石墨烯负载纳米Fe3O4复合材料的摩擦学性能

采用液相超声直接剥离法制备了石墨烯负载纳米Fe₃O₄复合材料, 用SEM、TEM对其形貌进行了表征, 利用多功能往复摩擦磨损试验仪考察了石墨烯负载纳米Fe₃O₄复合材料在纯水中的摩擦磨损性能。通过SEM、XPS分别分析了磨痕表面的形貌、典型元素的化学状态, 初步探讨了石墨烯负载纳米Fe₃O₄复合材料在纯水中的润滑机理。结果表明: 纳米Fe₃O₄均匀分布于多层石墨烯片层表面和层间, 粒径为20~90 nm; 其作为纯水添加剂具有良好的减摩抗磨性能, 如试验载荷为10 N, 浓度为0.01wt%的石墨烯负载纳米Fe₃O₄复合材料水分散体系润滑时比纯水润滑的摩擦系数和磨损体积分别下降26.7%和35.4%, 这主要是由于复合材料在磨损表面形成了吸附膜、含石墨烯和纳米Fe₃O₄的边界润滑膜, 抑制了Fe的氧化, 减轻了摩擦表面的磨损。     

不同自润滑相尺寸和分布位置对自润滑表面膜形成的影响

采用分步高能球磨、快速感应烧结制备Ni基耐高温自润滑涂层IS304(IS:Induction Sintering), 涂层中高温润滑相BaF₂/CaF₂尺寸仅为1mm左右、低温润滑相Ag尺寸小于2mm, 并且BaF₂/CaF₂主要分布于强化相Cr₂O₃中.摩擦实验中当温度为室温~250℃时,IS304涂层的摩擦系数较高, 由于润滑相尺寸的细化以及润滑相BaF₂/CaF₂分布位置的改变,使得摩擦副在高速瞬时接触中产生的瞬态温升可以有效地激活BaF₂/CaF₂的自润滑性能,最终在压力及摩擦力的作用下形成自润滑表面膜, 使得IS304涂层在280℃时即可具有较低的摩擦系数     

浸渗型TiC/FeCrWMoV金属陶瓷高温自润滑特性及其润滑机理

采用熔融固体润滑剂和微孔金属陶瓷预制体的真空压力浸渗复合技术,制备出浸渗型互穿网络结构TiC/FeCrWMoV系高温自润滑复合材料。利用XP型高温摩擦磨损试验机考察其摩擦磨损性能,运用扫描电子显微镜(SEM)、光电子能谱(EDXA)和X射线衍射(XRD)分析磨损表面成分、形貌和结构,探讨了该材料的高温自润滑机理。结果表明:高温摩擦磨损过程中,浸渗于复合材料微孔中的固体润滑剂扩散析出,并在摩擦表面形成含有PbWO4、PbO、SnWO4、Ag2WO4、Ag3Sn等氧化物和金属间化合物的润滑膜是其在高温下具有良好自润滑性能的主要原因;摩擦界面的微孔结构是影响浸渗复合式高温自润滑材料摩擦过程中润滑膜完整性的主要因素。Pb-Sn-RE三元系复合固体润滑剂中加入Ag元素可以防止润滑膜表层开口孔隙的封闭,有助于浸渗复合式高温自润滑复合材料孔隙中固体润滑剂的持续扩散析出,以保证摩擦磨损过程中润滑膜的持久性和完整性。     

等离子喷涂NiCrMo-NiCrBSi合金减摩涂层的摩擦磨损性能

内燃机在工作时活塞环与缸套发生摩擦,将造成能量损失与缸体的磨损损伤。针对缸套与活塞环的摩擦磨损问题,采用复合材料理论设计了成分为NiCrMo-30%NiCrBSi的复合减摩涂层。利用大气等离子喷涂技术,采用NiCrMo-NiCrBSi混合粉末制备了减摩涂层,研究了该涂层的断面组织、硬度及其在模拟缸套-活塞环摩擦磨损条件下的摩擦磨损行为。试验结果表明,采用混合粉末喷涂,可以获得结合良好、硬度适中(564 HV_{3 N})的复合涂层。在干摩擦磨损条件下,NiCrMo-NiCrBSi复合涂层表现出优异的综合耐磨损性能,涂层自身与对磨件(销)的磨损量都较小,且表面可生成MoO₂,降低摩擦系数;在油润滑磨损条件下,由于表面生成MoS₂,摩擦系数显著降低(稳定后约为0.1),复合涂层与摩擦副的磨损几乎可以忽略。     

脉冲激光沉积VN/Ag复合薄膜的组织及摩擦学性能研究

利用脉冲激光沉积技术制备了不同Ag含量的VN/Ag复合薄膜,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、纳米力学测试系统等设备袁征薄膜的组织结构、成分、表面形貌及力学性能,利用UMT-3摩擦试验机考察薄膜在室温至900℃下的摩擦学性能.结果表明,随着Ag含量的增多,薄膜的组织形貌变差,硬度及弹性模量降低.当Ag含量为16％(原子分数)时薄膜在试验温度范围内的摩擦学性能最佳.由于Ag在低温的润滑特性及高温摩擦化学反应生成了新的润滑相,如V2O5、V6O11、V6O13、Ag3VO4、AgVO3等,使得摩擦系数随温度的升高而逐渐降低,在900℃下取得最低值0.08,实现了宽温域内的连续润滑.     

Z型Ag3PO4基异质结光催化复合材料研究进展

在半导体光催化材料中，磷酸银(Ag₃PO₄)表现出优异的光催化活性。Ag₃PO₄与其他物质复合形成Z型Ag₃PO₄基异质结时，能够显著增强光催化活性及其稳定性并扩宽可见光响应范围，弥补Ag₃PO₄的易光腐蚀、颗粒尺寸较大等缺点。围绕Z型Ag₃PO₄基异质结光催化复合材料的研究现状、制备方法、微观结构与组成、性能分析和应用进行阐述，最后对该材料未来的发展趋势进行了展望。     

MoO3-氧化碳纳米管改性玻璃纤维/环氧树脂复合材料的摩擦磨损性能

为改善玻璃纤维/环氧树脂(GF/EP)复合材料的耐摩擦磨损性能,采用真空抽滤法制备柔性MoO₃纳米带-氧化碳纳米管膜(m-MoO₃-OCNTs),并结合真空辅助树脂转移模塑(VARTM)工艺制备m-MoO₃-OCNTs改性GF/EP (m-MoO₃-OCNTs-(GF/EP))复合材料。结果表明,m-MoO₃-OCNTs显著提高了GF/EP复合材料的导热系数和自润滑性能,在干摩擦测试条件下,可在m-MoO₃-OCNTs-(GF/EP)复合材料与对偶面之间形成有效传递摩擦热的高质量连续转移膜;与GF/EP复合材料相比,m-MoO₃-OCNTs-(GF/EP)复合材料的耐摩擦磨损磨性能提高了约4倍。      

脉冲激光沉积VN/Ag复合薄膜的组织及摩擦学性能研究

利用脉冲激光沉积技术制备了不同Ag含量的VN/Ag复合薄膜,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、纳米力学测试系统等设备表征薄膜的组织结构、成分、表面形貌及力学性能,利用UMT-3摩擦试验机考察薄膜在室温至900℃下的摩擦学性能。结果表明,随着Ag含量的增多,薄膜的组织形貌变差,硬度及弹性模量降低。当Ag含量为16%(原子分数)时薄膜在试验温度范围内的摩擦学性能最佳。由于Ag在低温的润滑特性及高温摩擦化学反应生成了新的润滑相,如V2O5、V6O11、V6O13、Ag3VO4、AgVO3等,使得摩擦系数随温度的升高而逐渐降低,在900℃下取得最低值0.08,实现了宽温域内的连续润滑。     

三维网络结构Al2O3陶瓷/高铬铸铁复合材料干摩擦磨损性能

采用往复式滑动摩擦磨损（SRV）试验机研究了高铬铸铁及三维网络结构Al₂O₃陶瓷增强高铬铸铁复合材料的干摩擦磨损性能,测量了高铬铸铁和Al₂O₃陶瓷/高铬铸铁复合材料在不同摩擦频率及载荷下的摩擦系数和磨损率;用扫描电镜观察磨损表面形貌,并分析了三维网络Al₂O₃陶瓷对复合材料磨损机制的影响。结果表明：陶瓷Al₂O₃与高铬铸铁基体之间具有良好的界面结合,复合材料的摩擦系数随摩擦频率和载荷的变化保持稳定,耐磨性远优于高铬铸铁,而且随着摩擦频率和载荷的增加,Al₂O₃陶瓷/高铬铸铁复合材料的抗磨损性能明显提高,这是由于复合材料中Al₂O₃与高铬铸铁相之间三维空间结构和良好的界面结合有利于摩擦载荷的传递;三维Al₂O₃陶瓷骨架在磨损表面形成硬的网络突体并起承载作用,能有效保护金属基体;磨损机制为氧化磨损及磨粒磨损共同作用。     

三维网络Al2O3增强球墨铸铁基复合材料摩擦磨损性能

采用SRV摩擦磨损试验机研究了球墨铸铁及三维网络Al₂O₃增强球墨铸铁基复合材料的干摩擦磨损性能, 测量了球墨铸铁和复合材料在不同摩擦频率及载荷下的摩擦系数和磨损率; 用扫描电镜观察磨损表面形貌, 并分析了三维网络Al₂O₃对复合材料磨损机制的影响。结果表明: 陶瓷与金属基体之间具有良好界面结合的三维网络Al₂O₃/球墨鋳铁复合材料, 其摩擦系数随载荷和摩擦频率的变化保持稳定; 复合材料的耐磨性能远优于球墨铸铁, 而且随着摩擦频率和载荷的增加, 复合材料的抗磨损性能明显提高。这是由于复合材料中陶瓷与金属相之间三维空间结构和良好的界面结合有利于摩擦载荷的传递; 金属基体中的石墨减摩作用保持摩擦系数的稳定; 三维陶瓷骨架在磨损表面形成硬的微突体并起承载作用, 制约了基体的塑性变形和高温软化, 有利于磨损表面氧化膜的留存。     

WC-Al_2O_3复合材料摩擦磨损性能

在HT-1000型高温摩擦磨损实验仪上采用球面接触形式对WC-Al_2O_3复合材料进行滑动摩擦磨损实验,研究了WC-Al_2O_3复合材料从常温25℃到600℃温度条件下的摩擦磨损特性,并与WC-6Co进行对比。采用SEM、超景深显微镜及XRD对磨痕表面微观形貌及物相进行观察和分析。结果表明,在常温时,WC-Al_2O_3复合材料的摩擦系数较小,摩擦磨损性能较好。当温度升至600℃时,WC-Al_2O_3复合材料磨痕表面逐渐有氧化物生成,摩擦系数减小,磨损机制由低温下的磨粒磨损为主转化为氧化磨损,WC-Al_2O_3复合材料摩擦磨损性能较差。     

Ti3SiC2/Cu复合材料的制备与摩擦磨损性能

以Ti₃SiC₂陶瓷粉和Cu粉作为原料,采用放电等离子烧结(SPS)工艺制备Ti₃SiC₂/Cu块体复合材料,研究不同Ti₃SiC₂添加含量及烧结温度对Ti₃SiC₂/Cu复合材料的组织、致密度和显微硬度的影响,研究SPS后Ti₃SiC₂/Cu复合材料的摩擦磨损性能。研究表明:采用SPS工艺制备的Ti₃SiC₂/Cu复合材料的Ti₃SiC₂在Cu中分布均匀,但随着Ti₃SiC₂含量的增加和烧结温度的升高,组织中出现团聚趋势,部分Ti₃SiC₂与Cu在界面处发生互溶现象,互溶增强了Ti₃SiC₂与基体的结合能力;Ti₃SiC₂含量和烧结温度对Ti₃SiC₂/Cu复合材料的致密度和显微硬度影响较大,当烧结温度为900℃时,Ti₃SiC₂/Cu复合材料的致密度达到99.7%,接近完全致密,Ti₃SiC₂/Cu复合材料的硬度较纯Cu提高了2倍左右;对于不同Ti₃SiC₂含量的Ti₃SiC₂/Cu复合材料的磨损机制也有所差异,当Ti₃SiC₂含量较低时(1vol%~5vol%),磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损;随着Ti₃SiC₂含量的增加(10vol%~15vol%),Ti₃SiC₂发挥了本身的自润滑性,Ti₃SiC₂/Cu复合材料的摩擦磨损性能有所改善,磨损机制转为犁削磨损和轻微黏着磨损;当Ti₃SiC₂含量增加到20vol%时,Ti₃SiC₂/Cu复合材料的磨损表面变得均匀而平整,表明Ti₃SiC₂/Cu复合材料的耐磨性提高。      

Effect of volume fraction of carbon fibers on wear behavior of Al/Al2O3/C hybrid metal matrix composites

Wear behavior of Al/Al₂O₃/C hybrid metal matrix composites fabricated by squeeze casting method was characterized. The effects of volume fraction of carbon fiber on wear behavior of hybrid composites was investigated. Wear behavior of Al/Al₂O₃/C composites was characterized by the dry spindle wear test under various sliding speeds.

The wear resistance of Al/Al₂O₃/C composites was remarkably improved over Al/Al₂O₃ composites by adding carbon fibers to Al/Al₂O₃/C composites. Specifically, at the intermediate sliding speed the wear resistance of Al/Al₂O₃/C composites containing 8 vol.% carbon fiber was found to be better than that of the rest of the carbon hybrid composites. From fractographic studies, damaged sections in wear surfaces of hybrid composites at intermediate sliding speed were not observed due to the formation of solid lubrication film. The solid lubrication film which was formed as a result of adding carbon fibers improved the wear resistance of carbon hybrid composites because this film reduced the high friction force between MMCs and counter material.     

氧化铝陶瓷的高温磨损与自润滑机理研究

研究了Al₂0₃陶瓷从室温至12000℃在于摩擦条件下的高温摩擦磨损行为。结果表明：在600℃以后的摩擦磨损随温度上升而逐渐减小,在1200℃的摩擦系数仅为室温的60％磨损则降低了两个数量级,表现出良好的高温自润滑特征。在不同温度下,存在三种显著不同的磨损机理．从室温至600℃,主要是磨粒磨损和微断裂,磨损随温度上升而略有增加．在600～1000℃,磨损机理逐渐由脆性断裂过渡到塑性变形和再结晶,在表面形成一个厚度为5～10μm的、类似于纳米材料结构的特殊表面层．随着这种特殊表面层的形成,磨损显著下降．在1200℃,摩擦表面由塑性变形发展到软化状态,出现流体动力润滑,使摩擦磨损进一步降低．     

γ辐照及热退火对光热折变玻璃光学性能的影响

对光热折变(Photo-thermal-refractive, PTR)玻璃在总剂量分别为0.35、1、10及100 kGy的γ射线下辐照, 并进行热退火处理, 采用吸收光谱、光致发光光谱及EPR电子顺磁共振谱研究了光热折变玻璃在γ射线辐照下的辐照机理。研究结果表明, γ辐照后的PTR玻璃在可见波段的吸收主要由银原子Ag⁰、银分子簇Ag₂、银分子簇Ag₃、银纳米颗粒Ag_m⁰及非桥氧空穴中心HC₁及HC₂引起; 在不同剂量γ射线辐照下, 玻璃基质中的变价离子(Ag⁺、Ce³⁺)价态先发生变化, 同时玻璃基质中的非桥氧键发生电离, 形成了非桥氧空穴型缺陷中心HC₁、HC₂。进一步增加辐照剂量, 产生了银的分子簇Ag₂和Ag₃; 同时玻璃基质中非桥氧空穴中心HC₂的浓度增大, 导致在639 nm附近的吸收增强。分别在不同温度下对辐照后的PTR玻璃进行相同时间的热处理及在低于T_g(玻璃转变温度)的温度下进行不同时间的热处理, 观察到250 ℃退火后PTR玻璃中HC₁及HC₂缺陷中心发生漂白; 并在430 ℃退火后出现了银纳米颗粒的吸收峰, 该吸收峰随退火时间的延长发生了红移及展宽。     

Microwave hydrothermal synthesis and visible-light photocatalytic activity of γ-Bi2MoO6 nanoplates

γ-Bi₂MoO₆ nanoplates have been successfully synthesized by a microwave hydrothermal approach for the first time, by using Bi(NO₃)₃, NH₃ and MoO₃ as the starting materials. The influences of the various preparation parameters (including the pH value, reaction temperature, and holding time) on the phase formation and morphology development were investigated in detail. XRD and TEM results showed that γ-Bi₂MoO₆ nanocrystals were formed indirectly with an intermediate phase of Bi₂O₃ in the microwave hydrothermal and hydrothermal synthesis. However, the reaction condition in the microwave hydrothermal approach was milder compared with the hydrothermal method. The photocatalytic activity of the nanoplates was evaluated by the degradation of the methylene blue solution under visible-light irradiation.     

Tribological Evaluation of Plasma Sprayed Coatings for High Temperature Sliding Surface Against Cordierite

A study has been carried out to develop a high temperature sliding seal for the ceramic gas turbine engine's (CGT) regenerator. The solid-lubricant coatings, which consisted of the following combinations: NiO, Ni/Cr, Cr₃ Cr₂,/NiCr, ZrO₂,/ CaO, CaF₂, BaF₂, Ag₂O and graphite, were synthesized by low pressure plasma spraying. Friction and wear characteristics were evaluated at temperatures from 50 to 1000^°C by rubbing the coatings against a cordierite disk. After the sliding tests, the worn surfaces were analyzed by SEM-EDX and XRD. The analytical results showed that the tribological properties of coatings were significantly related to the surface layers. Formation of a CaF₂/BaF rich layer led to a low friction and a low wear property. On the other hand, formation of solid-state reaction product (Mg_0.4Ni_0.6O) between the coating and the cordierite increased the friction coefficients, and the transfer of the cordierite debris caused a seizure and/or a severe wear. Among the sprayed coatings, the Cr₃Cr₂/NiCr based coating containing CaF₂/BaF₂ and Ag₂O showed excellent tribological properties, which should satisfy the specifications for the basic design of a CGT engine.