Page 97 - 摩擦学学报2025年第4期

第 4 期 张亚江, 等: 油溶性纳米LaF 3 的抗微点蚀性能研究 585

550 N 深度不断扩大，在试验结束后较大的磨损深度覆盖部
450 N 分萌生的微点蚀，因此微点蚀深度有所下降，最终深
度为2.5 μm. 纳米LaF 的加入对于摩擦表面微点蚀的
350 N
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Intensity/a.u. 250 N 抑制表现出了明显的抑制作用. 4次试验后的钢盘磨
痕表面平整光滑，没有在接触表面观察到基体材料的
150 N
Maximum load 250 N 剥落，同时也并未观察到磨痕的亚表层存在微点蚀形
50 N Maximum load 350 N
Maximum load 450 N 成的裂纹. 纳米LaF 的加入使GCr15钢盘摩擦表面出
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Maximum load 550 N
现微点蚀的时间从120 min推迟至180 min以后，大幅
0 30 60 90 120 150 180
Time/min 提高了齿轮油的抗微点蚀性能，说明LaF 纳米微粒在
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Fig. 2 Plot of load versus time in micropitting experiments 改善钢表面疲劳损伤行为有较大潜力.
图 2 微点蚀试验载荷随时间变化图 图3所示为4次独立试验过程中齿轮油和含LaF 3
齿轮油的摩擦磨损性能. D2EHPA和LaF 的加入并没
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察磨痕表面微点蚀形貌，同时利用EDS(能谱)分析表
有提高齿轮油在试验过程中的减摩和抗磨性能，甚至
面元素分布，激发电压为15 kV. 摩擦系数有所提高，不过随着载荷和循环次数的增

加，两者的减摩性能和抗磨性能逐渐接近，可能是由
2 结果与讨论
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于LaF 更适合于高载下发挥减摩抗磨性能.

2.1 接触疲劳试验结果 2.2 抗微点蚀性能分析
接触疲劳试验结果列于表2中，2种齿轮油在试验 使用三维形貌仪(Contour GT-K，德国 Bruker)观
中表现出了明显不同的抗微点蚀性能. 在350 N载荷 察试验后磨痕表面形貌变化，如图4所示. 从图4中可
级试验(即试验120 min)后，齿轮油润滑的钢盘表面开 以看出，加载至450 N后使用齿轮油润滑的钢盘表面
始萌生出微点蚀，仅加入修饰剂D2EHPA无法改善这 在试验后的磨痕呈现了许多零散分布的黑色区域，而
一行为. 而含有纳米LaF 的齿轮油润滑的钢盘表面在 后接触疲劳次数的增加致使细小的微点蚀凹坑串联
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整个试验过程中(0~180 min)均未发现微点蚀的萌生. 成更大形状不规则的区域. 而LaF 纳米微粒在保护钢
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说明纳米LaF 可以有效抑制微点蚀的萌生，具有优异 盘表面展现了优异的改善效果，LaF 的加入抑制了摩
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的抗微点蚀性能. 擦表面裂纹的萌生，摩擦表面光滑平整，没有出现任
何的微点蚀凹坑.

表 2 不同润滑剂润滑的钢盘磨痕表面出现微点蚀的时间 图5和图6所示为微点蚀试验后钢盘磨损表面的
Table 2 The time of micropitting on the worn surface of
三维形貌侧视图. 在经过350 N级别试验后，齿轮油润
the steel plate lubricated by different lubricants
滑的钢盘表面便出现了少数微点蚀坑，而在后续的试
Sample Occurrence time of micropitting/min
Gear oil 120 验中(450 N, 550 N)微点蚀的损坏情况愈发明显，随着
0.4% LaF 3 +gear oil >180 载荷的增大和试验时间的延长，疲劳裂纹的数量越来
越多，凹坑面积也随之增大，同时接触疲劳导致的微
通过三维轮廓仪发现，齿轮油润滑的钢盘表面亚 点蚀坑深度从0.9 μm一直扩展到3.9 μm. 仅含有修饰剂

表层在第2次试验后(350 N)出现了1个深度为0.92 μm D2EHPA的齿轮油润滑的钢盘表面同样在经过350 N
的微点蚀凹坑. 在第3次试验后(450 N)表面零散分布 级别试验后便萌生了2.5 μm深的微点蚀，30 min后深
着具有不规则形状的微点蚀凹坑，呈现为黑色暗斑， 度延伸至3.5 μm，到试验结束时由于其较大的磨损深

微点蚀的深度延伸至2.7 μm左右. 第4次试验后(550 N) 度掩盖部分萌生的微点蚀，因此深度有所下降，达到
微点蚀的深度继续延伸至3.9 μm左右，临近的裂缝连 了2.5 μm. 但使用含有LaF 的齿轮油润滑的钢盘表面
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接为大面积的凹坑. 整个试验过程中微点蚀的深度和 并未出现疲劳裂纹，并且随着剪切力的不断增大，这
体积均在持续增长，对于摩擦表面微点蚀的萌生和扩 一现象也并未改变，一直持续到试验结束，这也证实
展没有发挥作用. 与齿轮油相比，修饰剂D2EHPA加 了纳米LaF 抑制表面疲劳损伤非常有效.
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入后，摩擦表面在第2次试验后(350 N)依旧萌生了微 图7所示为齿轮油润滑的钢盘磨痕三维俯视图、局
点蚀，其深度(2.5 μm)远大于0.92 μm. 在后续试验中 部放大图及微点蚀凹坑二维图(550 N). 微点蚀凹坑以