短切碳纤维含量对Csf/SiC复合材料摩擦磨损性能的影响

采用热压烧结法制备短切碳纤维增强碳化硅(short carbon fiber reinforced SiC composite,Csf/SIC)复合材料.采用销一盘式摩擦磨损试验测试不同短切碳纤维(Csf)含量的复合材料的干摩擦磨损性能,借助扫描电镜观察其磨痕形貌,分析不同Csf体积分数对复合材料摩擦磨损性能的影响.研究表明:由于碳纤维在复合材料中具有增强基体和固体润滑的作用,以及其自身良好的热传导性和低摩擦系数,因此,Csf/SiC复合材料的摩擦系数随Csf体积分数增大而不断降低;当Csf含量在42 vol.%以内时,复合材料的磨损率比无纤维SiC材料有大幅度减少,并且随着Csf体积分数增大而降低;但当Csf含量达到53 vol.%时,由于Csf含量高,导致纤维和基体之间的结合强度有所降低,造成复合材料的磨损率急剧增大.在本文研究范围内,含30 vol.% Csf复合材料具有最佳的摩擦磨损性能.     

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/球墨铸铁复合材料,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.     

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。     

三维编织超高分子量聚乙烯纤维-碳纤维混杂增强环氧树脂复合材料摩擦磨损性能

以超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)-碳纤维(CF)三维混杂编织体为增强体,环氧树脂(ER)为基体,通过树脂传递模塑(RTM)工艺制备了三维编织混杂复合材料,研究了其摩擦磨损性能了,并采用混合正压力模型对摩擦系数进行了预测。结果表明,在纤维总体积含量一定的情况下,随着CF体积含量的增加,复合材料的摩擦系数增大,而其比磨损率降低。UH_3D/ER复合材料的磨损机制以粘着磨损为主,CF_3D/ER复合材料则以磨粒磨损为主,混杂复合材料的磨损机制主要取决于CF与UHMWPE纤维的相对含量 ,通过调节UHMWPE纤维和CF的体积比例可实现对复合材料摩擦磨损性能的有效调控。采用的计算模型可较好地预测UH_3D/ER的摩擦系数。     

碳化硅对超高分子量聚乙烯摩擦磨损及力学性能的影响

通过干、湿2种方法分别制备了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)/碳化硅(SiC)复合材料,采用热重分析、扫描电镜、摩擦磨损测定等表征手段,研究了不同方法制备的复合材料中SiC粒子在UHMWPE基体中的分散情况,以及2种方法对复合材料摩擦磨损和力学性能的影响。结果表明,湿法制备的复合材料中SiC粒子在UHMWPE基体中分散均匀,团聚现象得到改善。在干摩擦条件下,湿法制备的UHMWPE/SiC复合材料的稳态摩擦系数最低,磨损率最小,UHMWPE的粘着磨损、磨粒磨损得到有效改善。湿法制备的复合材料力学性能优于干法。     

AlNP/Al和TiB2P/Al复合材料摩擦磨损性能研究

研究了油润滑条件下两种不同铝基复合材料及其基体合金的摩擦磨损性能,分析了增强体对材料摩擦磨损性能的影响以及相应的磨损机理.结果表明:油润滑条件下,随着摩擦时间的延长,AlNP/Al复合材料的摩擦系数由小变大趋于稳定;而TiB2P/LY12复合材料的摩擦系数却是由大变小趋于稳定,这主要与其摩擦过程中形成凹坑产生润滑油膜有关.由于增强体强度的增加,50%(体积分数,下同)TiB2P/Al复合材料的摩擦系数低于50%AlNP/Al复合材料,且耐磨性优于50%AlNP/LY12复合材料.增强相的加入显著提高了材料的耐磨性,使得复合材料的抗粘着能力明显优于基体合金.     

碳纤维酚醛树脂基复合材料制备及摩擦磨损性能研究

以酚醛树脂为基体,碳纤维为增强纤维,石墨和聚醚醚酮(PEEK)为固体润滑剂,通过热压成型方法制备复合材料。通过多功能立式摩擦磨损试验机对复合材料进行摩擦磨损测试,扫描电子显微镜观察复合材料的磨损表面。结果表明,石墨的加入能够降低复合材料的摩擦系数和磨损率,当加入15%(wt,质量分数)石墨的复合材料的摩擦系数为0.1,磨损率为0.37×10~(-6)g/N·m。PEEK的加入能够增加复合材料的摩擦系数,降低复合材料的磨损率,当加入10%(wt,质量分数)PEEK的复合材料表现出最好的摩擦性能,摩擦系数为0.28,磨损率为0.92×10~(-6)g/N·m。     

三维编织复合材料在润滑条件下的摩擦性能

利用树脂传递模塑(RTM)工艺制备了三维编织炭纤维/环氧(C3D/EP)复合材料.采用MM-200型摩擦磨损试验机研究了该材料润滑条件下的摩擦磨损性能,探讨了载荷及滑动速度等外界因素的影响;并采用XL30 ESEM电子显微镜观察磨损表面形貌,分析了其磨损机理.结果表明,润滑条件下复合材料的摩擦磨损性能远优于干摩擦,且磨合期较短;随着载荷的增加,复合材料的摩擦系数和比磨损率降低,但滑动速度对摩擦磨损性能的影响很小;润滑条件下的磨损机理主要是磨粒磨损.     

纤维增强尼龙复合材料的摩擦磨损性能研究

分别研究了不同条件下连续C纤维和三维编织纤维增强铸型尼龙复合材料的摩擦磨损性能,并对磨痕和磨屑表面形貌进行了观察和分析.结果表明:干摩擦条件下三维编织C纤维增强铸型尼龙(简称C3D/MCPA)复合材料的磨损率明显低于连续C纤维增强铸型尼龙(简称CL/MCPA)复合材料;水润滑条件下C3D/MCPA复合材料的摩擦系数和磨损率几乎为干摩擦时的50%.三维编织C纤维/芳纶纤维混杂增强铸型尼龙(简称HF/MCPA)复合材料中随C纤维相对体积比的提高,磨损率下降而摩擦系数变化不大.     

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。     

铝基复合材料摩擦磨损性能研究

为研究碳纤维对Al1O3f/ZL109复合材料摩擦磨损性能的影响,进一步提高金属基体的摩擦磨损性能,利用液态模锻法制备了(Cf,Al2O3f)/ZL109复合材料,并研究了该材料的摩擦磨损性能.结果表明:各种(Cf,Al2O3f)/ZL109复合材料的磨损量均随载荷的增加而增大,但复合材料的磨损量均低于ZL109基体,且在总纤维体积分数为12%的复合材料中,(4?,8%Al2O3f)/ZL109复合材料具有最低的磨损量;各种(Cf,Al2O3f)/ZL109复合材料的摩擦因数均随载荷的增加而减小.(Cf,Al2O3f)/ZL109复合材料的耐磨性由碳纤维与氧化铝纤维性能及基体共同决定.     

超高分子量聚乙烯/纳米TiO_2复合材料的摩擦磨损行为

用热压成型法制备了纳米TiO2填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了复合材料在干摩擦条件下与45#钢配副时的摩擦磨损行为,采用扫描电子显微镜观察了复合材料磨损表面形貌。结果表明,填充质量分数为15%的纳米TiO2能显著改善UHMWPE的耐磨性能。纯UHMWPE的摩擦过程中呈现出一次磨合期、一次稳定期、二次磨合期和二次稳定期四个明显的特征。当填充质量分数为15%的纳米TiO2时,UHMWPE基复合材料的摩擦过程中二次磨合特征已基本消失,整个摩擦过程的基本特征主要表现为磨合期和稳定期两个阶段,且磨合时间明显缩短,同时复合材料的磨损表面出现了明显的贫Ti区和富Ti区,其磨损机制主要表现为粘着磨损,局部磨损表面呈现了轻微的塑性变形特征。     

稀土处理玻璃纤维填充PTFE复合材料的滑动磨损性能

研究了不同玻璃纤维表面处理对PTFE复合材料在干摩擦条件下滑动磨损性能的影响,并借助扫描电子显微镜(SEM)分析了磨损机理。结果表明:在干摩擦条件下,经表面处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料的摩擦系数和摩擦表面温度比未经处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料的低,且减磨性能优于未经处理的;而稀土处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料的摩擦系数和摩擦表面温度最低,减磨性能最好;未经处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料和偶联剂处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料都发生了剧烈的粘着转移;偶联剂与稀土处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料的磨损机理主要是明显的磨粒磨损;稀土处理玻璃纤维填充PTFE复合材料的磨损形式主要是粘着转移和轻微的磨粒磨损。     

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℃。     

纳米ZnO和SiO2共混填充UHMWPE复合材料的摩擦磨损行为

以纳米ZnO和纳米SiO2作为复合填料,通过热压成型工艺制备了纳米ZnO-SiO2复合填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料;采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了复合材料在干摩擦条件下与45#钢配副时的摩擦磨损行为;采用扫描电子显微镜观察了复合材料磨损表面形貌。结果表明,适量的纳米ZnO-SiO2作为复合填料可有效地改善UHMWPE的摩擦磨损性能,其中填充2%ZnO 2%SiO2的UHMWPE基复合材料改性效果最为明显。与纯UHMWPE材料相比,其磨损率下降了84.7%。纯UHMWPE的磨损机制主要表现为粘着磨损和疲劳磨损,而不同含量的无机纳米微粒共混填充UHMWPE基复合材料的磨损机制主要表现为不同程度的粘着磨损、犁沟效应和塑性变形特征。     

改性纳米Si_3N_4/环氧树脂复合材料的摩擦磨损特性

研究纳米氮化硅粒子(Si3N4)填充环氧树脂复合材料的滑动干摩擦磨损特性,着重探讨纳米粒子表面接枝共聚改性、粒子含量对复合材料摩擦磨损性能的影响。通过对复合材料磨损表面的粗糙度及形貌分析探讨复合材料的磨损机理。结果表明,纳米氮化硅粒子能在很低的含量下(0.18%(体积分数,下同))显著提高环氧树脂的耐磨性、并降低其摩擦系数,而经过接枝共聚改性的纳米Si3N4粒子填充的复合材料的上述性能改善更为明显,耐磨性比Si3N4/EP提高3倍,摩擦系数降低20%。这说明,在Si3N4纳米粒子表面进行接枝共聚后,有利于加强粒子与基体的界面结合,从而改善复合材料的摩擦学性能。     

SiC 和Gr 颗粒混杂增强Al 基复合材料的摩擦磨损特性的研究

比较了SiC 和Gr 颗粒混杂增强Al 基复合材料的干摩擦磨损行为, 并与单一SiC_P 和单一G_rP 增强Al 基复合材料的相应行为进行了比较。结果表明, 在低载荷(< 30 N ) 时, SiC_P 和G_rP 能协调作用, 使混杂复合材料的摩擦系数和磨损率均比单一SiC_P 和G_rP 增强复合材料低。在较高载荷(30～ 120 N ) 时, 混杂复合材料磨损以剥层磨损机制为主, 摩擦系数比单一SiC_P 增强复合材料低, 磨损率比单一G_rP 增强复合材料低得多, 比单一SiC_P 增强复合材料高。混杂复合材料对偶件的磨损比单一SiC_P 增强复合材料低得多。