各向同性磁流变橡胶材料的摩擦实验研究

分别从宏观和微观角度研究磁场对各向同性磁流变橡胶摩擦性能的影响。搭建了磁流变橡胶的摩擦实验平台,在外加磁场下进行滑动摩擦实验。实验结果表明,磁流变橡胶在轻载且低速条件下,摩擦系数随正压力增大呈减小趋势,而且磁场会使得磁流变橡胶表面的摩擦系数减小,且减小趋势随羰基铁粉体积比的增加呈现非线性变化,当羰基铁粉体积比为10%、正压力为0.25N、磁场强度为250mT时,其摩擦系数变化最大,减小约25%。通过金相显微镜进一步观测施加磁场前后的磁流变橡胶表面,检测表明磁场使得羰基铁粉在磁流变橡胶表面产生聚集,从而使其表面材料属性及微结构发生变化,该变化是促使磁流变橡胶的摩擦性能发生改变的重要原因。     

羰基铁粉性质对磁流变液摩擦磨损性能的影响

选用7种羰基铁粉通过机械球磨法制备磁流变液,利用四球摩擦实验机测试不同荷载和转速条件下磁流变液的摩擦系数,观察并计算磨斑直径,用电子显微镜(SEM)观察磨斑形貌,分析羰基铁粉表面类型、包覆和粒径对磁流变液摩擦磨损性能的影响。结果表明,磷化型羰基铁粉制备的磁流变液摩擦磨损性能优于还原型,羰基型最差;纳米Si O2包覆羰基铁粉能够有效降低磁流变液的摩擦磨损;低荷载条件下,磁流变液摩擦磨损性能受羰基铁粉粒径影响较大,在一定范围内减小粒径能够改善润滑性能,而随着荷载升高,这种影响逐渐减小。     

基础油对羰基铁磁流变液摩擦性能的影响

采用四球摩擦磨损试验机,在有外加磁场和无外加磁场条件下,考察了基础油对羰基铁磁流变液的摩擦系数的影响,记录了试验时间内摩擦系数随时间的变化曲线.结果表明,在较低载荷下,基础油的运动黏度值与磁流变液的流变性能有直接关系;基础油的摩擦性能决定了磁流变液的摩擦性能.     

磁场对磁流变弹性体表面特性的影响

为探究磁流变弹性体在磁场作用下的表面特性,制备体积分数为5%,10%,15%,20%,25%和30%的磁流变弹性体(MRE)样本,分别在施加磁场前后进行金相显微镜、白光干涉仪表面观察实验以及滑动摩擦验证实验。表面观察实验表明:样本的表面磁性颗粒随组分体积分数的增加而增加,并且各组分样本表面在磁场下粗糙度均降低,5%MRE的样本降低最多,约20%;摩擦实验结果表明:摩擦因数随着体积分数增加和在磁场作用下均出现降低趋势,30%MRE的摩擦因数相比于5%的摩擦因数约减小了38%, MRE表面铁磁颗粒含量是影响其摩擦特性的主要因素。     

磁流变液的流变特性分析和实验验证

本研究制备了羰基铁粉体积分数为10%的硅油基磁流变液,使用Physica MCR 301流变仪测试其流变性能,用Bingham模型和Casson模型对磁流变液的流变性能进行拟合计算。实验表明,Bingham模型和Casson模型均可较好地描述磁流变液的流变行为,在磁场作用下,随着剪切速率增加,剪切应力增大并趋于稳定,表观粘度显著减小,磁流变液存在剪切稀化现象。通过对数拟合的方法,得出磁流变液剪切应力和磁场的关系,剪切速率恒定时,随着磁场增大,磁流变液剪切应力显著增加。     

磁流变胶泥材料的磁控力学行为实验研究

采用主要成分为高粘度线性聚硅氧烷的弹性胶泥为基体,制备了羰基铁粉质量分数为20%,40%和60%的磁流变胶泥。对磁流变胶泥的流变学特性和动态力学特性进行测试,描述了磁流变胶泥的本构关系并识别其参数,分析了磁场、铁粉含量、剪切应变以及剪切频率对粘弹性能的影响。结果表明,磁流变胶泥的本构关系能用Herschel-Bulkley模型进行描述;剪切应力、刚度的磁场可控范围宽(铁粉质量分数为60%的磁流变胶泥剪切应力调节范围16~128kPa,储能模量可调范围0.52~3.28 MPa);随铁粉含量和磁场的增加,剪切应力增大、弹性增加而粘性减小;不同磁场下磁流变胶泥从线性粘弹性区向非线性粘弹性区转变的临界应变值不同,且磁场增大可拓宽线性粘弹性区的范围;在线性粘弹性区磁流变胶泥对0~80Hz频率无依赖性。     

羰基铁粉/硅橡胶磁性复合软材料的制备及力学性能研究

在无外磁场条件下以硅橡胶为基体,夹杂不同体积分数的微米级磁性羰基铁粉颗粒,经过室温硫化等过程,制备了羰基铁粉/硅橡胶磁性复合薄片材料,并对其在无外磁场以及磁场加载下开展了拉伸力学性能的测试与分析。结果表明,外加磁场增强了该类磁性复合软材料的力学性能;其拉伸强度、拉伸模量随夹杂体积分数的增大显著增强,断裂伸长率随羰基铁粉颗粒夹杂体积分数的增加出现先增大后减小的特征与趋势。通过对无外场与磁场下磁性颗粒复合软材料的实验测试与对比分析发现,羰基铁粉/硅橡胶磁性复合软材料的力学行为仍表现为与单一高分子聚合物基体材料类似的超弹性行为,含有较少参数的修正Mooney-Rivlin超弹性模型能够较好地描述其应力-应变关系,为该类磁性智能复合软材料的工程应用、力学性能与行为表征研究提供了可能的便捷分析途径与方法。     

磁场作用下磁流变液剪切性能的实验分析

本文研究了磁流变液的力学性能,制备了羰基铁粉体积分数为20%的硅油基磁流变液,观察了磁流变液在磁场作用下的微观变化,测试了磁流变液的剪切性能。实验表明,无磁场作用下,磁流变液为牛顿流体;在磁场作用下,随着剪切速率的增加,剪切应力趋于稳定,表观粘度呈现指数式下降,磁流变液具有剪切稀化效应,符合广义Bingham模型。磁流变液剪切应力和外加电流的依赖关系为:在电流较小时,剪切应力表现为指数增长,指数值约为1.5;随着外加电流的增大,剪切应力表现为线性增长,最终达到稳定值。     

硅橡胶基磁流变弹性体相对磁导率研究

磁流变弹性体的最大特性就是其刚度和阻尼可以在外加磁场作用下实现实时且可逆的控制,而磁流变弹性体的相对磁导率是影响其可控范围的重要因素之一。以硅橡胶基不同组分磁流变弹性体为研究对象,在分析了相对磁导率测量原理的基础上,搭建了基于谐振电路的磁流变弹性体相对磁导率测试系统,实验研究了影响磁流变弹性体相对磁导率的因素。结果表明,磁流变弹性体的相对磁导率随磁性颗粒含量的增加而增加,随磁场强度的增加而减小;在相同质量分数条件下,以羰基铁粉作为填充物材料的磁流变弹性体的相对磁导率要高于以羰基镍粉为填充物的相对磁导率。且磁流变弹性体的相对磁导率随增塑剂含量的增大而增大。     

羰基铁粉表面有机改性及其对磁流变液性能的影响

为了改善羰基铁粉与硅油的相容性,提高磁流变液的沉降稳定性,选用硅烷偶联剂为表面改性剂,采用分散聚合法对羰基铁粉进行表面改性。通过傅立叶红外光谱、扫描电子显微镜、激光粒度分析仪等手段对改性前后羰基铁粉的结构、形貌和粒径进行了表征。同时还以改性前后的羰基铁粉为悬浮相,以硅油为分散相制备磁流变液。研究结果表明,改性后的羰基铁粉表面吸附有偶联剂,其粒径增大了2.4倍,与硅油有良好的亲和性,采用改性后的羰基铁粉可以显著改善磁流变液的沉降稳定性,同时偶联剂的添加会增大磁流变液的粘度,但是对流变性能影响较小。     

纳米Al_2O_3/聚苯硫醚改性聚四氟乙烯复合材料摩擦特性

使用MRH-3型环-块摩擦磨损试验机在不同实验条件下对纳米氧化铝(Nano-Al_2O_3)与聚苯硫醚(PPS)共混改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的摩擦磨损状况进行了测试并在线测量了摩擦表层瞬时温度。采用扫描电镜对磨损表面形貌和转移膜形貌进行了观察与分析。结果表明,复合材料摩擦磨损特性与纳米粒子含量及摩擦表层温度有关;3%(体积分数)Nano-Al_2O_3/PPS/PTFE复合材料的耐磨性最佳;摩擦过程中表层瞬时温度呈现3个阶段:线性升温、温度缓慢变化和稳定阶段,且升温幅度随Nano-Al_2O_3含量的增加而增大;当载荷和速度分别超过200 N和2 m/s时,复合材料磨损率与摩擦表层温度均大幅上升,但摩擦热平衡所需时间却大幅缩短,此时摩擦表面形貌与转移膜形貌均发生明显变化;当环境温度在25~140℃变化时复合材料摩擦性能变化不显著。     

直流稳恒磁场对45钢摩擦磨损性能的影响

大气条件下,研究不同强度的直流稳恒磁场对45钢干滑动摩擦磨损性能的影响.结果表明:与无磁场条件下相比,材料的摩擦系数降低,磨损量明显减少,磨损表面光滑,磨屑细化.微观分析表明,45钢在磁场条件下磨损后,表面生成更多的氧,认为氧化磨损及磨屑的润滑作用是磁场降低摩擦系数、减轻磨损的主要原因.     

Tribological behaviors of plasma-treated carbon composite grooved surfaces

The tribological behavior of carbon epoxy composites whose surfaces have many small grooves of 100 μm width were compared with respect to plasma treatment duration under dry sliding conditions. The surface coating material on the grooved surface was high-density polyethylene (HDPE) and suitable plasma treatment time for grooved composite surface for atmospheric pressure plasma system was experimentally investigated by measuring the friction coefficient and wear volume. The wear morphology of the composites observed with a scanning electron microscopic (SEM) revealed that the surface coating layer on the grooved surface significantly improved the wear resistance and the plasma treatment can improve the durability of the coating layer.     

Smart composites of urethane elastomers with carbonyl iron

Smart composites based on carbonyl-iron particles in a polyurethane matrix, known as magnetorheological elastomers (MREs), were manufactured and studied. The influence of ferromagnetic particle content and particle arrangement in relation to an external magnetic field was investigated. Several different elastomers with different stiffnesses were used as matrices. It was found that the structure of a fabricated MRE depends on the viscosity of the matrix before curing and the flux density of the applied magnetic field. Two different magnetic field strengths were used: 0.1 and 0.3 T. The amount of carbonyl iron particles was varied from 1.5 to 33.0 vol%. Scanning electron microscopy technique was used to observe MRE microstructure. The particles’ orientation and their arrangement were also investigated by vibrating sample magnetometer. A correlation was found between MRE microstructure and magnetic properties. Compression tests on cylindrical samples in the presence and absence of a magnetic field showed that a magnetic field increased the stiffness of the material. Additionally the rheological properties of MREs were tested in a magnetic field. It was found that the amount of ferromagnetic particles and their arrangement have a significant influence on the rheological properties of MREs. The highest relative change of storage modulus under 200 mT magnetic field, equal to 282%, was recorded for samples with 11.5 vol% of particles.     

钛合金表面Ni-P-PTFE自润滑复合镀层的制备及其摩擦磨损性能

为提高钛合金零部件的使用寿命,以传统的化学镀Ni-P合金工艺为基础,通过添加PTFE粒子使其均匀分布在Ni-P合金镀层中,在钛合金基体上制备了具有耐磨、减摩性能的自润滑复合镀层;分析了PTFE乳液浓度、表面活性剂浓度等参数对复合镀层中PTFE微粒子含量的影响规律;采用SEM、EDS和XRD等手段对复合镀层的微观形貌、相结构和成分进行了分析;研究了不同PTFE含量复合镀层及钛合金基体在相同载荷下的摩擦磨损性能。结果表明:Ni-P-PTFE复合镀层具有良好的减摩耐磨性能,当膜层中PTFE微粒子的含量为20.4%(体积分数)时,钛合金表面的摩擦系数降至0.2左右,而磨损量也显著减小。     

CrSiN-Ag薄膜的制备及性能

为拓宽氮化物薄膜的应用范围、研究Ag元素的加入对CrSiN-Ag薄膜性能的影响,采用射频磁控溅射在单晶硅Si(100)和304不锈钢上制备了不同Ag含量的CrSiN-Ag薄膜,利用能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪、摩擦磨损仪和三维形貌仪等对薄膜的成分、微观结构、力学和不同温度下的摩擦磨损性能进行表征。结果表明:CrSiN-Ag薄膜呈面心立方(fcc)结构,Ag以晶态的形式存在于CrSiN薄膜中;随着Ag含量的增加,CrSiN-Ag薄膜的硬度先升高后逐渐降低,当Ag含量增加到6.84%(原子分数)时硬度最大,为26.55 GPa。室温时,CrSiN-Ag薄膜的摩擦系数随着Ag含量的增加而减小,磨损率随着Ag含量的增加先减小后增大;当Ag含量为6.84%时,CrSiN-Ag薄膜的高温摩擦系数随着温度的升高先增加后减小,磨损率随着温度的升高而增加。