Ti6Al4V合金干滑动磨损过程中摩擦层及摩擦氧化物的作用

目的分析Ti6Al4V合金在不同滑动速度下的干滑动磨损行为及磨损特征,研究钛合金的磨损机理,并探讨干滑动磨损过程中摩擦层及摩擦氧化物的作用。方法采用销盘式摩擦磨损试验机,对Ti6Al4V合金在不同滑动速度下进行干滑动磨损实验。采用磨损率和摩擦系数表征钛合金的磨损行为,采用SEM、EDS及XRD分析磨损表面及摩擦层的形貌及成分,采用数字显微硬度仪表征摩擦层的力学性能。结果滑动速度在0.5～4 m/s范围内变化,Ti6Al4V合金的磨损率发生显著变化,尤其是在高载条件下。0.5～1.5 m/s速度范围内,磨损率较低,2.68m/s速度下,磨损率达到最高值,4m/s速度下,磨损率达到最低值。0.75m/s速度下,粘着磨损和磨粒磨损为主要磨损机理,氧化磨损为次要磨损机理;2.68 m/s和4 m/s速度下的磨损机理分别为剥层磨损和氧化轻微磨损。2.68m/s速度下的高磨损率与硬度较低的无氧化物摩擦层对应,而4 m/s速度下的低磨损率与高硬度的多氧化物摩擦层对应。结论试验条件改变,Ti6Al4V合金的磨损行为及磨损机理发生变化。不同试验条件下的磨损行为与不同的摩擦层特征相对应,当摩擦层中包含一定量的摩擦氧化物时,这种陶瓷性的摩擦层具有比基体更高的硬度,能有效保护基体,降低磨损率。     

速度和载荷对TC11合金干滑动磨损行为的影响

采用销-盘式高速磨损试验机对TC11合金在0.5~4 m·s~(-1)下进行干滑动摩擦磨损实验,研究了TC11合金的磨损行为,并探讨了磨损机制。结果表明:在0.5~4 m·s~(-1)之间,4 m·s~(-1)时TC11合金磨损失重最低,其次为0.75 m·s~(-1)时的,而2.68 m·s~(-1)时磨损失重最大。不同速度下磨损量均随载荷的增加而增加,其中以2.68 m·s~(-1)时增加最为剧烈。TC11钛合金的磨损为黏着磨损、磨粒磨损和氧化磨损的综合作用结果。0.75和2.68 m·s~(-1)时以黏着磨损和磨粒磨损为主要磨损机制,4 m·s~(-1)时转变为氧化轻微磨损为主。不同工况下磨损过程中均形成摩擦层,4m·s~(-1)时不同载荷下摩擦层中出现数量较多的氧化物TiO、TiO_2,此时摩擦层硬度较高,具有显著地减磨作用。     

DLC薄膜对TC4钛合金微动磨损行为的影响

目的 为提高TC4钛合金的抗微动磨损性能,对比研究类金刚石薄膜(DLC)和TC4钛合金在干摩擦条件下的微动磨损行为,揭示DLC薄膜抗微动磨损的机理.方法 在TC4钛合金基体上利用非平衡磁控溅射技术制备DLC薄膜.利用原子力显微镜、拉曼光谱和纳米压痕仪分析薄膜的表面形貌、物相组成以及纳米硬度.利用球/平面接触形式SRV-V微动摩擦磨损试验机研究DLC薄膜和TC4钛合金的微动摩擦磨损性能.采用激光共聚焦显微镜和自带能谱分析仪的场发射扫描电镜分析材料的磨痕情况.通过Ft-D-N曲线、三维轮廓、磨损形貌及磨痕化学成分分析来揭示DLC薄膜和TC4钛合金微动损伤机理.结果 DLC薄膜与TC4钛合金相比,摩擦因数和磨损体积都很小.载荷为10 N时,DLC薄膜的摩擦因数为0.01～0.03,TC4钛合金的摩擦因数为0.07～0.12.从磨损率来看,TC4钛合金的磨损率随着位移幅值的增大而增大,DLC薄膜的磨损率随着位移幅值的增大而减小.位移幅值为100μm时,TC4钛合金的磨损率取得最大值(5.02×10?5 mm3/(N·m)),DLC薄膜的磨损率取得最小值(6.70×10?8 mm3/(N·m)).TC4钛合金磨损严重,磨损机制为粘着磨损、磨粒磨损、疲劳剥层和氧化磨损,同时伴随有塑性变形;而DLC薄膜磨损轻微,磨损机制以磨粒磨损为主.结论 DLC薄膜具有较高的硬度和良好的润滑特性.在干摩擦条件下,DLC薄膜可以显著提高TC4钛合金的抗微动磨损性能.     

摩擦氧化层对TC4合金磨损行为和摩擦系数的影响

选取TC4合金与3种对偶件微动磨损的完全滑移区,研究摩擦氧化层的形成对TC4合金微动磨损行为和摩擦系数的影响。结果表明:室温下摩擦系数曲线经历阶段性变化,磨损表面未形成摩擦氧化层,磨损率均较高。合金基体加热至260℃时,TC4/GCr15微动摩擦系数曲线最早出现由动态稳定向直线稳定的过渡,最早发生轻微磨损转变和摩擦氧化层的形成,磨损率明显减小,TC4/Si_3N_4和TC4/Al_2O_3微动磨损表面未形成摩擦氧化层,磨损率急剧攀升至最大值。继续升温至450℃时,TC4合金与3种对偶件微动磨损均形成不同于基体的摩擦氧化层,磨损率低于室温且达到最小值。TC4合金良好的高温微动磨损性能可归因于分布均匀、连续致密、粘结良好的摩擦氧化层的形成。TC4合金轻微磨损转变前微动损伤由粘着和磨粒磨损控制,轻微磨损转变后由氧化磨损伴随轻微磨粒磨损控制。     

载荷和滑动速度对块体镁基非晶合金干摩擦性能的影响

目的以制备的Mg_(59.5)Cu_(22.9)Ag_(6.6)Gd_(11)块体镁基非晶合金为基础,探索法向载荷和滑动速度影响镁基非晶合金干摩擦行为的规律和机制,为进一步研究镁基非晶合金提供实验依据。方法采用UMT-2多功能摩擦磨损机,改变法向载荷和滑动速度的大小,进行摩擦磨损实验。通过白光干涉轮廓仪测出磨损轨迹的宽度和深度,再根据公式计算出磨损体积和磨损率。利用扫描电镜和EDS能谱分析磨损轨迹,揭示非晶合金的磨损机制。结果随着载荷的增加,磨损率先减小后稳定,摩擦系数略有减小。随着滑动速度的增加,磨损率先减小后增大,在相对滑动速度为120 mm/s时出现最小值。载荷小于20 N时,磨痕表面布满犁沟和小颗粒状磨屑;载荷大于20 N时,磨痕表面出现层叠状非均匀塑性变形层,对磨球表面转移膜粘连明显。滑动速度低时,磨痕表面布满犁沟,随着速度的增加,先是软化均匀流变,接着出现熔化、剥落。结论块体非晶镁基合金在低载荷下以磨粒磨损为主,还伴随着氧化、少量的粘着;载荷大于20 N时,变为粘着磨损为主。低滑动速度下以磨粒磨损为主,当滑动速度为180 mm/s时,试样表面熔化失效,磨损方式为剥落和磨粒磨损的综合。     

SiC_p/Al基复合材料的摩擦磨损性能

在不同滑动速度和外加荷载参数下,对SiCP/Al复合材料干摩擦磨损性能进行研究。研究表明,随着外加荷载和滑动速度的增加,SiCP/Al复合材料的质量磨损率变化并不是单调的,而是呈现先降低后增加的趋势;另一方面,外加荷载为18 N,滑动速度为0.8059 m/s时,材料的摩擦系数最稳定,质量磨损率最小。在干摩擦磨损条件下,该复合材料的摩擦磨损机制由粘着磨损向磨粒磨损转变,最后出现严重的剥层磨损,有时还受两到三种磨损机制的共同作用。     

添加纳米氧化物颗粒对TC4合金磨损行为的影响

采用摩擦磨损试验机对TC4合金/GCr15钢进行滑动磨损试验,在摩擦界面人工添加纳米氧化物颗粒研究了氧化物种类和颗粒尺寸对TC4合金磨损行为的影响;采用XRD、SEM、EDS等方法表征了TC4合金的磨损特征并探讨了磨损机制。结果表明:氧化物颗粒的种类和尺寸对于TC4合金的磨损行为具有显著影响。TiO_2颗粒急剧促进TC4合金磨损,而Fe_2O_3显著降低磨损;Fe_2O_3粒径越小,TC4合金的磨损失重越小且几乎不随载荷变化而波动。摩擦界面添加TiO_2时,磨损机制与未添加氧化物颗粒的相似,以磨粒磨损和粘着磨损等严重磨损机制为主;当添加Fe_2O_3时,磨损机制由严重向轻微磨损转变。     

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。     

Ti-6Al-4V热浸镀铝涂层干滑动磨损行为的实验研究

Ti-6Al-4V合金经热浸铝并在650℃下进行高温扩散退火处理,获得TiAl3涂层。采用销-盘式磨损试验机研究铝化后的Ti-6Al-4V合金与GCr15钢对磨的干滑动磨损行为。通过SEM、XRD、EDS和XPS等微观分析手段测试热浸镀铝涂层磨面的形貌、物相和成分,并且探讨其磨损机制。研究结果表明：随着滑动速度的增加,当滑动速度为0.75m/s时,铝化后的Ti-6Al-4V合金的磨损量先减小到最小值,然后在2.68m/s时增加到最高值,最后在4m/s时降至最低值。在不同的滑动速度下,磨损量随着载荷的增加而增加。研究发现,摩擦层结构对磨损的行为和机制有显著的影响。在4m/s时,含氧的摩擦层(TiO和TiO2)具有明显的减磨性能;相反地,在2.68m/s时,没有氧化物的摩擦层并未显示出对磨损具有保护作用。与未经热浸镀处理的Ti-6Al-4V合金相比,在不同工况下,铝化后的涂层提高了钛合金的耐磨性,尤其速度为4m/s。耐磨性得到提高是由Ti-Al涂层和摩擦氧化物层所引起的。     

TA19钛合金TiAlN薄膜的摩擦磨损特性研究

为了提高钬合金的耐磨性能,采用磁控溅射技术在TA19钛合金表面制备了TiAIN硬质薄膜。采用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射分析了薄膜的表面和截面形貌,成分分布以及相结构。分别以5 m/min、10 m/min及20 m/min的滑动速度对未制备和制备了TiAlN薄膜的TA19合金进行了球-盘磨损试验,以揭示其摩擦磨损特性。结果表明:TiAlN薄膜表面均匀、无孔洞,厚度约3.6μm;平均显微硬度达1 208.2 HV0.1,比TA19合金提高了近3倍;滑动速度不同,TiAlN薄膜的摩擦因数、磨损速度和比磨损率均小于TA19合金;随着滑动速度的提高,TiAlN薄膜的磨损机制由轻微的磨粒磨损转化为磨损量较大的磨粒磨损和氧化磨损。     

TC11合金/GCr15钢摩擦副的干滑动磨损行为

在高温磨损试验机上进行TC11合金与GCr15钢在25和600℃的干滑动磨损实验。研究摩擦副(钛合金与对摩钢)的磨损行为,并探讨磨损机制。结果表明:在25℃时,TC11合金具有极高的磨损率并随着载荷快速增加,而GCr15钢的磨损率则随载荷提高略有增加,且处于较低值。在高温600℃时,TC11合金和GCr15钢均表现为随着载荷增加,磨损率变化较小的趋势,且处于极低的值。研究发现高温下摩擦氧化物的形成导致了TC11合金和GCr15钢极低的磨损率。可以认为,在高温下TC11合金与GCr15钢是一种理想的摩擦副。     

AS41耐热镁合金的摩擦学行为研究

研究了AS41耐热镁合金在室温和200℃时的显微组织、力学和摩擦学性能,探讨了其在高温的摩擦学机制。研究表明:AS41镁合金主要由基体(α-Mg相)和第二相(Mg17Al12、Mg2Si和MgO相)组成,在200℃时除伸长率有所增加外,抗拉强度和屈服强度均较室温时显著下降。AS41镁合金的摩擦因数随载荷增大而减小,滑行速度和滑行距离对摩擦因数影响不大;磨损率随着载荷和滑行距离的增加而增大,但随滑行速度的增加而减小;AS41镁合金在200℃的摩擦学性能优于其室温的。随着载荷变化,磨损机制发生变化;低载荷时表现为氧化磨损和磨粒磨损;中等载荷时表现为磨粒磨损和轻微剥层磨损;较高载荷时表现为剥层磨损。     

AZ71E镁合金的高温摩擦学行为(英文)

用销-盘摩擦磨损试验机考察 Z71E压铸镁合金在载荷为10~50 N时的高温摩擦学行为,利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对磨损表面和亚表面进行分析,通过光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、差示热扫描(DSC)等对AZ71E合金的高温微观结构、热稳定性和力学性能进行研究。结果表明:随着载荷和滑动距离的增加磨损率增大,而摩擦系数则随着载荷的增加而减少。在低载荷时,AZ71E镁合金的磨损机制主要是磨粒磨损;在150℃和高载荷下,粘着磨损和轻微的剥层磨损是主要的磨损机制;而在200℃及高载荷下,镁合金的主要磨损机制是严重的剥层磨损和熔融磨损。AZ71E镁合金的高温摩擦学性能提高的内在机制是AZ71E镁合金中第二相Al11Ce3使镁合金的高温拉伸和延展性能显著提高。     

润滑条件下Mg2B2O5/6061Al基复合材料摩擦磨损性能研究

采用自制的机械-超声混合搅拌设备制备出Mg2B2O5/6061Al铝基复合材料,复合材料的体积分数为2%。研究了载荷和滑动速度对基体以及复合材料的摩擦磨损性能的影响。实验结果表明,基体和复合材料摩擦系数总体上随着载荷和滑动速度的增加而减小。基体和复合材料的磨损率随载荷和滑动速度的增加而明显的增大,且基体和复合材料均存在一个临界载荷和临界滑动速度。当载荷和滑动速度到达临界值后,磨损率均急剧增大,此时试样摩擦磨损机制由微观疲劳磨损和磨粒磨损向粘着磨损与剥离磨损转变。     

硼酸镁晶须增强镁基复合材料的摩擦性能及磨损行为

研究真空气压渗流法制备的硼酸镁晶须增强镁基复合材料(体积分数30%)及其基体合金在液体石蜡润滑条件下的滑动摩擦磨损性能.试验条件为滑动距离2 km,滑动速度0.5、1.0、2.0、3.0和5.0 m/s,载荷5、10、18、25和40 N.结果表明:在润滑条件下,引入增强相MgB2O5能提高复合材料在低载下的耐磨性能.随着载荷的增加,复合材料的磨损由轻微磨损向严霞磨损转变.临界载荷分别为:1 m/s,25N:2m/s,18N:3m/s,10N;5 m/s,5 N.复合材料磨损情况的扫描电了显微分析和观察显示,复合材料在两种摩损阶段的主导磨损机制分别为磨粒和剥层磨损.研究还发现,复合材料由轻微磨损阶段向严重磨损阶段的转变不仪与载荷有关,还与滑动速度有关.     

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。     

Mg-10Y-4Gd-1.5Zn-0.4Zr合金的摩擦磨损行为（英文）

采用球平面滑动摩擦试验机研究Mg-10Y-4Gd-1.5Zn-0.4Zr合金的摩擦磨损行为,对磨副选用AISI 52100型轴承钢球。研究在摩擦距离(400 m)不变的条件下,载荷(3~25 N)、摩擦速度(0.03~0.3 m/s)及摩擦温度(25~200°C)对磨损率的影响。通过SEM和EDS分析合金试样的磨损表面和磨屑形貌,并在相同的摩擦磨损条件下,选用一种过共晶Al-Si合金进行对比性的摩擦磨损实验。结果表明:铸态和T6态Mg-10Y-4Gd-1.5Zn-0.4Zr合金的磨损率低于T6态过共晶AC9B铝合金的磨损率。T6态Mg-10Y-4Gd-1.5Zn-0.4Zr合金的主要磨损机制是粘着磨损,高载荷(10~25 N)条件下趋于粘着磨损和塑性变形混合磨损机制;高摩擦速度(0.12~0.3 m/s)条件下趋于粘着磨损和塑性变形,并伴有剥层磨损和氧化磨损;高温(100~200°C)条件下趋于氧化磨损和粘着磨损混合磨损机制。Mg-10Y-4Gd-1.5Zn-0.4Zr合金中Mg_(12)Y_1Zn_1相的数量及稳定性直接影响合金的磨损率。     

T6态Al-10Si-5Cu-0.75Mg合金干滑动摩擦磨损性能的研究

利用UMT-2 型摩擦磨损试验机研究了T6态Al-10Si-5Cu-0.75Mg 合金的干滑动摩擦磨损性能,采取SEM、XRD、EDS等方法分析了合金在不同转速和载荷下的摩擦磨损行为。结果表明：合金的磨损率随转速和载荷的增加而增大,但在800 r/min的高转速下仍具有良好的耐磨性,15N高载荷时的磨损率相对于5N低载荷时只增加了291%,属于轻微磨损;摩擦系数的平均值在0.35-0.40范围内变化,且随时间的变化不大,具有较高的稳定性;另外,磨损机制由低速轻载时的磨粒磨损、粘着磨损向高速重载时的剥层磨损、氧化磨损转变。     

T6态Al-10Si-5Cu-0.75Mg合金的干滑动摩擦磨损性能

利用UMT-2型摩擦磨损试验机研究了T6态Al-10Si-5Cu-0.75Mg合金的干滑动摩擦磨损性能,采取SEM、XRD、EDS等方法分析了合金在不同转速和载荷下的摩擦磨损行为。结果表明:合金的磨损率随转速和载荷的增加而增大,但在800 r/min的高转速下仍具有良好的耐磨性,15 N高载荷时的磨损率相对于5 N低载荷时只增加了291%,仍属于轻微磨损;摩擦系数的平均值在0.35～0.40范围内变化,且随时间的变化不大,具有较高的稳定性;另外,磨损机制由低速轻载时的磨粒磨损、粘着磨损向高速重载时的剥层磨损、氧化磨损转变。     

滑动速度对不同载荷下再生复合辊环耐磨性能的影响

通过对回收的废旧复合辊环材料进行重熔和离心铸造,制备了由耐磨WCp颗粒增强的复合层与Fe-C合金墨体组成再生复合材料辊环,采用MMS-1G高速销-盘摩擦磨损试验机、扫描电镜(SEM),研完了100 N、150 N和200 N载荷下滑动速度对再生复合辊环摩擦性能的影响.结果表明,不同载荷条件下,随滑动速度的增加,再生复合辊环的磨损率均出现幅度很小的波动现象,而摩擦系数先降低后缓慢增加.在相同滑动速度条件下,磨损率明显随载荷的增加而增大,而摩擦系数随载荷的增加而降低.再生复合辊环在低速条件下的磨损机理主要为犁沟磨损和塑性变形,而当滑动速度较高时,表现为粘着磨损、氧化磨损和磨粒磨损.