碳化硅/碳化钨硬面密封摩擦副的摩擦磨损性能和机理研究

实验研究了干摩擦和水润滑条件下, 常压固相烧结碳化硅陶瓷(SSiC)及常压液相烧结碳化硅陶瓷(LPSiC)分别与碳化钨(WC)组成的硬面配对摩擦副的滑动摩擦磨损性能。在干摩擦条件下, 与LPSiC/WC摩擦副相比, SSiC陶瓷由于具有更大的晶粒尺寸和硬度, 导致SSiC/WC摩擦副具有更大的摩擦系数和更小的磨损量。磨损区域的SEM形貌结合面扫描分析、微区XRD分析结果表明: 微犁沟和微断裂导致SiC陶瓷的磨损, 疲劳损伤导致WC材料的磨损, 而摩擦过程产生的摩擦热导致磨出的WC颗粒氧化成无定型WO₃。在水润滑条件下, 与SSiC/WC摩擦副相比, LPSiC/WC摩擦副具有更大的摩擦系数和更低的磨损率。在干摩擦和水润滑条件下, 与SiC陶瓷作为动摩擦副配对相比, SiC陶瓷作为固定摩擦副的摩擦配对具有更小的摩擦系数和质量损失。     

类金刚石薄膜在干摩擦、油和脂润滑条件下的摩擦学性能分析

通过钢/类金刚石(DLC)薄膜摩擦副在干摩擦4、122油和L252脂润滑条件下的球-盘摩擦学试验,对比分析润滑条件、载荷、速度对DLC膜摩擦系数的影响,利用原子力显微镜分析膜层磨损性能,研究润滑条件对膜层磨损寿命的影响。结果表明:油、脂润滑下DLC膜最大静摩擦系数分别减小了17%和38%;从0～2000 r/min转速范围内,DLC膜摩擦系数随转速增加而减小,油润滑下相比干摩擦DLC膜摩擦系数小15%～48%,脂润滑下相比干摩擦DLC膜摩擦系数在0～500 r/min转速范围小,超过500 r/min后干摩擦DLC膜摩擦系数小;油和脂润滑条件下,DLC膜层的磨损程度明显降低,磨损率相比干摩擦条件下分别减小了7.4倍和15.5倍。     

PTFE微粉/CF改性PEEK复合材料的摩擦磨损性能

为解决核电水循环系统中鼓型旋转滤网驱动装置的耐腐蚀问题,本文研究了碳纤维和聚四氟乙烯微粉改性的聚醚醚酮复合材料在干摩擦、水润滑和油润滑条件下的摩擦磨损性能.通过机械共混、高温模压的方法,制备了不同质量分数的聚四氟乙烯(PTFE)微粉/碳纤维(CF)/二硫化钼(MoS_2)/聚醚醚酮(PEEK)复合材料.采用拉伸试验机和塑料洛氏硬度计测试其力学性能,采用摩擦磨损试验机测试了复合材料在干摩擦、水润滑和油润滑条件下的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜对其摩擦表面形貌进行分析.结果表明:复合材料在水润滑和油润滑时摩擦系数及磨痕宽度均较小,但水润滑时摩擦系数波动幅度较大且磨痕宽度略高;复合材料在干摩擦条件下的磨损机制以磨粒磨损为主,伴有疲劳磨损,油润滑时摩擦面可形成连续的润滑膜而保持光滑,水润滑时水流冲刷破坏了摩擦面上固体润滑膜的稳定性;CF质量分数增加时,复合材料的洛氏硬度和压缩强度递增,压缩强度达到164 MPa,PTFE微粉质量分数增加时,复合材料的洛氏硬度和压缩强度递减;CF质量分数增加时,复合材料的干摩擦系数及磨痕宽度下降,PTFE微粉质量分数增加时,复合材料的干摩擦系数下降,达到0.17.     

碳纤维改性聚四氟乙烯的摩擦及振动性能

文中研究了20%的碳纤维(体积分数)改性聚四氟乙烯在干摩擦和水润滑摩擦条件下的摩擦系数、磨损性能和摩擦振动性能。结果表明:(1)在干摩擦下,随着线速度增加,摩擦界面生成大量的热,黏着磨损和磨粒磨损严重,表面越来越粗糙,摩擦系数明显变大,摩擦振动加速度增加。而在水润滑条件下,随着线速度增加,摩擦界面间形成了一层水润滑膜,使摩擦系数降低,另外由于转速增加,使流噪声增加,从而使振动增加。(2)在干摩擦下,随着比压增加,摩擦系数和摩擦振动变化较大,而在水润滑条件下,随着比压增加,摩擦系数和摩擦振动变化较小。(3)干摩擦时,碳纤维增强聚四氟乙烯复合材料在不同比压下的磨损机理主要是磨粒磨损和黏着磨损;水润滑条件下,碳纤维增强聚四氟乙烯复合材料在高比压下的磨损机理主要是黏着磨损。因此,碳纤维改性聚四氟乙烯复合材料应该在水润滑条件下应用有利于提高耐磨性,降低摩擦系数和摩擦振动。     

微量润滑条件下Si3N4陶瓷 白口铸铁的摩擦学性能研究

采用块 盘式摩擦磨损试验方法,在MG 200摩擦磨损试验机上对Si3N4陶瓷 白口铸铁摩擦副进行了微量润滑条件下的摩擦磨损试验,同时根据试件的SME照片和能谱成分分析了摩擦磨损机理,为陶瓷材料的制备及减少磨损提供理论依据。试验和分析结果表明：微量润滑条件下Si3N4陶瓷的磨损率和摩擦系数要比干摩擦条件下小得多;Si3N4陶瓷的磨损率随载荷的增大而增大,滑动速度对磨损率的影响要小于载荷对其的影响;Si3N4陶瓷 白口铸铁的摩擦系数随速度的增大而减小,载荷的变化对摩擦系数的影响不大;Si3N4陶瓷的磨损是化学磨损、机体物质脱落和磨粒磨损共同作用的结果,其中化学磨损起主导作用。     

水/油润滑条件下PTFE复合材料的摩擦学性能

将碳纤维(CF)和锡青铜粉(Cu)分别添加到聚四氟乙烯(PTFE)中制备了两种PTFE复合材料,并将其与42CrMo钢环形成摩擦副,研究了两种PTFE复合材料在干摩擦、水润滑和油润滑条件下的摩擦学性能,并用扫描电子显微镜观察了两种复合材料的磨损表面形貌,分析了磨损机理。结果表明:在干摩擦和油润滑条件下,随着碳纤维含量的增加,CF/PTFE复合材料的摩擦因数增大,磨痕宽度减小;两种PTFE复合材料在干摩擦条件下的摩擦因数最大,油润滑条件下的摩擦因数最小;而且在油润滑条件下,两种PTFE复合材料的磨痕宽度最小;水润滑条件下的摩擦因数比干摩擦的的要小,但磨痕宽度比干摩擦时的要大;CF/PTFE复合材料的磨损机理主要为疲劳磨损,犁沟形貌不明显;Cu/PTFE复合材料的磨损机理主要为磨料磨损,犁沟形貌明显,伴有疲劳磨损。     

不同摩擦条件下MoS2-Ti3SiC2的摩擦学性能

采用热压烧结法制备MoS2添加量为4%(质量分数)的Ti3SiC2复合陶瓷,并研究其与GCr15钢在干摩擦和油润滑条件下的摩擦磨损特性及磨损机制.结果表明,Ti3SiC2复合陶瓷与GCr15钢在干摩擦时,随时间的变化,占主导地位的磨损机制发生了变化,从以磨粒磨损为主转变为以粘着磨损为主.摩擦系数为0.176～0.283,磨损率最大为2.657×10-6mm3·N-1·m-1.油润滑条件下摩擦系数为0.062～0.134,磨损率在10-7～10-6mm3·N-1·m-1之间.复合陶瓷的干摩擦系数略高于单相Ti3SiC2的摩擦系数0.17.     

玻璃纤维增强PA66复合材料与Al2O3陶瓷的摩擦磨损行为

研究了25%(质量分数)玻璃纤维增强PA66复合材料(25%GF/PA66)在干摩擦和水润滑条件下与Al₂O₃陶瓷之间的摩擦磨损行为。采用激光共聚焦扫描显微镜、 扫描电子显微镜、 傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱分析仪对25%GF/PA66的组织、 磨损形貌和磨损表面的化学结构变化进行分析。结果表明: 相同实验载荷时,润滑条件下25%GF/PA66的摩擦系数小于干摩擦条件下的摩擦系数,但磨损体积却远远大于干摩擦条件下的磨损体积。在有水存在的条件下,机械微切削作用持续发生,温度的升高使25%GF/PA66试样变形,同时引起酰胺基团发生水解,C—C键大量断裂,导致磨损体积增加。采用扩展表面一般导热模型计算本实验所用材料的热软化温度为105.9℃。     

炭纤维增强聚醚醚酮复合材料在水润滑下的摩擦学行为

考察了炭纤维及PTFE增强PEEK复合材料在干摩擦和水润滑下的摩擦学性能,并研究了该复合材料在两种条件下的磨损机理.结果表明,干摩擦下复合材料的摩擦系数和磨损率随负荷的增加不断减小;水润滑下复合材料的摩擦系数随负荷的变化不大,磨损率随负荷的增加而增大.干摩擦下,复合材料的磨损以粘着磨损和磨粒磨损为主.水润滑条件下,磨损表面比较光滑,仅有微切削的痕迹,磨损方式以轻微磨粒磨损为主.干摩擦条件下,摩擦对偶表面仅有轻微的犁沟形成,表面形成一层薄而均匀且结合紧密的转移膜.水润滑下,对偶表面犁沟较深,犁削作用明显,转移膜的形成被明显抑制.水的冷却作用使得向摩擦对偶的粘着转移明显减轻,同时由于摩擦表面吸附水膜的边界润滑作用,显著改善复合材料的摩擦磨损性能.     

不同测试条件下TiN薄膜的摩擦学特性研究

采用电弧离子镀技术在45#钢衬底表面沉积了TiN薄膜.用显微硬度计测试了薄膜的硬度,用球一盘式摩擦磨损试验机评价了在不同测试条件下(干摩擦,水润滑,油润滑)TiN薄膜的摩擦学性能,用表面轮廓仪测试了磨痕处的磨痕轮廓,用配有能谱仪(EDS)的扫描电镜(SEM)观察和测试了磨痕形貌和磨痕处主要化学元素组成.结果表明,相对于干摩擦,水润滑和油润滑条件下,TiN薄膜的摩擦系数和磨痕深度都有明显降低的趋势.干摩擦条件下,薄膜表现为磨粒磨损和氧化磨损;水润滑条件下,薄膜表现为疲劳磨损,水对薄膜起到边界润滑作用;油润滑条件下,薄膜几乎无磨损,油起到流体润滑作用.     

陶瓷的润滑问题

本文阐述了并分析了陶瓷材料的摩擦磨损、润滑研究现状，由于陶瓷的化学惰性，传统的润滑剂，添加剂在陶瓷表面的吸附力较弱，且很难在边界润滑下与表面发生摩擦化学反应形成极压润滑膜，传统润滑剂对陶瓷铁润滑效果与润滑金属相比要差科多，尽管在干摩时陶瓷材料磨损率比金属小得多，但仍比实际应用时要求的磨损率高必个量级。     

高性能陶瓷人工髋关节材料摩擦磨损研究发展

陶瓷已经在人工髋关节假体制作中获得一定的应用,并且有更大的潜力以待开发.对于陶瓷人工髋关节假体,其摩擦磨损性能是决定其寿命的最重要的性能之一,而体外的摩擦磨损测试对于确定其摩擦磨损性能有着重要意义.本文综述了国内外对于氧化铝、氧化锆、氮化硅和碳化硅四种陶瓷的摩擦磨损性能的研究结果,并且结合作者的工作对其进行评论.     

Ceramic material processing by electrical discharge in electrolyte

New ceramic materials receive a great deal of attention as machine components, but they are hard to work. So a hybrid processing which combines electrical discharge processing with grinding is proposed. In this study, in order to examine the possibility of this hybrid processing, the electrical discharge processing on four kinds of ceramics was carried out with a needle electrode. The ceramic materials were alumina and three kinds of silicon nitride series to which are added alumina (ASN), magnesia (MSN), yttria and alumina (YASN). The results obtained showed that a pit can be formed on any ceramic and the pit depth apparently varies with the ceramic material. The removal rates of ASN, alumina, YASN and MSN become low in turn, and are independent of their mechanical properties. In the case of the silicon nitride series, the removal rates depended on their sintering additives, and the higher the applied voltage, the greater was the volume removed. High removal rate and low electrode loss are obtained when the needle electrode is negative. The ceramic materials are mainly removed by etching the grain boundary in a high-temperature electrolyte during the discharging process.     

水溶性胶态成型工艺制备氮化硅耐磨结构陶瓷

以氮化硅粉末为原料, 采用水溶性胶态成型工艺制备高耐磨氮化硅陶瓷. 采用正交设计的方法来优化制备高品质注浆料, 并研究了掺杂分散剂后Zeta电位的变化. 同时, 还对氮化硅陶瓷烧结体的显微结构、力学性能和耐磨性能进行了研究. 结果表明: 当氮化硅浆料中固相体积分数为45%时, 可制得体积密度较高的精细氮化硅陶瓷材料, 断裂韧性可达7.21MPa·m^1/2, 硬度为9.30GPa. 通过抗耐磨损实验研究表明: 干摩擦条件下, 氮化硅陶瓷发生了晶粒脆性断裂和脱落; 水润滑条件下, 摩擦表面产生了氢氧化硅 反应膜, 降低了磨损, 主要是化学腐蚀磨损.     

氧化铝纤维含量对陶瓷基摩擦材料性能的影响

以工业废渣粉煤灰作为主要陶瓷组分,氧化铝纤维为增强相,采用冷压成型-热压固化两步法制备了氧化铝纤维增强陶瓷基摩擦材料,通过定速式摩擦磨损试验机研究了氧化铝纤维含量对陶瓷基摩擦材料性能的影响规律,并借助SEM观察磨损后样品的表面形貌,揭示了其摩擦磨损机理。结果表明:随着氧化铝纤维含量的增加,陶瓷基摩擦材料的孔隙率与密度不断增加,而硬度则先降低后上升然后再略降低;摩擦系数随氧化铝纤维含量的增加呈现出先降低后上升的趋势,当氧化铝纤维含量为25%时,样品的摩擦系数稳定在0.60左右;添加氧化铝纤维促进了陶瓷基摩擦材料的磨损,且随其含量增加,磨损率总体上呈增大趋势;未添加氧化铝纤维的陶瓷基摩擦材料磨损形式主要为磨粒磨损和接触疲劳磨损,而添加25%氧化铝纤维的陶瓷基摩擦材料磨损形式以磨粒磨损、粘着磨损和纤维的脆性断裂为主。     

Al_2O_3颗粒镀铜对铜基粉末冶金摩擦材料Al_2O_3-Fe-Sn-C/Cu摩擦磨损性能的影响

通过对陶瓷摩擦组元的表面进行化学镀铜来改善铜基粉末冶金摩擦材料中陶瓷相与基体间的结合效果,从而提高材料摩擦磨损性能。分别采用镀铜Al2O3颗粒和未镀铜Al2O3颗粒与铜粉和铁粉等经混合、压制、加压烧结制备Al2O3-Fe-Sn-C/Cu摩擦磨损试样。测试并分析了摩擦材料的微观结构、力学性能及摩擦磨损性能。结果表明:摩擦组元镀铜可使硬质颗粒与铜基体结合紧密;摩擦材料的布氏硬度增加了12%,弹性模量提高了约7%,摩擦系数提高了5%~10%,线磨损量降低了20%~50%;表面镀铜后的Al2O3颗粒不易脱落,摩擦系数稳定性提高了13%~23%。研究结果表明,摩擦组元表面镀铜可提高材料的综合性能。     

不同条件下Al2O3基陶瓷材料的摩擦磨损性能研究

本文对ＡＩ２Ｏ３基陶瓷材料／４５＃钢摩擦副的摩擦系数与４５＃钢／４５＃风的摩擦系数作了对比滑动摩擦试验研究,观测分析了ＡＩ２Ｏ３基陶瓷材料磨痕形貌,并就干摩擦、油润滑状态下ＡＩ２Ｏ３基陶瓷材料的磨损机理进行了分析。结果表明：分别在干摩擦和２０＃机油润滑下,ＡＩ２Ｏ３基陶瓷材料／４５＃钢的摩擦系数均比４５＃钢自配副时的低。在干摩擦条件下,ＡＩ２Ｏ３基陶瓷材料的磨损机理是脆性微剥落和磨粒磨损,油润滑条