植物磨料对金属材料摩擦磨损机理及减磨技术研究

植物磨料对金属材料的磨损是一种典型的软磨料磨损，广泛存在于农业机械、农副产品加工领域，是造成相关设备失效和能耗的重要原因。由于人们对其磨损机理缺乏深入的了解，因此为改善材料的耐磨性造成了很大的困难。本项目针对典型植物磨料对常用农业机械金属材料的磨损问题，基于摩擦磨损性能试验与磨损理论分析，通过研究植物磨料对金属材料的摩擦磨损规律、植物磨料特性和不同金属材料参数对摩擦磨损性能的影响、植物磨料与金属材料的磨损表面行为、植物磨料与金属材料表面的摩擦热行为，建立植物磨料对金属材料的磨损机制。在此基础上，对金属材料抗植物磨料磨损技术进行系统的研究分析，找出适宜于农业机械常用金属材料抗植物磨料磨损的有效途径。在其理论上可以加深对软磨料磨损机理的认识、丰富摩擦学的研究内涵，在实际生产应用上对如何选择金属材料及其热处理方式和表面处理技术、对农业机械改进设计和其润滑方式也有着现实的指导意义。

植物磨料对金属材料的磨损是一种典型的软磨料磨损，广泛存在于农业机械，是造成相关设备失效和能耗的重要原因。本项目针对典型植物磨料对常用农业机械金属材料的磨损问题，通过摩擦磨损性能试验与磨损理论分析，确立了植物磨料对金属材料的磨损机制。在此基础上，对金属材料抗植物磨料磨损技术进行了系统的研究。主要成果如下：.（1）系统研究了植物磨料对45#钢的磨损规律与磨损机理。分析了载荷、转速、磨料粒度和含水率等因素对45#钢磨损的影响。利用多元回归分析、遗传神经网络及灰色马尔科夫模型，建立了磨损预测模型。通过对不同磨料、不同金属材料的磨损试验研究，总结了植物磨料对金属材料的磨损机理。.（2）植物磨料对金属材料磨损表面具有分形特征，体积磨损越大，分形维数也越大，变分法计算的分形维数稳定性较好。磨损表面多重分形谱的特征参数 △a和△f及利用小波灰度共生矩阵计算得到的磨损表面不同子图像的能量比参数能够反映磨损表面的形貌特征，可以作为植物磨料对金属材料磨损表面定量化的表征参数。.（3）建立了植物磨料对金属材料摩擦表面的瞬时热和温度分析模型，探讨了沿摩擦深度方向的热分布特性规律，揭示了热、温度、工况参数间的关系。研究表明，载荷和转速对摩擦温度的影响较大。随着载荷、速度增加，表面温度及深度方向温度增加，温度及温度增量与载荷、转速均为非线性关系。.（4）系统研究了激光淬火工艺参数对金属材料抗植物磨料磨损性能的影响。激光淬火后的金属材料抗植物磨料磨损性能远高于未经激光处理的试件，激光工艺参数中，对耐磨性影响程度由大到小分别为激光功率、扫描速度和光斑直径。通过磨损试验，确定了几种农机常用金属材料抗植物磨料磨损的最优激光淬火工艺。.（5）在40Cr基体上制备了TiN和TiAlN复合涂层，对涂层的结构和性能进行了研究。结果表明，离子镀TiN复合涂层的膜基结合力和硬度均高于TiN涂层，其对于植物磨料的耐磨性也高于TiN涂层和渗氮层，涂层能有效限制硬质颗粒对基体的压嵌和切削。TiAlN复合涂层主要由TiN立方晶构成。在氮气流量为20mL/min，薄膜具有最高的硬度、结合力和抗植物磨料磨损性能。.研究成果在理论上深化了对软磨料磨损机理的认识，丰富了摩擦学的研究内涵，在实际生产应用上对农业机械选材及表面处理工艺制定具有重要的指导意义。