功效优于钢/钢摩擦副,可能与铸铁的高碳含量及其特殊的组织结构有关;销盘试验表明,添加剂可以保持长时间良好的动态磨损自修复功能,从而可以极大地延长材料的使用寿命。 润滑油样的铁谱分析结果表明,加入 SiAl 添加剂后磨损烈度指数和磨粒浓度均呈下降趋势,证明了本添加剂的减摩作用,也为探讨添加剂的修复机理提供了佐证;实际发动机的润滑油铁谱分析与试验机的分析结果一致,并表明实际的工况更适合于发挥添加剂的作用。 表面分析结果表明:陶瓷修复层的组织结构和性能发生了巨大的变化,其纳米硬度达到了 16GPa 以上,比原基体提高了几十倍,表面粗糙度 Ra 降低到20-30nm 左右,碳含量明显增加,组织结构变成非晶态,激光拉曼分析证明形成了类金刚石结构。根据全部试验与分析结果,提出了此陶瓷添加剂修复作用的机理可能是陶瓷添加剂在摩擦表面作用过程中,极大地提高了摩擦表面原子的活 性,将油中断裂的 C 链吸附,并将一部分铁屑捕获后,在其外层形成包裹,然后在表面实现了结构重组,形成了类金刚石结构。