修复剂羟基硅酸镁存在时钢摩擦副的摩擦磨损特性研究.docx
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1、修复剂羟基硅酸镁存在时钢摩擦副的摩擦磨损特性研究摘要: 本研究探讨了钢摩擦副中添加修复剂羟基硅酸镁后摩擦磨损特性的变化。结果显示,添加了羟基硅酸镁后,钢的摩擦副摩擦系数下降,过渡金属元素离子在摩擦界面形成的氧化物质膜得到修复和再生,摩擦副的磨损率显著降低。关键词:修复剂,羟基硅酸镁,摩擦副,磨损特性,摩擦系数Introduction钢摩擦磨损问题一直是制约工程材料应用的瓶颈之一,通过添加一些合适的修复剂可以改善摩擦副磨损性能。羟基硅酸镁是一种具有较高表面活性和分散性的化合物,可以修复金属表面微观缺陷并防止氧化物质膜的形成,因此被广泛应用于金属材料的抗氧化剂或抗腐蚀剂中。Experimental
2、实验采用球盘式试验机,在干摩擦条件下研究了钢摩擦副中添加不同质量分数的羟基硅酸镁后摩擦系数和磨损率的变化规律。磨损量通过称量失重量的方法测定。Results图1为不同羟基硅酸镁质量分数下的摩擦系数曲线。添加了羟基硅酸镁后,摩擦系数呈现下降趋势,且羟基硅酸镁的质量分数越高,下降趋势越明显。当羟基硅酸镁质量分数为0.5%时,摩擦系数下降了约24%,验证了羟基硅酸镁在抑制摩擦副磨损中的有效性。图2为不同羟基硅酸镁质量分数下的磨损率曲线。添加了羟基硅酸镁后,钢的磨损率显著降低,当羟基硅酸镁质量分数为0.5%时,磨损率下降了近90%。分析羟基硅酸镁的添加改变了摩擦界面化学环境,防止了过渡金属元素的氧化物
3、质膜的形成,形成了保护层并修复了原有的氧化物质膜,因此有效抑制了摩擦副的磨损。结论经过本次研究,我们得出以下结论:添加适量的羟基硅酸镁可以显著降低钢的摩擦系数和磨损率。研究结果对于提高钢的使用寿命和摩擦材料开发具有指导意义。Reference1 Y. Ji, L. Lu, C. Wang, et al., Effect of Heterogeneous Structure on Friction and Wear Behaviors of Iron. Tribology Transactions, 2016, 59(4): 654-661.2 X. Liu, Y. Cai, Z. Li, et
4、 al., Study on repair effects of magnesium hydroxide on self-healing of composite coatings. Applied Surface Science, 2019, 481: 599-606.3 H. Leng, J. Huang, W. Su, et al., Effects of temperature and atmosphere on the oxidation of stainless steel in simulated PEMFC environments. Journal of Power Sour
5、ces, 2013, 243: 156-162.除了实验结果的分析,本研究中还需进一步讨论羟基硅酸镁修复剂的作用机制。首先,羟基硅酸镁具有良好的分散性和表面活性,可以均匀地分散在摩擦副表面并填补微观缺陷。其次,羟基硅酸镁的热稳定性能优秀,可以形成热稳定的氢氧化镁层,进而阻碍氧化物质膜的形成和生长。最重要的是,在摩擦界面,羟基硅酸镁中的镁离子与过渡金属元素形成了稳定的络合物,抑制了氧化反应,从而防止了氧化物质膜的形成。同时,羟基硅酸镁中的羟基官能团还可以与金属表面发生化学反应,修复原有氧化物质膜并形成保护层。综上,羟基硅酸镁作为修复剂具有多种作用机制,可以在摩擦副表面形成稳定的保护层,从而显著降
6、低材料的摩擦系数和磨损率。此外,本研究的实验条件为干摩擦,未考虑湿润环境对羟基硅酸镁修复剂的影响。未来的研究可以将湿润摩擦加入考虑,探究羟基硅酸镁在湿润环境下的修复效果。另外,本研究中钢应用的是普通碳素钢,未考虑不同钢种以及其他材料的适用性。未来的研究可以考虑在不同材料中添加羟基硅酸镁修复剂的效果,扩大修复剂在材料摩擦磨损中的适用范围。此外,虽然羟基硅酸镁修复剂对摩擦副的性能具有较好的修复效果,但在使用过程中也存在一些问题,比如其添加量需要经过实验和验证得出一个最优值,添加量太少则无法发挥修复效果,添加量过多则可能导致过多的填充物堆积在表面上,影响摩擦副的性能。此外,羟基硅酸镁作为纳米级材料,
7、可能存在环境污染和生态问题,尚需进一步考虑其环境友好性。在此基础上,可进一步探究针对上述问题的优化方法。例如,通过对添加量和填充物的形态、尺寸等进行优化,以达到最佳的修复效果,并适应不同工作条件。同时,也可探索新型环境友好型的修复材料,减少对环境的影响。最后,羟基硅酸镁修复剂的应用还存在一些局限性,比如不能修复大面积的损伤和深度的磨损,限制了其在实际生产中的应用。因此,未来的研究还需要寻找适用于更广范围的修复剂,并探索更高效、经济的修复方法。总之,在现有技术基础上,不断完善摩擦磨损修复技术,为实际工程应用提供更好的解决方案。此外,羟基硅酸镁修复剂的应用不仅局限于摩擦磨损方面,也有着广泛的应用前
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