45钢化学热处理表面与极压抗磨添加剂的协同作用

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1995.01.023 第17卷第1期 北京科技大学学报 Vol.17 No.1 1995年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Fb.1995 45钢化学热处理表面与极压 抗磨添加剂的协同作用 马雁声1”刘家浚2) 顾正秋)吴荫顺) 1)北京科技大学表面科学与裔蚀工程系，北京1000832)清华大学摩擦学研究所 摘要利用球一盘摩擦磨损试验机系统地研究了45#钢氧氨共渗，渗氨及渗硫3种化学热处理 表面与硫化烯烃及磷酸三甲酚酯2种极压抗磨添加剂的协同作用效果，并利用X射线光电子能 谱仪和俄歌电子能谱仪分析了各摩擦表面润滑膜的结构及成分，进而讨论了它们的协同作用机 理，研究结果表明，在减摩、抗磨及提高承载能力方面这种协同作用效果十分显著， 关键词化学热处理，极压抗磨添加剂、摩擦磨损，协同作用 中图分类号TH117.1 Synergistic Effects between the Chemical Heat Treatment Surfaces of 1045 Steel and Extreme Pressure-Antiwear Additives Ma Yansheng Liu Jiajun2)Gu Zhengqiu)Wu Yinshun') 1)Department of Surface Science and Corrosion Engineering,USTB.Beijing 100083,PRC 2)Tribology Research Institute.Tsinghua University.Beijing 100084 ABSTRACT The synergistic effects between three kinds of chemical heat treatment sur- faces of 1045 steel,including oxy-nitrided,nitrided and sulfurized surfaces,and two kinds of extreme pressure (EP)-antiwear(AW)additives.sulfurized olefin and tricresyl phosphate,were studied systematically on a ball-on-disc testing machine.The composition of lubricating films on disc wear surfaces was analysed using X-ray photoelectron spectroscopy and Auger electron spectroscopy methods.The mechanism of the synegistic effects was discussed.It was found that excellent synergistic effects on increasing load carrying capacity and reducing friction and wear could be obtained. KEY WORDS chemical heat treatment,extreme pressure-antiwear additive,friction and wear,synergistic effect 在基础润滑油中加入极压抗磨添加剂是改善其使用性能的1种重要手段.钢铁材料表面 的化学热处理能显著改善材料的摩擦学性能，如氧氨共渗处理主要能改善材料的抗擦伤性能)， 渗氮处理能改善材料的抗磨及抗擦伤性能！)，渗硫处理能起到减摩及提高承载能力的作用)， 润滑油中加入极压抗磨添加剂及钢铁材料表面的化学热处理，均能有效地改善摩擦副的摩 1994-05-10收稿第一作者男32岁博士后 ◆中国石油化工总公司资助项目

第 17 卷 第 1 期 北 京 科 技 大 学 学 报 l姚 年 2 月 oJ o a l o f U n ive rs it y o f S d e n ce a n d eT ch n o l o g y B e ij in g V d . 17 N心 . 1 F曲 . 11粥巧 4 5 钢化 学热处理 表 面 与极 压 抗磨 添加剂 的 协同作用 ’ 马雁 声 ` ) 刘 家浚 2) 顾正 秋 ` ) 吴荫顺 ’ ) l) 北京 科技大学 表 面科学 与腐 蚀工 程 系 , 北 京 l以) 〕8 3 2) 清华大 学摩擦学研究所 摘要 利用球一 盘 摩擦 磨损 试验机系统地研究 了 45 # 钢氧氮共渗 、 渗氮 及渗 硫 3 种化 学热 处理 表 面 与硫 化烯烃 及磷 酸三 甲酚 醋 2 种极压抗磨添 加 剂的 协 同作 用 效 果 , 并 利 用 X 射 线 光 电 子能 谱仪 和俄歇 电子 能谱 仪分析了 各摩擦表面 润滑膜 的结 构及 成分 , 进 而 讨 论 了 它们 的协 同作 用机 理 . 研究结果表 明 , 在减摩 、 抗 磨及 提高承 载能力方 面这 种协 同作 用 效果 十分 显著 . 关键 词 化 学热处理 , 极压抗磨 添 加剂 , 摩擦磨损 , 协 同作用 中图分类号 11 J l l7 . l S y n e r g i s t i c E fe e ts be t w e e n t he C h e而ca l eH a t T r e a t f r nt S ur af 溉 o f 10 4 5 S te e l a dn E x t re ll l e P r es s u 『e 一 A n t i v v e a r A d d i t i v e S M a Y a n s h e n g ’ ) L i u J i aj u n ’ ) G u Z h e n g任i “ ’ ) W “ iY n s h u n ’ ) l ) D e p a rt m e n t o f S u r f a e e S e i e n e e a n d C o r r o s i o n E n g i n e e r i n g , U S T B , B e i j i n g 10 0 0 8 3 , P R C 2 ) T r i b o l o g y R e s e a r c h I n s r 一t u t e , T s 一n g h u a U n i v e sr l t y , B e ij i n g 10 0 0 8 4 A B S T R A C T T h e s y n e r g i s t i e e fe e t s b e t w e e n t h r e e k i n d s o f e h e m i e a l h e a t t r e a t m e n t s u r - fa e s o f 1 0 4 5 s t e e l , i n e l u d i n g o x y 一 n it r id e d , n i t r id e d a n d s u lfu r i z e d s u r af e s , a n d t w o k i n d s o f e x t r e m e P r e s s u r e (E P ) 一 a n t iw e a r ( A W ) a d d i t i v e s , s u lfu r i z e d o l e if n a n d t r i e r e s y l Ph o s P h a t e , w e r e s t u d i e d s y s t e m a t i e a ll y o n a b a ll 一 o n 一 d i s c t e s t i n g m a c h i n e . T h e co m P o s it i o n o f l u b r i e a t i n g if lnsr o n d i s c w e a r s u r af e s w a s a n a l y s e d u s i n g X 一 r a y P h o t o e l e e t r o n s P e c t r o s c o P y a n d A u g e r e l e c t r o n s P e c t r o s e o P y m e t h o d s . T h e me c h a n i s m o f t h e s y n e g i s t i e e fe c t s w a s d i s c u s s e d . I t w a s fo u n d t h a t e x ce ll e n t s y n e r g i s t i e e fe e t s o n i n e r e a s i n g l o a d c a r r y i n g c a P a c it y a n d r e d u e i n g fr i e t i o n a n d w e a r e o u ld b e o b t a i n e d . K E Y W O R D S c h e m i c a l h e a t t r e a t m e n t , e x t r e m e P r e s s u r e 一 a n t iw e a r a d d it i v e , fr i e t i o n a n d w e a r , s y n e r g i s t i c e fe c t 在基 础润滑 油 中加人 极压 抗磨 添加 剂是 改 善其 使 用性 能 的 1种 重要 手段 [ ’ ] . 钢 铁 材 料 表面 的化学 热处理能 显著 改善材料 的摩 擦学 性 能 , 如氧氮共渗处理 主要 能改善材料 的抗擦伤胜能 [ ’ ] , 渗氮处理 能改善 材料 的抗 磨及 抗擦 伤性 能 [ ’ ] , 渗硫 处理 能起 到 减摩 及提 高承 载能 力 的作 用 4l[ . 润 滑油 中加人极 压抗 磨添 加剂 及钢 铁材 料表 面 的化 学 热处理 , 均 能 有 效 地 改 善 摩 擦 副的摩 19 9 4 一 0 5 一 10 收 稿 第一 作者 男 3 2 岁 博 士 后 . 中 国石 油 化工 总公司 资助 项 目 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1995. 01. 023

·96· 北京科技大学学报 1995年No.l 擦磨损性能，但由于两者分属不同的学科，以往的研究很少涉及两者联合使用时的协同作 用.本文利用球一盘试验机系统地研究了45#钢氧氮共渗，渗氮及渗硫3种化学热处理表面 与硫化烯烃及磷酸三甲酚酯2种极压抗磨添加剂的协同作用效果，并利用多种表面分析仪器 分析讨论了协同作用的机理. 1试样及试验方法 摩擦磨损试验在球一盘试验机上进行.在45#钢盘表面分别进行气体氧氨共渗 (OD)、离子渗氨(ND)及离子渗硫(SD)处理，3种处理层的厚度分别为I2μm、13μm 及5μm,表面硬度分别为HV453,HV426及HV297,表面粗糙度R。分别为0.42μm、0.344m 及0.37um.处理盘基体的硬度为HV305.化学热处理及试验分析方法见文献[5,6]中所述. 2试验结果 承载能力、摩擦系数及磨损率的试验结果列于表1.可以看出，化学热处理表面与极压 抗磨添加剂配合使用时，可取得十分 显著的协同作用效果，3种化学热处 表1试验结果 理盘中，氧氮共渗盘(OD)与SO的 润滑剂 45#钢OD SD ND 协同作用效果最好，与LP润滑时氧 承载能力 LP 2 10 10 10 氮共渗盘的试验结果及LP+SO润滑 (×120/N)LP+SO12 32 18 名 时45#钢盘的结果相比，氧氮共渗 LP+TCP 4 9 8 30 盘与SO配合使用时承载能力显著提 摩擦系数 LP 0.114 0.144 0.107 0.141 LP+S00.116 0.1000.1070.104 高，摩擦系数有所降低，磨损率略有 LP+TCP 0.098 0.0880.0950.084 增大，渗氮盘(ND)与TCP的协同 盘试样 LP 擦伤 43.4 53.513.3 作用效果最好，承载能力显著提高， 磨损率 LP+SO 46.5 49.6 84.1 45.8 摩擦系数有所降低，磨损率明显减小 (×10”/m2N-LP+TCP 36.3 23.8139.821.0 渗硫盘(SD)与SO及TCP的协同作 用效果均不如氧氮共渗盘及渗氨盘， *36ON载荷下的试验结果 而且与LP润滑时相比，LP中加入TCP时渗硫盘的承载能力反而有所降低，磨损率明显增大， 3分析及讨论 截面观察及X射线衍射分析的结果表明，氧氮共渗处理表面的化合物层分为上下两 层，上层主要由Fe,O,组成，下层主要由εFe2-N组成，渗氨处理表面的化合物层主要 由cFe,-,N组成.PS的分析结果表明，渗疏处理表面的化合物层由FS及FS,组成. 根据AES的分析结果，渗硫处理表面硫的原子含量高于铁的原子含量· 利用XPS分析了盘试样各摩擦表面润滑膜的化学结构，结果示于表2.可以看出，SO 及T℃P在3种化学热处理盘摩擦表面生成的化学反应膜分别与在45#钢盘摩擦表面生成的

· 96 · 北 京 科 技 大 学 学 报 1卯 5 年 N 0 . 1 擦磨 损性 能 , 但 由于 两者 分 属 不 同 的学 科 , 以 往 的研 究 很 少 涉 及 两 者 联 合 使 用 时 的 协 同 作 用 . 本文 利 用球 一 盘 试验 机 系统地 研究 了 45 # 钢 氧 氮共 渗 、 渗氮 及渗硫 3 种 化 学 热 处 理 表 面 与 硫化烯 烃及 磷酸 三 甲酚醋 2 种极 压抗 磨添 加剂 的协同作用 效果 , 并 利 用 多 种 表 面 分 析 仪 器 分析讨论 了协同作 用 的机理 . 1 试样及试验 方 法 摩 擦 磨 损 试 验 在 球 一 盘 试 验 机 上 进 行 . 在 45 # 钢 盘 表 面 分 别 进 行 气 体 氧 氮 共 渗 ( O D ) 、 离 子渗 氮 ( N D ) 及 离 子渗硫 ( SD ) 处理 , 3 种 处理 层 的厚 度 分 别 为 12 # m 、 13 户 m 及 5 # m, 表 面硬度分 别 为 H V 4 5 3 、 HV4 2 6及 H V 2 9 7 , 表 面粗 糙度 R 。 分别 为 0 . 4 2 拼m 、 0 . 3 4 户m 及 0 . 37 尽m , 处理 盘基 体 的硬 度 为 H V 3 05 . 化 学 热处理及 试 验分 析方 法见 文献 【5 , 6] 中所述 . 2 试验结果 承载 能力 、 摩 擦 系数及 磨 损率 的试 验 结果 列于 表 1 . 可 以 看 出 , 化 学热 处理 表 面 与极压 抗磨 添加 剂配 合使 用 时 , 可取 得 十分 显著 的协同作 用效 果 . 3 种 化学 热处 理盘 中 , 氧氮 共 渗盘 (O D ) 与 5 0 的 协同作用 效果 最好 . 与 L P 润滑 时氧 氮共 渗 盘 的试 验 结果及 LP + 5 0 润滑 时 45 # 钢 盘 的 结 果 相 比 , 氧 氮 共 渗 盘与 5 0 配合 使用 时承 载 能 力 显 著 提 高 , 摩 擦系 数有 所 降低 , 磨损 率 略有 增 大 . 渗 氮盘 ( N D ) 与 T C P 的协同 作 用 效果 最好 , 承 载 能力 显 著 提 高 , 摩 擦 系数 有所 降低 , 磨 损 率 明显减小 . 渗硫 盘 (S D ) 与 5 0 及 T C P 的协同 作 用效 果 均不 如氧 氮共 渗盘 及 渗 氮 盘 , 表 1 润滑剂 试验结果 45 # 钢 O D SD N D 承载能力 1`P ( 火 1 20 /N ) LP + 50 L P 十 T C P 摩擦系数 L P L P + 5 0 L P + T { 于 盘试样 L P 磨损率 LP 十 50 ( 火 10 一 ’ 7 /mZ N 一 ` ) L P + T C p 2 1 2 4 0 . 1 14 0 . 1 1 6 0 . (旧8 擦伤 46 . 5 3 6 . 3 t l 0 32 29 0 . 1 . 月 ` 4 0 . 1(叉) 0 . 088 4 3 . 4 49 . 6 2 3 . 8 10 10 18 2 6 8 30 0 . 107 0 . 14 1 0 . 107 0 . 1供 .0 的5 .0 084 53石 133 84 . 1 4 5名 139名 2 1 . 0 * 3印N 载 荷下 的试 验结果 而 且 与 L P 润滑 时相 比 , L P 中加 人 T C P 时渗硫 盘 的承 载能力 反 而有 所降 低 , 磨损 率 明显增 大 . 3 分析及讨论 截 面 观 察 及 X 射 线衍 射 分 析 的 结 果 表 明 , 氧 氮 共 渗处理 表 面 的 化 合物 层 分 为 上 下 两 层 , 上层 主要 由 F e 3 O 4 组成 , 下层 主 要 由 。 F e Z _ 3 N 组 成 . 渗 氮 处理 表 面 的 化 合 物 层 主 要 由 。 F e Z _ : N 组 成 . X p S 的分 析 结 果 表 明 , 渗硫 处 理 表 面 的 化 合 物 层 由 F` 及 F eS Z 组 成 . 根据 A E S 的分析结 果 , 渗硫 处理 表 面硫的 原子含 量 高于 铁 的原子 含量 . 利用 X P S 分析 了盘试 样 各摩 擦 表 面 润 滑 膜 的 化 学 结 构 , 结 果 示 于 表 2 . 可 以 看 出 , 5 0 及T C P 在 3 种 化 学热 处理 盘摩 擦 表面 生成 的化 学反 应 膜分别 与 在 45 # 钢 盘摩 擦 表 面 生 成 的

Vol.17 No.I 马雁声等：45钢化学热处理表面与极压抗磨添加剂的协同作用 97. 化学反应膜相同，分别为FeS膜及FePO,膜. 表2盘试样摩擦表面润滑膜的XPS分析结果 另外，在所有润滑膜中均包含氧化铁. 润滑剂 盘试样 化学结构 采用不同润滑剂时，由AES分析得出的 LP 45#钢 氧化铁 盘试样摩擦表面润滑膜中各元素的原子含量比 OD 氧化铁 随溅射时间的变化分别示于图1、图2及图3. SD 氧化铁，FeS 可以看出、渗硫盘摩擦表面上的S/Fe均明显 ND 氧化铁 低于1，说明其表面的渗硫层在试验过程中已 LP+SO 45#钢 氧化铁，FeS OD 氧化铁，FeS 逐渐被磨去.LP润滑时、由图1可以得出， SD 氧化铁，FeS 由于氧氮共渗盘摩擦表面上的O/Fe远高于 ND 氧化铁，FS 45#钢盘，即其摩擦表面上的氧化膜更厚且 LP+TCP 45#钢 氧化铁，FePO, 结构更致密；渗氮盘摩擦表面上的O/Fe也高 OD 氧化铁，FePO, 于45#钢盘，另外渗氮层还具有良好的抗磨 SD 氧化铁，FeP.,FeS 及抗擦伤性能[；渗硫盘摩擦表面上的O/Fe ND 氧化铁，FePO, 虽然比45#钢盘低，但其表面上的FS膜具有较好的减摩及抗擦伤作用1，所以3种处理盘 的承载能力明显高于45#钢盘，渗硫盘的摩擦系数还略低于45#钢盘， 1.0 1.0m 实线：OFe, 业线：SFe 实线：OFe,虚线：SF OD LP+TCP润滑 P润滑 0.8 45 6 0.6 OD .4 0.4 ND s0.2 s0.2 45 SD -SD 0 02 0.60.8 0 0.2 0.4 0.60.81.0121.4 t/min t/min 图1盘试样摩擦表面S/Fe及O/Fe随溅射时间的变化图2盘试样摩擦表面S/Fe及OFe随溅射时间的变化 LP+SO润滑时，对比图1与图2可以看出，此时4种盘试样摩擦表面上的OF与LP 润滑时相比均有明显提高，说明SO不仅能生成化学反应膜，而且还能促进摩擦表面上氧化 膜的生成.由图2还可看出，此时4种盘试样摩擦表面上的O/Fe均明显高于S/Fe,说明润滑 膜主要由氧化铁组成，在4种盘试样中，氧氮共渗盘摩擦表面上的O/Fe及S/Fe均最高，即 润滑膜最厚且结构最致密，S与O的含量也最接近，因为硫系添加剂在摩擦表面上生成的润 滑膜中，只有S/O约为0.5~0.8时，才具有最好的摩擦学性能1.此外，氧氯共渗处理表面 氧化层下面的渗氮层具有良好的红硬性，当载荷较大、摩擦表面温度较高时，仍能保持较高 的硬度，对润滑膜能起到较好的支承作用)，上述各因素的共同作用，使得氧氨共渗盘的承 载能力最高，摩擦系数最低.对于渗氮盘，由于其摩擦表面上的O/Fe及S/Fe均高于45#

V OI . 1 7 N o . 1 马雁声 等 : 54 钢化学 热处理 表面 与 极压抗磨添加剂的 协同作用 化 学反应 膜相 同 , 分 别 为 F 6 膜及 F eP O 4 膜 . 表 2 盘试样康擦表面润滑膜的 x p s 分析结果 另外 , 在所 有润 滑膜 中均 包含 氧 化铁 . 润滑剂 盘试样 化学结构 采 用 不 同润 滑 剂 时 , 由 Af s 分 析 得 出 的 LP 45 # 钢 氧化 铁 盘试 样摩擦 表面 润滑 膜 中各元 素 的原子 含量 比 o D 氧化铁 随溅 射 时 间 的 变 化 分 别 示 于 图 1 、 图 2 及 图 3 . s D 氧化铁 , 毗 可 以 看 出 , 渗 硫 盘 摩 擦 表 面 上 的 S/ F e 均 明显 ND 氧化铁 低于 ’ , 说 明其 表 面 的渗 硫 层 在 试 验 过 “ 中 已 LP +sO `犷 絮暮:篡 逐 渐被 磨 去 . L P 润 滑 时 , 由 图 1 可 以 得 出 , s D 氧化铁 , 邸 由于 氧 氮 共 渗 盘 摩 擦 表 面 上 的 O / F e 远 高 于 N D 氧化 铁 , 毗 45 # 钢 盘 , 即 其摩 擦 表 面 上 的 氧 化 膜 更 厚 且 LP 十 T C , 45 # 钢 氧化 铁 , F e p 0 4 结 构更 致 密 ; 渗氮 盘 摩 擦 表 面 上 的 o F/ e 也 高 OD 氧化 铁 , F e p O 4 于 45 # 钢盘 , 另 外 渗 氮 层 还 具 有 良好 的抗 磨 S D 氧化 铁 , F ` 。 呜 , 陌 及抗 擦 伤 性 能 3[] ; 渗硫 盘摩 擦 表 面 上 的 。 / F 。 一一一一一塑一一里些竺二竺竺二 虽然 比 45 # 钢 盘低 , 但 其表 面上 的 F 6 膜具有 较 好 的减摩及 抗 擦伤作 用’I] , 所 以 3 种 处 理 盘 的承 载能 力 明显 高于 45 # 钢盘 , 渗硫 盘 的摩 擦 系数 还 略低于 45 # 钢 盘 . 实线 : O压, e , 盛线 : s 肠 占 润 。 l 一O D 2 一 N D 4 一 · 万 可宁厂 - 一卜一娜= = 二= , 一一一一一一一 {( \ 一七线 : 0八 , 一 创戈:s ZF七 乡L P + T C P 润 份 ` ] I . ! } \ 、 垫、 、 { 、 、 、 , 短料 ~ 二反公仁一 } 一 ~ 识书 ~ 一 二二二不二不= 弃云弓竺= “.02.04 。电0 . ù出S公喇二如场十 。电O 二 逻、 S以妇斗如喇ù 0 . 2 0 . 4 0 .6 0 . 8 1 . 0 1 . 2 1 . 4 0 . 2 0 . 4 t八1】允 0 . 6 0 . 8 r l功元 . 0 12 1 . 4 图 1 盘试样摩 擦表面 SI eF 及 O / eF 随溅射时间的变化 图 2 盘试样摩擦表面 SI eF 及 O eF/ 随溅 射时间的变化 L P + 5 0 润滑 时 , 对 比 图 1 与图 2 可 以 看 出 , 此 时 4 种 盘 试 样 摩 擦 表 面 上 的 O 川e 与 LP 润滑 时相 比均 有 明显提 高 , 说 明 5 0 不仅能生 成 化学 反应膜 , 而且 还能促 进摩 擦 表 面 上 氧 化 膜 的生成 . 由图 2 还 可看 出 , 此 时 4 种盘 试样 摩擦 表 面上 的 O / F e 均 明显高 于 s/ F e , 说明润 滑 膜 主要 由氧化 铁组 成 . 在 4 种 盘试样 中 , 氧 氮共 渗盘 摩 擦表 面上 的 O / F e 及 s/ F e 均最 高 , 即 润滑 膜最厚且 结构 最致 密 , S 与 O 的含量 也 最接 近 . 因为硫 系添加 剂在 摩擦 表面上 生成 的 润 滑膜 中 , 只有 5/ 0 约为 0 . 5 一 .0 8 时 , 才具有 最 好的摩擦 学性 能 7[] . 此 外 , 氧氮共 渗处理表面 氧化层 下面 的渗氮层 具有 良好 的 红硬性 , 当载 荷较 大 、 摩擦 表 面温度 较高 时 , 仍 能保持较 高 的硬度 , 对润 滑膜 能起到 较好 的支 承作 用 8[] . 上 述各 因素的共 同作 用 , 使得 氧氮 共 渗盘 的承 载能力最 高 , 摩 擦 系数最 低 . 对 于 渗 氮 盘 , 由于 其 摩 擦 表 面上 的 O F/ e 及 s/ F e 均 高 于 45 #

·98· 北京科技大学学报 1995年No.1 钢盘，再加上渗氨层对润滑膜的支承作用，所以 其承载能力明显高于45#钢盘，摩擦系数低于 1.0 1:SD,SFG,其余实：PFe 45#钢盘.对于渗硫盘，虽然其摩擦表面上的 LP+SO湘滑 业线：O℉e 2-0D 。0.8 O/Fe低于45#钢盘，但S/Fe较高，所以其承载 3-D 4-SD -454 能力高于45#钢盘，摩擦系数低于45#钢 盘.由于渗硫处理表面的硬度较低，又缺少渗 "0.6A 氨层对润滑膜的支承作用，使得其摩擦表面上 04 所形成的润滑膜较薄，结构也不很致密，所以 火 其减摩和提高承载能力的效果不如氧氮共渗盘 0.2 2 及渗氮盘，而且磨损率在四种盘试样中也是最 大的， 0 0.20.40.60.81.012 1.4 LP+TCP润滑时，对比图1与图3可以看出， t/min 扣除FePO,中所含的O以后，除氧氨共渗盘以 图3盘试样摩擦表面S/Fe.P/Fe及O/Fe 外，其它3种盘试样摩擦表面上的O/Fe与LP 随服射时间的变化 润滑时相比均有明显提高，而且4种盘试样摩 擦表面上的O/Fe均远高于PFe,说明TCP也能促进摩擦表面上氧化膜的生成，所形成的润滑 膜也主要由氧化铁组成，在4种盘试样中，遂氮盘摩擦表面上的O/Fe及P/Fe均最高，再加上 渗氮层良好的支承作用，所以其承载能力最高，摩擦系数及磨损率最低.氧氮共渗盘摩擦表面 的O/Fe及P/F均略低于渗氮盘，其摩擦学性能与渗氨盘相比稍差一些，但仍明显优于45# 钢盘，LP中加人TCP时，渗硫盘的磨损率明显增大（表1），使得摩擦表面上的渗硫层很快被 磨去，由图3可见，此时S/Fe已很低，而且OFe低于45#钢盘，P/Fe与45#钢盘相差无几， 所以其减摩及抗擦伤性能仅略优于45#钢盘，承载能力与LP润滑时相比反而有所降低. 综上所述可以认为，45#钢经氧氮共渗及渗氨处理后，抗擦伤性能得到了明显改善，再加 上渗氮层对润滑膜良好的支承作用，使得其摩擦表面上能形成更厚更致密的润滑膜，所以该 两种处理表面与添加剂SO及TCP配合使用可以取得良好的协同作用效果·由于渗疏处理 表面的硬度较低及渗硫层的抗磨性较差，所以与添加剂SO及TCP配合使用时仅在减摩及 抗擦伤方面有一定的协同作用效果， 4结论 (1)化学热处理表面与极压抗磨添加剂配合使用，在减摩、抗磨及提高承载能力方面 均可取得十分显著的协同作用效果· (2)添加剂SO及TCP在45#钢盘及氧氮共渗、渗硫和渗氮处理盘摩擦表面生成的化 学反应膜分别为FeS及FePO4· (3)润滑油中分别加入SO及TCP时，均能促进摩擦表面氧化膜的生成，4种盘试样摩擦 表面的润滑膜均主要由氧化铁组成

北 京 科 技 大 学 学 报 1卯 5年 N o . 1 .0860.204 。贬O , 逻ó tI , 己、 S五ù喇如十场 钢盘 , 再加 上渗氮层 对润 滑膜 的支承 作 用 , 所 以 其承载能力 明显 高于 45 # 钢盘 , 摩擦 系数低 于 45 # 钢 盘 . 对于 渗硫盘 , 虽 然 其 摩 擦 表 面 上 的 o/ eF 低于 45 # 钢盘 , 但 s/ eF 较 高 , 所 以其承 载 能 力 高 于 45 # 钢 盘 , 摩 擦 系 数 低 于 45 # 钢 盘 . 由于 渗 硫处理 表 面 的 硬度 较 低 , 又 缺 少 渗 氮层对润 滑膜 的支承作用 , 使得 其 摩擦 表 面 上 所 形 成 的 润 滑 膜 较薄 , 结 构 也 不 很 致 密 , 所 以 其减摩 和提 高 承载 能力 的效 果不 如氧 氮共渗盘 及 渗氮 盘 , 而且 磨损 率 在 四 种 盘 试 样 中 也是 最 大的 . L P + T C甲 润 滑时 , 对 比 图 1与 图 3可 以看 出 , 扣 除 F eP O 。 中所含 的 O 以 后 , 除氧 氮共 渗盘 以 外 , 其它 3 种 盘试样摩 擦表面 上 的 O / F e 与 LP 润 滑 时相 比均 有 明显 提高 , 而且 4 种 盘 试 样 摩 叭 、 一 \ 一 \ { 犷l m jn 图 3 盘试样康擦表面 sl eF 、 IP eF 及 0 /eF 随溅射 时间的变化 擦 表 面上 的 O /F e 均远 高于 P/ F e , 说明 T C P 也能促 进摩 擦表 面 上氧 化膜 的生成 , 所形成 的润 滑 膜 也 主要 由氧化铁组 成 . 在 4 种盘 试样 中 , 渗氮盘 摩擦 表 面上 的 o/ eF 及 P/ eF 均 最 高 , 再 加 上 渗氮层 良好的 支承作 用 , 所以 其承载 能力 最高 , 摩擦 系数 及磨 损率 最低 . 氧 氮 共 渗 盘 摩擦 表 面 的 0 / eF 及 P/ F e 均 略低于 渗 氮盘 , 其摩 擦 学 性 能 与 渗氮 盘 相 比稍 差 一 些 , 但 仍 明显 优 于 45 # 钢 盘 . LP 中加 人 T C r 时 , 渗硫盘的磨损率明显 增 大 (表 1 ) , 使 得摩 擦 表 面上 的 渗硫 层 很 快被 磨 去 , 由 图 3 可 见 , 此 时 s/ eF 已 很低 , 而且 O 压 e 低 于 45 # 钢盘 , P/ F e 与 45 # 钢盘相 差 无几 , 所 以 其减摩及抗 擦 伤性 能仅略优 于 45 # 钢 盘 , 承 载 能力 与 L P 润滑 时相 比反而 有 所降低 . 综上所 述 可 以认 为 , 45 # 钢经 氧氮 共渗及渗氮 处理 后 , 抗擦 伤性 能得 到 了 明显 改 善 , 再 加 上 渗氮层 对润 滑膜 良好 的支 承作 用 , 使得 其摩 擦 表 面 上 能 形 成 更 厚 更 致 密 的 润 滑 膜 , 所 以 该 两种处理表 面 与添加 剂 5 0 及 T C P 配合使用可 以 取 得 良好的 协 同作 用 效 果 . 由于 渗硫 处理 表面 的硬 度较 低及 渗硫层 的抗磨 性较 差 , 所 以 与添 加 剂 5 0 及 T C P 配合 使 用 时仅 在减 摩 及 抗擦伤方 面有 一定 的协同作 用效 果 . 4 结 论 ( l) 化学 热处理 表 面 与极压 抗磨 添加 剂配 合使 用 , 在减 摩 、 抗 磨 及 提 高 承 载 能 力 方 面 均可 取得 十分 显著 的协同作 用效 果 . ( 2) 添加 剂 5 0 及 T C罗 在 45 # 钢 盘及 氧氮共 渗 、 渗硫 和渗 氮处理盘 摩 擦 表 面 生 成 的 化 学反 应膜分 别 为 F ` 及 F e p o ; . (3) 润 滑油 中分别加 入 5 0 及 T CP 时 , 均 能促 进摩 擦表 面 氧化膜 的 生成 , 4 种 盘试 样 摩擦 表面 的润 滑膜 均主 要 由氧化铁 组成

Vol.17 No.1 马雁声等：45钢化学热处理表面与极压抗磨添加剂的协同作用 .99. 参考文献 1欧风.石油产品应用技术，北京：石油工业出版社，1983.577~95 2赵永武.油润滑钢/钢摩擦副P-V图及状态转化机制的研究：[博士学位论文】.北京：清华大学，1989 3 Gregory J C.Chemical Conversion Coatings of Metals to Resist Scuffing and Wear.Tribo Int, 1978(11):105~112 4鄂吉胜，聂明德，党鸿辛等.低温电解渗硫对MoS2固体润滑膜摩擦磨损性能影响的研究，见：第四 届全国摩擦学学术会议论文集，北京：清华大学出版社，1987.292~296 5 Ma Y S,Liu JJ,Zheng L Q.The Synergistic Effects of Oil Additive Sulphurized Olefin with Chemico- Thermal Treatment Surfaces of Steel.Wear,1994.176(1):67~72 6马雁声，刘家浚，顾正秋.润滑油极压抗磨添加剂在N-P镀层表面的作用机理.北京科技大学 学报，1995,17(1)：91~94 7 Sakai T,Murakami T,Yamamoto Y.Optimum Composition of Sulfur and Oxygen of Surface Film Formed in Sliding Contact.Tamai Y eds.JSLE Inter Tribo Conf.Tokyo,1985.655~660 8材料耐磨抗蚀及表面技术丛书编委会主编，材料耐磨抗蚀及表面技术概论，北京：机械工业出板社，186 28-331 喻喻的的岭的怜的的的的的铃的钟的的的的的的的怜的的的的的的的的的的钟的喻的的的钟帅 (上接94页) 1樱井俊男，石油产品添加剂，石油产品添加剂翻译组译，北京：石油工业出版社，1980.189~238 2石油化工科学研究院707组.硫化烯烃和苯三唑十二胺盐润滑作用的研究.石油炼制，1984(1)1~10 3 Xia H,Wang R L.XPS Study of the Frictional Behavior of Sulfur-Phosphorus-Nitrogen Type Additives in Gear Oils.In:Tamai Y,Eds.Proc JSLE Int Ttibo Conf.Tokyo:JSLE,1985,667~672 4曹立礼，张先汉，孙扬名等.流体润滑状态下摩擦化学效应·清华大学学报（自然科学版），1990， 30(1):9~16 5 Yamamoto Y.Hirano F.The Effect of the Addition of Phosphate Esters to Paraffinic Base Oils on Their Lubricating Performance under Sliding Conditions.Wear,1982.78(2):285~296 6 Godfrey D.The Lubrication Mechanism of TCP on Steel.ASLE Trans,1965,8(1):1~11 7 Yamamoto Y,Hirano F.Effect of Different Phosphate Esters on Frictional Characteristics.Tribo Int,1980, 13:165~169 8藏雄杰.摩擦学基础.上海：上海科学技术出版社，1984：193一220 9张贤华，诚摩耐磨刷镀层的研究：[博士学位论文】，北京：清华大学，1990 10马雁声.钢表面改性层与极压抗磨添加剂的交互作用：[博士学位论文】北京：清华大学，1993 11 Bjerk R O.Oxygen-An Extreme Pressure Agent.ASLE Trans,1973,16(1):97~106 12张家灵，李生州，党鸿辛，润滑脂极压抗磨添加剂的发展现状.固体润滑，1991,11(2)：242~249

OI V . 7 N b 1 . 马雁声等 : 钢化学热处理表 面 与 极压抗磨 添加剂 的协 同作用 4 5 参 考 文 献 欧风 1 . 石油产 品应用 技术 . 北京 石油工业 出版社 : , 1983 . 57 ~ 59 5 2 赵永武 . 油润滑钢/ 钢摩擦副 P 一 V 图及状态转化机制 的研究 : 【博士学位论文 】 . 北京 : 清华大 学 , 19 89 3 G re g o ry J C . C h e 而ca l 山 n ve rs i o n 伪 a t i n 郎 o f M e ta l s t o R es i s t cs u if n g a dn W七a r . T r i ob l n t , 197 8 ( 1 1 ) : 1 05 一 1 1 2 4 鄂吉胜 , 聂明德 , 党鸿辛等 . 低温 电解渗硫对 M o S Z 固体润 滑膜 摩擦磨 损 性 能 影 响 的研 究 . 见: 第 四 届 全国摩擦学学术会议论 文集 . 北 京 : 清华大 学出 版社 , 1 987 . 292 一 296 S M a Y S , L i u J J , 刀比飞 L Q . 们r s 势℃ r梦ict E拓沈 st o f 以 A d iit 祀 S ul p hi u i五刘 O le ifn 幼ht G 比m ico 一 hT e n n a l T 代么仕以泊 t s 班翻a 悠 o f s 让兄1 . W“ ir , l 哭拜 , 17 6 ( l ) : 67 一 72 6 马雁 声 , 刘 家浚 , 顾 正 秋 . 润 滑 油极 压抗 磨 添加 剂 在 N i 一 P 镀 层 表 面 的作 用 机 理 . 北 京 科 技 大 学 学报 , l卯5 , 17 ( l ) : 91一 男 7 3 众a 1 T , M 飞 au kan l j T , Y a n 笼u n o ot Y . OP 曲卫切旧 bC m p 关 i iot n of S ul if 犷 a 川 价卿 n of s 以af ce F 山卫 oF r 压沮 in S ha 吨 〔 b n at ct . Th皿1 Y de s . SJ L E nI t e r irT ob bC nf . oT k扣 , 198 5 . 65 5 一 6日) 8 材料耐磨抗蚀及表面技术丛书编委会主编 . 材料耐磨抗 蚀及表面技术概论 . 北京 : 机械工业出板社 , 1986 . 28 一 3 31 呻令喇卜羚呻令 叫 械 卜今卜 川树 卜 冲令梢玲 加侧树 卜 门 和卜 侧 材 卜司械 卜令卜今卜 侧树 加 . 供 卜门 树 卜门 和卜 .和卜4 令4 令均令嘴今呻令呻令均令均令今卜梢玲 卜 峨 洲 , 州 并 知 吨冷谭令均令今卜中卜喇卜训卜树同玲 ( 上接 94 页 ) 1 樱井俊男 . 石油产 品添加剂 . 石油产品添加剂翻译组译 . 北京: 石油工 业 出版社 , 19 80 . 189 一 238 2 石油 化工科学研究院 7 07 组 . 硫化烯烃和 苯三哇十 二胺盐润滑作用 的 研究 . 石油 炼制 , 1984 ( 1) 1 一 10 3 X 访 H , 从厄飞 R L . X 粥 St ud y of het F ir ct i o nal eB ha vio r of s ul if 叮 一 P b 渭 p bo 仙 一 iN itD 罗n T yl 姆 六d d l t l从污 in G ea l . O 正 . nI 江么仃以 i y , E d s . P找兄 SJ L E ntI hT bo 助nf . oT k扣 : SJ LE , 198 5 , 肠7 一 672 4 曹立礼 , 张先 汉 , 孙 扬名 等 . 流 体 润 滑 状 态 下 摩 擦 化 学 效 应 . 清华大学学报 ( 自然科学版 ) , 19明) , 30 ( 1) : 9 一 16 S Y 缸班m刃 ot y , H jar l l ( , F . T be E爪众 of het Ad iit o n of Ph 关 p ha et B et sr ot R盯吐画c aB se 0 115 o n 们比ir L ub 八乏 itn g P e db n 刃目 n c e uJ 汉 k r Sidl in g bC n dl iot sn . W比r , 198 2 , 78 ( 2) : 28 5 一 296 6 G 撇阮y D . 卫犯 L u bir ca it o n M ce ha njs m o f T C甲 o n S te el . SA LE T闭石 , l % 5 , 8 ( l ) : l 一 11 7 Y ia 班m刃 ot y , H 谊川0 F . E 拓沈 t o f D 溉化 n t P hOS P ha et B et sr o n F ir 改沁nal hC a r a e t e r is t i cs . T ir bo I n t , 19别) , 13 : 165 ~ l印 8 戴雄杰 . 摩擦学基础 . 上海 : 上 海科学技术 出版社 , 19 84 : 193 一 22() 9 张贤华 . 减摩耐磨刷镀层 的研究 :[ 博士 学位论文 ! . 北京 : 清华大学 , 1男) 10 马雁声 . 钢表面 改性层 与极压抗磨 添加剂 的交互作 用 : [博士 学位论文 ] . 北京 : 清华大学 , 1卯3 11 巧ekr R 0 . 伍卿 n 一 A l l xE it ℃ m巴 P n 改洛眠 A 罗n t . AS L E T n u 芍 , 1973 , 16 ( l ) : 9 7 一 l肠 12 张家灵 , 李生 州 , 党鸿辛 . 润滑脂极压抗磨添加剂 的发展 现状 . 固体润滑 , 1卯 1 , 11 (2) : 242 一 249