一种提高冲击器活塞减摩耐磨性能的方法与流程
本发明涉及材料处理技术领域，具体涉及一种提高冲击器活塞减摩耐磨性能的方法。
背景技术：
冲击器不仅广泛用于露天采矿、地下采矿和采石，而且还广泛应用于钻井、矿产勘探的安装中。活塞是冲击器的关键部件之一，同时也是最复杂和最脆弱的部件。目前活塞在使用过程中存在着磨损严重导致失效的问题，主要原因是由于缺少或无润滑所发生的擦伤。
冲击器活塞传统的强化方式为渗碳、渗氮及淬火。
低温离子渗硫形成的硫化层疏松多孔，能够储存润滑油并形成吸附油膜，实现流体润滑与固体润滑的混合润滑，从而大大提高摩擦零部件的减摩耐磨性能，以提高摩擦零附件的工作寿命。尽管离子渗硫层具有优异的固体润滑性能和抗擦伤性能，但如果基体软，不能给以良好的支撑，其效果会大大减弱。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种提高冲击器活塞减摩耐磨性能的方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种提高冲击器活塞减摩耐磨性能的方法，具体的为：
(1)对冲击器活塞表面进行精磨和抛光；
(2)将冲击器活塞加热至930℃，保温1h；
(3)采用吸热式气氛和甲烷对冲击器活塞进行气体渗碳，即在碳势为1.2％，温度为930℃的条件下强渗6h；
(4)在碳势为0.8％，温度为930℃下扩散4h；
(5)将冲击器活塞先预冷至850℃，保温1h后油淬；
(6)将冲击器活塞加热至180℃进行低温回火，回火的加热时间为2h。
(7)将经过步骤(6)后的冲击器活塞冷却至室温，并对其表面进行精磨和抛光；
(8)将冲击器活塞置于离子渗硫炉体内的阴极塔上，使试样接离子渗硫炉阴极，炉壁接阳极，启动真空泵，当真空度达到10tor时，在阴阳两极之间施加640v脉冲电压，炉内通入氢气，当炉内温度达到170-200℃时保温30min后开始通入硫化氢，加适当ar；保温；停炉降温；待炉内温度炉冷至50℃时，打开通气口换气后取出工件。
所述冲击器活塞的材料为：20cr2ni4钢。
本发明针对20cr2ni4钢，先在表面进行渗碳处理，之后再进行低温离子渗硫处理，本发明得到的复合渗硫层表面由细小致密的球状硫化物组成，团聚的硫化物大颗粒较少；本发明的复合渗硫层在中载荷下具有良好的减摩性，而当载荷过低或过高时，复合渗硫层的摩擦系数反而有所升高。在20cr2ni4钢冲击器活塞渗碳层表面制备具有固体润滑作用的渗碳-渗硫复合渗层，有效的提高了活塞的使用寿命，延长冲击器的工作时间，大大提高冲击器产品的质量。
附图说明
图1为实施例1-4处理后表面渗流层的宏观形貌图，其中a为实施例1，b为实施例2，c为实施例3，d为实施例4；
图2为实施例1-4处理后表面渗流层的sem形貌图(10000×)，其中a为实施例1，b为实施例2，c为实施例3，d为实施例4；
图3为实施例1-4处理后表面渗流层的sem形貌图(80000×)，其中a为实施例1，b为实施例2，c为实施例3，d为实施例4；
图4为实施例1处理后表面渗流层能谱图；其中(a)白色大颗粒处(b)均匀小颗粒处；
图5为实施例2处理后表面渗流层能谱图；其中(a)白色大颗粒处(b)均匀小颗粒处；
图6为实施例3处理后表面渗流层能谱图；其中(a)白色大颗粒处(b)均匀小颗粒处；
图7为实施例4处理后表面渗流层能谱图；其中(a)白色大颗粒处(b)均匀小颗粒处；
图8为实施例4复合渗硫层xrd物像分析谱图；
图9为磨损时间/摩擦系数曲线；
图10为实施例4产品干摩擦下磨损时间/摩擦系数曲线；
图11为实施例4试样渗硫前后在干摩擦磨损试验下所测得的摩擦系数对比图；
图12为实施例4复合渗硫层磨痕三维形貌，其中(a)100g(b)300g(c)500g(d)800g；
图13为实施例4渗碳层磨痕三维形貌，其中(a)100g(b)300g(c)500g(d)800g；
图14为实施例4渗碳试样及渗硫试样磨损测量值；
图15为实施例4渗硫后试样油润滑下磨损时间/摩擦系数曲线；
图16为实施例4渗流前后油润滑下摩擦系数对比图；
图17实施例4渗硫的试样油润滑下磨痕三维形貌图，其中(a)100g(b)300g(c)500g(d)800g；
图18实施例4渗硫前的渗碳试样油润滑下磨痕三维形貌图，其中(a)100g(b)300g(c)500g(d)800g；
图19为实施例4试样渗硫前后的油润滑下测得的磨痕宽度、磨痕深度及磨损失重值。
具体实施方式
通过以下实施例提供的具体实施方案，对本发明的上述内容进行进一步详细说明，对于本研究领域的技术人员而言，不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实例；凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
下面实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料、仪器等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
活塞试样及实物采用20cr2ni4钢。
试样为扁平圆板，尺寸为
对磨材料
对磨材料是指摩擦磨损试验时与基体试样、渗硫试样配对磨损的材料，本试验用材料为gcr15的钢球作为wtm-2e可控气氛微型摩擦磨损试验仪的上试样(对磨钢球)，硬度可达60hrc以上。
渗硫采用ldmc-15a型多功能离子化学热处理炉。
表征及摩擦学性能检测所用方法及设备
形貌及成分
(1)金相显微镜
采用徕卡dm2500m金相显微镜，与getphase软件相结合，能够方便地进行试样表面的微区金相观察、几何测量以及试样纵向扫描输出三维模型。
(2)高分辨扫描电镜
novananosem450扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscopy，sem)具有超高分辨率，用作拍摄各种固态样品表面形貌的二次电子像以及背散射像。sem具有高性能x射线能谱仪，能进行样品表层的微区点、线面元素的定性以及定量分析。使用sem，能分析渗硫层表面微观形貌，并观察该层显微结构。
(3)电子探针
采用jxa-8230型电子探针，可以定量或定性地分析试样中微区域(纳米级)的化学成分。在观察微区形貌的同时，还能逐点分析试样的化学成分及结构。不仅能用来分析渗硫层不同区域的元素含量，同时能对磨损试样磨痕区域和未磨损区域进行化学组成的对比分析，并可以得到形貌图像、成分分布像。
(4)三维表面形貌仪
采用zeta-20型三维表面形貌仪(主要技术参数：工作距离为10mm，高度测量分辨率达0.013μm，重复精度达0.02μm，干涉物镜分辨率2nm)，对在不同条件下进行磨损试样的磨损试样进行三维测量，得到磨痕区域的宽度、剖面轮廓、三维形貌。
摩擦磨损试验
采用wtm-2e可控气氛微型摩擦磨损试验仪进行摩擦磨损试验。对磨球是材料为gcr15的钢球，对磨盘为
实施例1
一种提高20cr2ni4钢减摩耐磨性能的方法，具体的为：
(1)对20cr2ni4钢表面进行精磨和抛光；将20cr2ni4钢加热至930℃，保温1h；
(2)采用吸热式气氛和甲烷对20cr2ni4钢进行气体渗碳，即在碳势为1.2％，温度为930℃的条件下强渗6h；
(3)在碳势为0.8％，温度为930℃下扩散4h；
(4)将20cr2ni4钢先预冷至850℃，保温1h后油淬；
(5)将20cr2ni4钢加热至180℃进行低温回火，回火的加热时间为2h。
(6)将经过步骤(6)后的20cr2ni4钢冷却至室温，并对其表面进行精磨和抛光；
(7)将20cr2ni4钢置于离子渗硫炉体内的阴极塔上，使试样接离子渗硫炉阴极，炉壁接阳极，启动真空泵，当真空度达到10tor时，在阴阳两极之间施加640v脉冲电压，炉内通入氢气，当炉内温度达到170℃时保温30min后开始通入硫化氢，加适当ar；保温2-2.5小时；停炉降温；待炉内温度炉冷至50℃时，打开通气口换气后取出工件。渗硫过程中气体比例为h2:h2s:ar＝100：10：1。
实施例2
一种提高20cr2ni4钢减摩耐磨性能的方法，具体的为：
(1)对20cr2ni4钢表面进行精磨和抛光；将20cr2ni4钢加热至930℃，保温1h；
(2)采用吸热式气氛和甲烷对20cr2ni4钢进行气体渗碳，即在碳势为1.2％，温度为930℃的条件下强渗6h；
(3)在碳势为0.8％，温度为930℃下扩散4h；
(4)将20cr2ni4钢先预冷至850℃，保温1h后油淬；
(5)将20cr2ni4钢加热至180℃进行低温回火，回火的加热时间为2h。
(6)将经过步骤(6)后的20cr2ni4钢冷却至室温，并对其表面进行精磨和抛光；
(7)将20cr2ni4钢置于离子渗硫炉体内的阴极塔上，使试样接离子渗硫炉阴极，炉壁接阳极，启动真空泵，当真空度达到10tor时，在阴阳两极之间施加640v脉冲电压，炉内通入氢气，当炉内温度达到180℃时保温30min后开始通入硫化氢，加适当ar；保温2-2.5小时；停炉降温；待炉内温度炉冷至50℃时，打开通气口换气后取出工件。渗硫过程中气体比例为h2:h2s:ar＝100：10：1。
实施例3
一种提高20cr2ni4钢减摩耐磨性能的方法，具体的为：
(1)对20cr2ni4钢表面进行精磨和抛光；将20cr2ni4钢加热至930℃，保温1h；
(2)采用吸热式气氛和甲烷对20cr2ni4钢进行气体渗碳，即在碳势为1.2％，温度为930℃的条件下强渗6h；
(3)在碳势为0.8％，温度为930℃下扩散4h；
(4)将20cr2ni4钢先预冷至850℃，保温1h后油淬；
(5)将20cr2ni4钢加热至180℃进行低温回火，回火的加热时间为2h。
(6)将经过步骤(6)后的20cr2ni4钢冷却至室温，并对其表面进行精磨和抛光；
(7)将20cr2ni4钢置于离子渗硫炉体内的阴极塔上，使试样接离子渗硫炉阴极，炉壁接阳极，启动真空泵，当真空度达到10tor时，在阴阳两极之间施加640v脉冲电压，炉内通入氢气，当炉内温度达到185℃时保温30min后开始通入硫化氢，加适当ar；保温2-2.5小时；停炉降温；待炉内温度炉冷至50℃时，打开通气口换气后取出工件。渗硫过程中气体比例为h2:h2s:ar＝100：10：1。
实施例4
一种提高20cr2ni4钢减摩耐磨性能的方法，具体的为：
(1)对20cr2ni4钢表面进行精磨和抛光；将20cr2ni4钢加热至930℃，保温1h；
(2)采用吸热式气氛和甲烷对20cr2ni4钢进行气体渗碳，即在碳势为1.2％，温度为930℃的条件下强渗6h；
(3)在碳势为0.8％，温度为930℃下扩散4h；
(4)将20cr2ni4钢先预冷至850℃，保温1h后油淬；
(5)将20cr2ni4钢加热至180℃进行低温回火，回火的加热时间为2h。
(6)将经过步骤(6)后的20cr2ni4钢冷却至室温，并对其表面进行精磨和抛光；
(7)将20cr2ni4钢置于离子渗硫炉体内的阴极塔上，使试样接离子渗硫炉阴极，炉壁接阳极，启动真空泵，当真空度达到10tor时，在阴阳两极之间施加640v脉冲电压，炉内通入氢气，当炉内温度达到190℃时保温30min后开始通入硫化氢，加适当ar；保温2-2.5小时；停炉降温；待炉内温度炉冷至50℃时，打开通气口换气后取出工件。渗硫过程中气体比例为h2:h2s:ar＝100：10：1。渗硫过程中气体比例为h2:h2s:ar＝100：10：1。
实施例1-4中步骤(1)-(5)为渗碳，步骤(6)、(7)为渗硫。
宏观形貌：
从图1(a)可看出，170℃渗硫试样表面颜色不均匀，右侧颜色较深，呈深褐色，渗硫层分布不够均匀，渗硫效果较差；图1(b)可看出，试样中间区域颜色较深，两侧较浅，较170℃效果较好；图1(c)可看出，185℃渗硫试样渗硫层分布均匀，呈褐色均匀分布在试样表面；图1(d)可看出，190℃渗硫试样表面较185℃渗硫试样表面颜色更深，渗硫层分布均匀。
微观形貌：
从2可看到，在渗硫温度为170℃时，试样表面硫化物颗粒大小不一，大颗粒较多且分布零散；随渗硫温度升高，试样表面大颗粒减少，颗粒增大；在渗硫温度为190℃时，大颗粒零星分布，底部观察不出颗粒状形貌，较为平整。
从图3可以看到，试样表面被硫化物颗粒所覆盖，表面组织疏松多孔，渗硫层是由直径略大于0.1μm的微纳米量级球状硫化物颗粒随机堆叠而成。渗硫层呈现出底部为直径为0.13μm左右的硫化物颗粒堆积，上层为直径为0.5～1.5μm团聚的大颗粒的形貌。170℃复合渗硫层表面由大小不均的硫化物颗粒组成；当温度增加到180℃，复合渗硫层表面硫化物大颗粒尺寸增加；当温度继续升高时，复合渗硫层表层硫化物大颗粒数量逐渐减少，底层硫化物小颗粒更加致密。这是由于渗碳层表面有些细小的缺陷和凹坑，他们的存在为硫化物提供了形核的活性中心，渗硫过程中球状硫化物在上述缺陷处沉积、吸附、形核、以岛状模式生长、聚集，因此在渗硫层表层呈现为硫化物大颗粒形态。温度的增加会促进硫化反应的进行，在物质迁移扩散和进一步的沉积、吸附作用下，小岛长大合并成大岛又兼并成骨架和小通道，最后形成一层渗硫层，将部分位于表层的硫化物大颗粒覆盖，因此随着温度的升高渗硫层表面硫化物大颗粒数量减小。当温度升高到190℃时硫化物大颗粒几乎被完全覆盖，因此渗层表面呈现均匀细小的球状硫化物颗粒形态。大量团聚且分布不均匀的硫化物颗粒在磨损过程中易被整个抛出或者因碾压不均匀造成摩擦副的局部磨损，同时也不利于表面油膜的形成和维持。
成分分布
图4所示为170℃复合渗硫层中选取白色大颗粒处以及均匀小颗粒处的能谱图，表1所示为170℃复合渗硫层中白色大颗粒处及均匀小颗粒处的元素成分。
表1170℃复合渗硫层元素成分
由上表可知，170℃复合渗硫层白色大颗粒处s的原子百分比为10.85％，170℃复合渗硫层均匀小颗粒处s的原子百分比为7.04％。白色大颗粒处s含量比均匀小颗粒处s含量高，因此推断白色大颗粒为硫化物团聚。
图5所示为180℃复合渗硫层中选取白色大颗粒处以及均匀小颗粒处的能谱图，表2所示为180℃复合渗硫层中白色大颗粒处及均匀小颗粒处的元素成分。
表2180℃复合渗硫层元素成分
由上表可知，180℃复合渗硫层白色大颗粒处s的原子百分比为15.47％，180℃复合渗硫层均匀小颗粒处s的原子百分比为16.61％。白色大颗粒处及均匀小颗粒处s含量相差不大，且180℃复合渗硫层的s含量比170℃复合渗硫层的s含量明显增高。
图6所示为185℃复合渗硫层中选取白色大颗粒处以及均匀小颗粒处的能谱图，表3所示为185℃复合渗硫层中白色大颗粒处及均匀小颗粒处的元素成分。
表3185℃复合渗硫层元素成分
由上表可知，185℃复合渗硫层白色大颗粒处s的原子百分比为23.20％，185℃复合渗硫层均匀小颗粒处s的原子百分比为16.65％。白色大颗粒处s含量比均匀小颗粒处s含量明显增大，表明白色大颗粒为硫化物团聚。并且随着温度的升高，复合渗硫层中的s含量有所增加。
图7所示为190℃复合渗硫层中选取白色大颗粒处以及均匀小颗粒处的能谱图，表4所示为190℃复合渗硫层中白色大颗粒处及均匀小颗粒处的元素成分。
表4190℃复合渗硫层元素成分
由上表可知，190℃复合渗硫层白色大颗粒处s的原子百分比为22.57％，190℃复合渗硫层均匀小颗粒处s的原子百分比为19.41％。190℃复合渗硫层中s含量与185℃复合渗硫层中s含量相差不大，且190℃复合渗硫层中白色大颗粒处的s含量比185℃复合渗硫层中白色大颗粒处s含量略低，190℃复合渗硫层中均匀小颗粒处s含量比185℃复合渗硫层中均匀小颗粒处s含量高。表明随着温度的升高，底层硫化物小颗粒更加均匀致密。
渗硫层元素主要为fe、c、o、s以及少量的cr、ni，其中s元素是在离子渗硫工艺中进入表面；一部分fe元素来自渗碳试样基体，另一部分来自于辅助阴极和辅助工件表面溅射；ni、cr、mn、si来自于基体材料20cr2ni4；c一部分来自于基体，还有一部分来自于试样表面渗碳层；o含量的存在是由于渗层表面疏松多孔的结构被氧化所致。综上所述，随着温度的增加，复合渗硫层中的s含量及s/fe比逐渐增加，表明随着温度的增加，越有利于硫化物的形成，因此复合渗硫层表面硫化物颗粒更加致密。并且白色大颗粒处s含量及s/fe比都比均匀小颗粒处高，表明白色大颗粒处为硫化物团聚。
物相组成
如图8所示，经过物相分析、标定后可知，复合渗硫层主要的组成相为fes、feni及fecr，谱图中出现许多fes的峰，说明在渗硫层表面生成大量的硫化物，fes具有密排六方结构，在固体润滑中起主要作用，提高材料的减摩耐磨性能。
减摩性能
由图9可以看出：渗碳层(20cr2ni4钢加热至180℃进行低温回火后得到的渗碳层)摩擦系数先骤增，一分钟后回降到0.085左右，在试验1～5min内缓慢增至0.096左右后趋于稳定，10～24min时摩擦系数缓慢增至0.10，并在25min时骤降至约为0.09趋于稳定；渗碳+渗硫复合处理表面摩擦系数始终低于未渗硫处理试样的摩擦系数。而170℃渗硫层摩擦系数波动较大，略低于渗碳处理试样，前两分钟内摩擦系数增至0.10后骤降至0.09，在2～20min时段摩擦系数上下波动，22min增至0.09趋于稳定；180℃渗硫层试验前十分钟摩擦系数达到0.08，10～15min摩擦系数缓降，15～25min时段摩擦系数稳定在0.068左右，之后继续缓降至0.053左右；185℃渗硫层摩擦系数均值约为0.85，20min后摩擦系数缓增后降至0.08达到稳定；190℃渗硫层在试验2min后摩擦系数在0.06～0.072范围内变化，系数值波动也最小，1～10min段摩擦系数略低于0.07，10～20min在0.07上下变化，摩擦系数稳定在0.07左右。对比曲线，渗碳层的摩擦系数最高，渗硫温度为190℃时摩擦系数最低。可以看出，渗硫层的存在会显著降低在低速油润滑情况下的摩擦系数，提高其减摩性能，实施例4的渗硫层摩擦系数值较低且稳定，该渗层减摩效果最为优异。
图10所示为实施例4复合渗流层干摩擦磨损试验下，随时间变化的摩擦系数值。由图10可知，在100g载荷下，摩擦系数波动较大，而其他载荷下摩擦系数曲线变化趋势相似，试验初始阶段，0～10min内波动较大处于跑合期，之后5min摩擦系数缓增，到15min后摩擦系数达到稳定。100g载荷下，前三分钟摩擦系数波动较大，在3～10min内相对稳定，之后有摩擦系数的骤增骤降情况，在试验22min后，摩擦系数稳定在0.54左右；300g载荷下，前25min摩擦系数始终低于其他情况，摩擦系数先骤增，回降到最低值0.25左右后，在25min时摩擦系数稳定在0.4左右；500g载荷下，试验前13min摩擦系数先增至0.35，之后摩擦系数稳定在0.4左右；800g载荷下，摩擦系数波动不大，前15min摩擦系数缓增，之后稳定在0.45左右。可以得知，190℃渗硫试样在不同载荷下进行干摩擦磨损实验时，摩擦系数不是随载荷值增加而单调变化，载荷为100g时摩擦系数最高且波动最大，300g时最低，500g、800g摩擦系数逐渐变大，类似于抛物线变化。随载荷增加，摩擦微接触区的压力与温度逐渐升高，复合渗硫层在高温高压作用下软化，表现出良好的减摩耐磨性能，因此在载荷增至300g时，渗层由于发生软化，使其摩擦系数显著降低。而在载荷增至500g、800g时，由于磨损加重，软质渗硫层很快被破坏，使复合渗硫层的润滑效果降低。
图11为所示为实施例4试样渗硫前后在干摩擦磨损试验下所测得的摩擦系数对比图。由图可知，在干摩擦条件下，100g加载至300g复合渗硫层摩擦系数从0.55骤降至0.25，之后摩擦系数随载荷增加而增大，摩擦系数由0.25增至0.55；可以看出，在300g、500g中载荷下渗硫处理后试样表面的摩擦系数低于渗硫前试样，其减摩性能优异，而在100g较低载荷和800g较高载荷下，复合渗硫层摩擦系数高于渗硫前试样。是因为在干摩擦条件下，当载荷较低时由于接触压力和温度较低，所以渗硫层不能发挥良好的减摩性，并且由于渗硫层表面粗糙度较大因此其摩擦系数高于渗硫前试样。而当载荷增加时，由于在高温高压下渗硫层得到软化从而发挥了良好的减摩性能。但当载荷进一步增加时由于渗硫层被磨损失效，因此其摩擦系数显著增加甚至高于渗硫前试样。
综上所述，在干摩擦条件下，复合渗硫层在中载荷下具有良好的减摩性，而当载荷过低或过高时，复合渗硫层的摩擦系数反而有所升高。
图12为用zeta-20型三维表面形貌仪所测得的实施例4渗硫的试样干摩擦磨痕三维形貌图，图13为实施例4渗碳试样干摩擦下磨痕三维形貌图。整体比较可看出，渗碳试样磨痕更宽且深度较大，渗硫试样磨痕较浅，磨损区域截面波动幅度较小。由图12所示可知，当载荷为300g、500g、800g时，试样磨损不均匀，磨痕区域有部分颜色较深即磨损较深，另一部分磨损较浅；随载荷增大，磨损程度加重。由图13所示可知，未渗硫试样当载荷较小为100g时，磨损不均匀，大部分区域磨痕很浅，而另一部分磨损严重；随着载荷增大，磨损区域颜色加深，加载500g及800g时，可见磨痕两侧出现较多的材料转移和堆积，磨损程度更加严重。
图14所示为球盘磨损试验后所测得的磨痕宽度、磨痕深度及磨损失重值。由图14(a)可知，除在载荷为500g时复合渗硫层磨损宽度略大于渗碳层，其余情况下渗硫层磨损宽度均较小，渗硫层在100～500g间，磨痕宽度随载荷增加而增大，而当载荷较大为800g时，磨痕反而变窄，而渗碳层在100g时由于磨损不均，磨痕较宽，其余载荷下，磨痕宽度随载荷增加而增大；由图14(b)可知，渗硫层在不同载荷下的磨痕深度始终渗碳层小，当载荷逐渐增大，磨损深度相差更大，载荷为800g时，渗碳层磨痕深度达到了渗硫层五倍之多，渗硫前后磨痕深度皆随载荷增加而增大；由图14(c)可知，载荷在100g～800g间，渗碳层的磨损量始终大于渗硫层，载荷越大，渗硫前后试样的磨损量都随之增大。100g载荷下，复合渗硫层磨损失重约为渗碳层的25％，载荷增大，渗硫后的磨损失重较渗硫前之比逐渐降低，即随着载荷增加，复合渗硫层耐磨效果越明显，渗碳层随载荷增大，磨损量由0.04g增至0.20g左右，而复合渗硫层试样磨损失重均低于0.0412g，由此可知，渗硫处理后，试样的耐磨性能得到显著提升。低温离子渗硫处理在渗碳层表面形成了一层很薄的硫化物固体润滑膜，在摩擦过程中产生滑移，阻碍金属之间的直接接触，减轻磨损，因此渗硫后耐磨性能显著提高。
实施例4复合渗硫层油润滑条件下摩擦磨损性能
图15所示为190℃渗硫试样在500r/min的转速、2mm旋转半径、不同载荷油润滑摩擦磨损试验下，随磨损时间变化的摩擦系数值。由图可知，试验初始阶段，前五分钟摩擦系数波动较大处于跑合期，之后摩擦系数较为稳定。100g载荷下，试样摩擦系数曲线整体较其他曲线波动较大，摩擦系数值在0.075～0.08范围内变化，5min后摩擦系数值稳定在0.08左右；300g载荷下，初期摩擦系数先骤增，缓慢回降到0.075，稳定了2分钟后，再次回降，试验5min后摩擦系数值稳定在0.066左右；500g载荷下，前13min摩擦系数先是缓慢增至0.07，18min时再降到0.066趋于稳定；800g载荷下，在5～30min时间段摩擦系数始终最低，前十分钟，摩擦系数稳定在0.065左右，试验15min后摩擦系数值稳定在0.062左右。可以得知，190℃渗硫试样在油润滑条件下进行摩擦磨损实验时，摩擦系数随载荷值增加而减少，当载荷为100g时摩擦系数最高、波动最大，800g摩擦系数最低且更为稳定。随着载荷增加，复合渗硫层在高温高压下逐渐软化，减摩性能增加。
图16为所示为实施例4渗碳试样渗硫前后在500r/min的转速、2mm旋转半径、不同载荷油润滑磨损试验下所测得的摩擦系数对比图。由图可知，在油润滑条件下，在载荷100～800g范围内，渗硫前后试样表面摩擦系数皆随载荷增加而降低；渗硫前试样摩擦系数变化范围为0.59～0.098，而渗硫后摩擦系数变化范围为0.06～0.08，可见在油润滑下，载荷较低为100g、300g及500g时渗硫处理后试样表面的摩擦系数始终低于渗硫前试样，渗硫处理会使其减摩性能增加，而当载荷较大为800g时，渗硫后试样摩擦系数略低于未渗硫试样。渗硫层疏松多孔的结构能有效地存储润滑油，且fes属于密排六方结构，易发生滑移，从而减少摩擦副之间的运动阻力，钦此在中低载荷下渗硫层具有良好的减摩性能。而当载荷过大时，由于渗硫层质软，很快被磨损失效而导致其摩擦系数与渗碳层相近。因此在油润滑条件下，复合渗硫层在中低载荷下具有良好的减摩性能，而当载荷过高时，其减摩性能有所降低。
图17所示为用zeta-20型三维表面形貌仪所测得的实施例4渗硫的试样油润滑下磨痕三维形貌图，图18所示为渗碳试样磨痕三维形貌图。整体比较可看出，渗硫试样磨痕较为清晰，而未渗硫渗碳试样磨痕较模糊。由图17所示可知，当载荷为100g、300g时，磨痕中可观察到颜色较深的不规则状剥落区，磨痕轨迹不深，载荷为500g及800g时，磨痕轨迹清晰；随着载荷量逐渐增大，磨损程度加重。由图18所示可知，未渗硫试样当载荷较小为100g、300g时，磨痕非常窄；随载荷的增大，磨损区域变深且磨损程度加重。
图19所示为油润滑下测得的磨痕宽度、磨痕深度及磨损失重值。由图19(a)可知，除载荷为800g时复合渗硫层磨损宽度小于渗碳层，其余情况下渗硫层磨损宽度均较大，渗硫层在100～500g间，磨痕宽度随载荷增加而增大，而当载荷较大为800g时，磨痕反而变窄，而渗碳层在100g、300g、500g载荷下磨痕宽度较小，800g载荷时，磨痕宽度骤增至289.1μm；由图19(b)可知，在不同载荷下的渗硫层磨痕深度始终渗碳层小，当载荷逐渐增大，磨损深度相差更大，载荷为800g时，渗碳层磨痕深度达到了渗硫层三倍之多，渗硫前后磨痕深度皆随载荷增加而增大；由图19(c)可知，载荷在100g～800g间，渗碳层的磨损量始终大于渗硫层，当加载100g、300g、500g时，渗碳层的磨损失重略高于渗硫层，而当载荷增至800g时，渗碳层的磨损失量几乎达到复合渗硫层的七倍之多，在高载荷下，渗硫后试样表现出良好的耐磨性能。由此可知，渗硫处理后，试样的耐磨性能得到有效地提升，尤其是在高载荷。渗硫层具有多孔性结构，颗粒间存在较小的间隙，储油能力强，在油润滑条件下，渗硫层的存在保证了摩擦副间的润滑，使试样间的磨损降低。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
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