一种船用低温钢板在干态室温下的往复摩擦特性研究

目的研究新型船用低温钢板的摩擦磨损性能。方法采用UMT-2型多功能摩擦磨损实验机,测试了船用低温钢板在室温干态环境、不同载荷(10、20、30 N)、不同频率(2、5 Hz)下的往复摩擦试验行为。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)分析了船用低温钢板的磨痕表面形貌,用光学轮廓仪分析了磨损表面轮廓,用EDS对试样磨损表面进行了成分分析。结果随着试验法向载荷从10 N增加到30 N时,船用低温钢板的摩擦系数从0.51逐渐增加到0.63,磨损率先增加后降低,再逐渐增加。在相同载荷下,摩擦系数随着往复频率的提高而降低。载荷为30 N时,往复频率为5 Hz,摩擦2 h后,磨损断面轮廓宽度和深度分别为750μm和3871 nm。接触面从磨粒磨损转向疲劳磨损,接触面出现氧化层、表面硬化层和转移层。结论载荷较低时,船用低温钢磨损主要为氧化磨损和疲劳磨损;载荷增大时,接触面磨损出现疲劳磨损。同等载荷下,摩擦系数会随着移动速度的提高有所下降,接触面在摩擦热作用下形成的金属膜有助于降低表面粗糙度,减小摩擦系数。     

TC4合金微动腐蚀行为的研究

研究TC4合金在氯化钠溶液中的微动磨损行为,分析不同摩擦副材料下载荷与磨损形貌、摩擦系数和磨损量的关系。结果表明,微动磨损机制是粘着磨损-疲劳脱层-磨粒磨损和腐蚀磨损;腐蚀介质下摩擦系数曲线比干空气的低且平稳;Al_2O_3/TC4摩擦系数曲线波动较大,载荷较大时由微动转为往复滑动。Si_3N_4/TC4磨损量和磨损率均比GCr15/TC4的大,GCr15/TC4耐磨性优于Si_3N_4/TC4,GCr15球作摩擦副材料时磨损性能最好。TC4在氯化钠溶液中的失重是由机械磨损、腐蚀和磨损的交互作用造成的。     

Ti3SiC2在水、乙醇及其混合溶液中的摩擦学行为研究

目的考察新型可加工金属陶瓷材料Ti_3SiC_2在水基润滑系统(如水液压系统)及乙醇润滑系统(如乙醇燃料系统)中的摩擦学行为。方法利用中频热压烧结技术制备Ti_3SiC_2样品,用球盘接触模式SRV-1摩擦磨损试验机考察Ti_3SiC_2/Si_3N_4摩擦副的摩擦学行为,利用扫描电子显微镜、X-射线光电子能谱、X-射线衍射谱等分析材料的形貌和成分物相。结果 Ti_3SiC_2/Si_3N_4摩擦副在乙醇中具有较低的摩擦系数(0.14)和磨损率(10~(-7) mm~3/(N×m)),但在纯水中,其摩擦系数(0.54)和磨损率(10~(-4) mm~3/(N×m))均较高。乙醇中少量的水(5%)即可使Ti_3SiC_2/Si_3N_4的摩擦学性能恶化,乙醇中Ti_3SiC_2磨损表面为轻微犁沟效应,随着乙醇中水含量的增大,Ti_3SiC_2晶粒拔出和脱落造成的坑洞增加,因此磨损率迅速增大。纯水中呈现大量的坑洞,相应的磨损率也达到最大值。结论乙醇是Ti_3SiC_2/Si_3N_4摩擦副很好的低黏度流体润滑剂,在乙醇中,摩擦表面的高化学活性Si元素与乙醇发生了摩擦化学反应,生成的硅醇聚合物在摩擦接触界面形成了边界润滑,致使Ti_3SiC_2/Si_3N_4摩擦副在乙醇中具有优良的润滑和减磨作用。     

PTFE/Kevlar纤维编织材料摩擦损伤演变规律研究

目的 通过对PTFE/Kevlar纤维编织材料进行不同循环次数的往复摩擦磨损试验,研究并揭示其摩擦损伤演变规律和损伤机理.方法 采用MXW-5型摩擦磨损试验机,同时保持一定的位移和频率,对材料分别进行2、5、10 N等3种载荷等级下往复运动的不同循环次数试验.采用体视显微镜(SM)对材料磨损表面在试验过程中产生的宏观损伤进行分析,利用3D光学显微镜(3D-OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)对损伤表面的微观形貌以及化学状态加以分析.结果 3种不同载荷条件下的样品,在达到1000次循环往复运动之前,摩擦因数增大0.05,1000～5000次增幅减缓为0.02,并逐渐趋于稳定.不同循环次数下,损伤表面形成了不同大小的PTFE转移膜,将表面C元素覆盖.3种载荷下,编织材料的磨损机制主要为疲劳磨损.结论 在载荷不变的条件下,随着循环次数的增加,前期编织材料磨痕表面部分区域会形成PTFE转移膜,对Kevlar纤维产生一定的保护作用,进而降低表面磨损程度.随着表面磨损程度不断加剧,磨痕表面形成的PTFE转移膜剥落,导致纤维重新暴露在表面,使磨损进一步加剧.同时,随着材料样品磨损不断严重,磨痕表面的氧化程度不断加深.     

选区激光熔化成形Ti6Al4V合金摩擦磨损性能的各向异性

基于选区激光熔化技术制备了Ti6Al4V钛合金,研究了不同成形表面(XOY、XOZ)和不同载荷(20、40、60、80 N)对Ti6Al4V合金摩擦磨损性能的影响。通过摩擦系数(COF)结合磨损体积损失对不同成形面的摩擦磨损性能进行评估,采用光学显微镜(OM)、三维轮廓测量仪等设备对磨损轨道的形态和磨损机理进行表征。结果表明:相比XOZ面,XOY面在法向载荷为20N时其磨损体积减少了0.27×10-5 mm3,平均摩擦系数更小;而当载荷大于20N时,XOY面的磨损体积和平均摩擦系数均大于XOZ面。磨损轨道犁槽的深度和宽度随着载荷的增加而增加,犁槽呈现出明显的剥落行为,轨道处分布着块状的"粘合剂",发生着粘着磨损和氧化磨损。从摩擦系数、磨损体积、微观形态的角度定量反映出SLM成形Ti6Al4V合金的XOZ面比XOY面具备更优异的摩擦磨损性能,只有在低载荷下XOY面才表现出更加耐磨的特性。     

晶粒细化对放电等离子烧结TC4合金微动磨损性能的影响

结合高能球磨和放电等离子烧结制备出具有粗晶组织、粗细晶双尺度组织和超细晶组织的TC4合金;采用球-盘微动磨损装置对比研究了这3种显微组织TC4合金在干摩擦条件下的微动磨损性能,分析了晶粒细化对TC4合金摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着晶粒的逐步细化,TC4合金的摩擦系数和磨损率逐渐降低。这主要是因为晶粒细化导致TC4合金硬度逐渐提高,并引起磨损机制的转变。粗晶TC4合金的磨损机制为严重的粘着磨损、疲劳剥层磨损和氧化磨损;而双尺度和超细晶TC4合金的磨损机制以磨粒磨损为主并伴随着轻微的粘着磨损和氧化磨损。超细晶TC4合金拥有最高的硬度(HV为4560 MPa),在载荷30 N下具有最低的摩擦系数(~0.76)和磨损率(1.89×10-4mm3·N-1·m-1),说明晶粒细化有助于提高TC4合金的摩擦磨损性能。     

载荷对PTFE/AlSi10Mg复合材料摩擦磨损行为的影响

采用选区激光熔化(SLM)、浸渗和真空烧结工艺制备了以AlSi10Mg为基体的多孔骨架填充聚四氟乙烯(PTFE)的自润滑复合材料。采用往复式Bruker UMT-3摩擦试验机研究了速度为5mm/s、不同载荷下复合材料的摩擦磨损性能,并采用SEM、EDS等对其成分、结构以及摩擦学行为进行了研究。结果表明,复合材料的平均摩擦因数和磨损率随着载荷的增加呈现先增大后减小的趋势;复合材料的摩擦稳定性主要由存储在骨架中的PTFE决定。其摩擦机制主要是在载荷的作用下,当磨擦表面发生磨损时,骨架中的PTFE将磨屑捕获,形成完整的PTFE润滑层,并且发生膜的转移,从而增加了复合材料的摩擦学稳定性。     

强化研磨时间对GCr15轴承钢干摩擦性能的影响

为研究不同强化研磨加工时间下GCr15轴承钢的干摩擦性能,首先采用强化研磨机对GCr15轴承钢板进行不同喷射时间的强化研磨加工,采用显微硬度计测量了不同强化研磨时间下样品的截面显微硬度;利用超景深显微镜观察了强化层的厚度和磨痕的表面形貌;利用往复式摩擦磨损实验机对不同强化研磨时间下的GCr15轴承钢样品进行40 N和8...     

电火花间隔沉积石墨-硬质合金自润滑涂层及其摩擦学性能

目的 提高机械零部件表面的润滑性能.方法 以45钢为基体,采用电火花沉积技术在表面上间隔沉积出条状的石墨与硬质合金涂层条,用HSR-2M型高速往复摩擦磨损试验机对所制备的条状涂层进行相关的摩擦磨损试验,使用SEM和EDS并对涂层的表面形貌、截面形貌以及组成成分进行研究,分析了不同因素对石墨-硬质合金自润滑涂层摩擦磨损性能的影响规律及磨损机理.结果 涂层表面致密,且厚度均匀,在与对偶件摩擦时表现出良好的自润滑性能及耐磨性能.随着硬质合金涂层所占面积比从10％上升到40％时,涂层的润滑性能会降低,耐磨性提高,但随着往复摩擦频率的增加,接触表面温度升高,变形阻力下降,自润滑性能有所提升.当往复摩擦频率为500次/min时,摩擦因数最小.结论 石墨-硬质合金自润滑涂层的耐磨性和润滑性能与硬质合金在涂层区域中所占面积比及往复摩擦频率有关.主要是因为往复摩擦频率的增加会使磨粒的刻划作用增强,而硬质合金所占面积比会使涂层的硬度、耐磨性增加,涂层的主要磨损形式表现为磨粒磨损.     

多层碳键联石墨烯涂层的宏观摩擦磨损特性

石墨烯作为固体润滑剂具有重要应用价值,但目前宏观载荷下多层石墨烯涂层对微机电系统硅材料器件的保护作用尚待进一步探索。利用线性往复摩擦试验机,对硅基底上厚度约为 230 nm 的多层碳键联石墨烯(CBG)涂层进行常温高接触应力条件下的宏观摩擦磨损特性分析。试验结果发现：CBG 涂层显著降低了硅片表面的摩擦因数以及磨损程度。当载荷从 1 N (约 551 MPa)增加至 5 N(约 942 MPa),摩擦因数均稳定在 0.12~0.18。进一步,在 5 N 大载荷作用下的 18 000 次往复摩擦中,摩擦因数仍基本维持在 0.2 以下,最低磨损率约为 5.0×10^?7 mm³ / (N·m),有效验证了 CBG 涂层优异的宏观摩擦磨损性能。CBG 涂层上出现的块状碎片、剥离坑和连续划痕是磨损退化的基本缺陷形式,较高接触应力下磨损颗粒产生的犁削行为可能是涂层被逐渐剥落的主要原因。研究成果表明 CBG 涂层在宏观载荷下具有优异的减摩耐磨性能,可以揭示涂层的磨损过程和破坏机理。     

A Fractional Factorial Design Study of Reciprocating Wear Behavior of Al-Si-SiC<Subscript>p</Subscript> Composites at Lubricated Contacts

The lubricated reciprocating wear behavior of two composites A319/15%SiC_p and A390/15%SiC_p produced by the liquid metallurgy route was investigated by means of an indigenously developed reciprocating friction wear test rig using a fractional factorial-design approach. The main purpose was to study the influence of wear and friction test parameters such as applied load, sliding distance, reciprocating velocity, counter surface temperature and silicon content in composites, as well as their interactions on the wear and friction characteristics of these composites. Two output responses (wear loss and coefficient of friction) were measured. The input parameter levels were fixed through pilot experiment conducted in the newly developed reciprocating friction and wear test rig. The counter surface material used for the wear study was cast iron having Vickers hardness of 244 HVN. It had been demonstrated through established equations that A390/15%SiC_p composite is subjected to low wear compared to the A319/15%SiC_p composite. The experimental results indicate that the proposed mathematical models suggested could adequately describe the performance indicators within the limits of the factors that are being investigated. The applied load, sliding distance, reciprocating velocity, counter surface temperature, and silicon content in composite are the five important factors controlling the friction and wear characteristics of the composite in lubricated condition. Moreover, the two factor interactions have a strong effect on the wear of composites. The results give a comprehensive insight into the wear of the composites.     

不同环境下AlSiFeMm非晶纳米晶涂层摩擦磨损行为研究

目的研究AlSiFeMm(Mm为镍包混合稀土)非晶纳米晶涂层在干摩擦和3.5%NaCl溶液中的摩擦磨损行为。方法采用Rtec(MFT-3000)往复式磨损试验机测试涂层在干摩擦条件和有腐蚀介质条件下的摩擦磨损性能,使用LEXTOL3000-IR非接触三维表面轮廓仪测定涂层的磨损体积和磨痕的三维形貌,利用扫描电子显微镜对磨痕进行形貌观察和成分分析。结果铝基非晶纳米晶涂层的摩擦系数随着载荷的增加而不断减小。干摩擦条件下,铝基非晶纳米晶涂层的磨损率随着载荷的增加而增大,当磨损速度为10 mm/s、载荷为15 N时,涂层相对耐磨性为6061铝合金的2.5倍,其磨损机制为脆性剥落、磨粒磨损,并伴随氧化磨损。在3.5%NaCl溶液中,涂层的磨损率随着载荷的增加而逐渐降低,当磨损速度为35 mm/s、载荷为30N时,涂层的耐磨性能约为6061铝合金的8倍,其失效机制主要为剥层磨损和腐蚀磨损。结论铝基非晶纳米晶复合涂层在干摩擦和腐蚀介质中均表现出较为优异的耐磨性能,可以作为轻质合金涂层应用于表面防护领域。     

40Cr钢表面渗氮及制备CrN涂层在重载低速下的摩擦学性能

目的提高40Cr齿轮在重载低速下的摩擦学性能。方法采用离子渗氮和电弧离子蒸发镀(AED)技术在40Cr钢基体上制备了渗氮层和Cr N涂层。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪和往复式摩擦磨损试验机,研究了经两种表面处理后40Cr钢的物相组成、形貌和摩擦学性能。结果渗氮样品表面化合物层厚度约10μm,硬度约为558HV。Cr N涂层表面厚度约为4μm,涂层硬度约为1341HV。在60 N载荷的条件下,渗氮处理后40Cr钢的磨损率为104.17×10-6 mm3/(N·m),其磨损机理主要为轻微的粘着磨损和磨粒磨损;制备Cr N涂层后40Cr钢的磨损率为17.36×10-6 mm3/(N·m),其磨损机理主要为轻微的磨粒磨损。结论在20~60 N法向载荷下,制备Cr N涂层后,40Cr钢均表现出最优异的耐磨减摩性能。     

润滑条件下WC-CoCr涂层的磨损行为

研究了在润滑条件下,WC-CoCr涂层与SiC摩擦副对磨时的摩擦和磨损性能,分析了加载载荷和润滑条件(干摩擦、润滑脂、金刚石研磨膏)对WC-CoCr涂层摩擦系数和磨损量的影响规律,对涂层的磨损机理进行了探讨。实验结果表明:脂润滑时,WC-CoCr涂层与SiC摩擦副对磨时的摩擦系数和磨损率降为最小,其中摩擦系数基本在0.1左右波动;金刚石研磨膏润滑时,磨损率高达1.521 24×10-6 g/m,为干摩擦条件下的2.68倍,抗磨减摩效果不理想;干摩擦时,涂层表面存在硬挤压痕,主要磨损机制为微切削并伴随着塑性变形,而在金刚石研磨膏润滑条件下,三体磨粒磨损起主导作用。     

边界润滑条件下薄膜碎片对W-DLC薄膜磨损性能的影响

为研究边界润滑条件下薄膜碎片对钨掺杂类金刚石(W-DLC)薄膜的摩擦磨损性能的影响规律,分别在M50高温轴承钢和(100)晶向的Si片表面制备W-DLC薄膜,并且采用刻蚀法去除Si获得W-DLC薄膜碎片。采用Raman光谱和扫描电镜研究薄膜和碎片的结构,利用摩擦磨损试验机和三维白光干涉仪对添加碎片后的薄膜的摩擦磨损性能进行测试。结果表明:在载荷分别为2、5和10 N时,由于加入定量薄膜碎片后摩擦体系的平均摩擦因数分别增大2%、4%和10%;而载荷由2 N提高到5 N和10 N时,摩擦体系的平均摩擦因数从0.1277减小到0.1131再减小到0.1031。在载荷与薄膜碎片耦合作用下,薄膜的磨痕宽度、深度和体积都增大。通过磨损形貌的观察发现,W-DLC薄膜在边界润滑条件下的磨损受到了磨粒磨损机制的控制,在摩擦接触表面上呈现典型的犁沟特征。     

两种TiAlN涂层的往复滑动摩擦学性能研究*

采用PLINT磨损试验机,对比考察了2种磁控溅射TiAlN涂层在往复滑动条件下的摩擦磨损性能.在摩擦动力学分析基础上,并利用扫描电子显微镜（SEM）、激光共焦显微镜（LCSM）、电子能谱（EDX）和X射线衍射XRD进行了微观分析,探讨了TiAlN涂层的摩擦磨损机理.结果表明：TiAlN涂层的摩擦学性能与涂层本身微结构密切相关;较低的摩擦因数对应着较好的耐磨性;涂层的往复滑动磨损表现为磨粒磨损、剥层和氧化磨损的共同作用的机制.     

表面纳米化对低碳钢擦磨损性能的影响

用表面机械碱研磨对低碳钢板材进行表面处理,经X射线衍射及透射电镜分析表明,处理后的样品上已形成了纳米结构表层,用往复式摩擦实验机研究了处理后样品的摩擦磨损性能。结果表明其摩擦系数较未处理样品明显降低,其磨损量在低载荷及中等载荷作用下也较未处理样品降低,磨痕形貌的扫描电镜观察表明,表面纳米化能减弱低碳钢的疲劳磨损效应,提高材料的摩擦磨损性能。     

添加Y对电弧离子镀TiAlN薄膜结构和摩擦磨损性能的影响

目的 为进一步提高电弧离子镀TiAlN薄膜的摩擦磨损性能,研究添加元素Y对CrNi3MoVA钢表面电弧离子镀TiAlN薄膜微观组织结构、硬度、弹性模量及摩擦磨损性能的影响。方法 采用Ti-50Al和Ti-49Al-2Y合金靶,利用电弧离子镀技术在CrNi3MoVA钢表面制备两种氮化物薄膜,利用纳米压痕仪和摩擦磨损试验机分别测试了两种薄膜的硬度、弹性模量和摩擦系数,并用SEM、TEM、EDS、GIXRD分析了两种薄膜磨损前后的形貌、成分、相结构。结果 添加Y降低了TiAlN薄膜的晶粒尺寸,使其由柱状晶结构转变为近似等轴晶结构。TiAlYN薄膜的硬度较TiAlN薄膜提高了约25%,其弹性模量与TiAlN薄膜相近。与Si3N4对磨时,在加载载荷为20 N、往复行程为10 mm、往复速率为400 r/min的条件下,TiAlN薄膜的稳定摩擦系数为0.70~0.75,而TiAlYN薄膜的稳定摩擦系数为0.60~0.65,TiAlYN薄膜的磨损率较TiAlN薄膜的磨损率减小了约47%。TiAlN薄膜与TiAlYN薄膜的主要磨损机制均为刮擦磨损,TiAlN薄膜的失效机制主要是脆性裂纹导致的剥落。结论 添加Y对TiAlN薄膜具有明显的减摩耐磨作用,并提高了TiAlN薄膜在摩擦磨损过程中的抗开裂和抗剥落性能。     

放电等离子烧结铁基非晶涂层的滑动与冲蚀磨损性能

目的研究放电等离子烧结的Fe_(48)Cr_(15)Mo_(14)Y_2C_(15)B_6非晶涂层在滑动和冲刷条件下的耐磨性。方法利用放电等离子烧结(SPS)技术,制备Fe基非晶态合金涂层。通过滑动磨损实验和冲蚀磨损试验,分别评价非晶涂层的滑动磨损性能和冲蚀磨损性能,并通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析非晶涂层的组织结构以及磨损形貌。结果非晶涂层在滑动摩擦条件下,随着载荷由10 N增加至20 N,磨损率由0.089×10~(-3)mm~3/m上升到0.216×10~(-3)mm~3/m,但摩擦系数由0.841减小到0.778。非晶涂层在冲蚀磨损条件下的体积磨损率随着冲蚀角度(30°~90°)的增加,先增大后减小,45°时达到极大值(15.80 mm~3/h)。磨损表面形貌表明,铁基非晶的滑动磨损机制主要是疲劳磨损和粘着磨损,冲蚀磨损机制主要表现为构成涂层的粉末颗粒的脆性剥落。结论与常用AISI 52100轴承钢相比,SPS制备的非晶涂层在滑动摩擦条件下有着显著的低磨损率和低摩擦系数,但在冲蚀磨损条件下的耐磨性能较差。     

Tribological behaviors of hydrogenated diamond-like carbon films in different testing environments

Hydrogenated diamond-like carbon (DLC) films were deposited on Si substrate using plasma enhanced chemical vapor deposition(PECVD) technique with CH4 plus H2 as the feedstock. The tribological properties of the hydrogenated DLC films were measured on a ball-on-disk tribometer in different testing environments (humid air,dry air, dry O2, dry Ar and dry N2 ) sliding against Si3 N4 balls. The friction surfaces of the films and Si3 N4 balls were observed on a scanning electron microscope (SEM) and investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results show that the tribological properties of the hydrogenated DLC films are strongly dependent on the testing environments. In dry Ar and dry N2 environments, the hydrogenated DLC films provide a superlow friction coefficient of about 0. 008 -0.01 and excellent wear resistance (wear life of above 56 km). In dry air and dry O2, the friction coefficient is increased to 0. 025 - 0.04 and the wear life is decreased to about 30 km. When sliding in moist air, the friction coefficient of the films is further increased to 0. 08 and the wear life is decreased to 10. 4 km. SEM and XPS analyses show that the tribological behaviors appear to rely on the transferred carbon-rich layer processes on the Si3 N4 balls and on the friction-induced oxidation of the films controlled by the nature of the testing environments.