梯度自润滑复合材料在不同滑动摩擦下的摩擦学特性

梯度自润滑复合材料是一种新型润滑材料,利用粉末冶金工艺设计和制备了该材料,考察了其在不同摩擦条件下的摩擦学特性,并对其摩擦磨损机理进行了分析和研究.结果表明:梯度自润滑复合材料随着复合固体润滑剂含量的增多,摩擦学性能明显改善,但润滑剂含量过高将导致材料表面硬度过低;该材料适用于高载倚下的润滑部件;脂润滑条件下,复合固体润滑剂与润滑脂结合在摩擦面上形成的膏状润滑膜使梯度自润滑复合材料的摩擦学性能显著改善;在脂润滑高载荷条件下,梯度自润滑复合材料的磨损主要发生在磨损初期,之后磨损极小,摩擦系数也趋于减小.     

感应烧结石墨/铜铁基高温自润滑复合材料摩擦学性能研究

通过基体合金化和添加不同含量的石墨,采用感应加热烧结的方法制备了石墨/铜铁基高温自润滑复合材料,在力学性能试验机和MRH-3摩擦磨损试验机上考察了复合材料从室温～500℃温度条件下的力学和摩擦磨损性能,利用扫描电镜观察分析了磨损表面形貌,进而探讨了摩擦磨损机理。结果表明,复合材料的力学和摩擦磨损性能与感应加热频率和石墨含量有关;在室温条件下,随着石墨含量的升高复合材料的力学性能变差而减磨自润滑效果变好,在室温～500℃条件下,选用合适的感应加热频率和石墨的含量可以使石墨/铜铁基自润滑材料保持良好的耐磨性;而复合材料的磨损机制由粘着磨损变为犁沟磨损。     

短碳纤维增强铜基复合材料的摩擦磨损性能研究

采用冷压烧结工艺制备了短碳纤维增强铜基复合材料,考察了该复合材料的干摩擦磨损性能.讨论了短碳纤维含量、载荷、转速等对复合材料摩擦性能的影响.结果表明:复合材料的耐磨性能明显优于基体材料;随着碳纤维含量的增加复合材料的耐磨性能进一步提高;随载荷和转速的提高,摩擦系数和磨损量也随之增加;复合材料由纯铜的粘着磨损转变为剥层磨损,并均伴有一定的氧化磨损.     

放电等离子烧结WC/Fe复合材料摩擦磨损性能

采用放电等离子烧结技术制备了WC质量分数为40%的WC/Fe复合材料,研究了不同烧结温度条件下WC/Fe复合材料的致密度、组织、硬度及干摩擦磨损性能。利用SEM和XRD分析了不同烧结温度条件下存在的物相;采用销-盘摩擦磨损试验机(盘试样选用~80μm的Al2O3砂纸,滑动距离约为950m)测量了马氏体耐磨钢和WC/Fe复合材料在不同载荷下相对磨损率;用SEM观察磨损形貌,确定WC/Fe复合材料的磨损机制。结果表明:烧结温度为1080℃时,WC/Fe复合材料实现完全致密,WC陶瓷颗粒均匀分布在基体中并与基体界面结合良好;随着WC/Fe复合材料完全致密化,其硬度及耐磨性能逐渐提高;WC/Fe复合材料的耐磨性能远优于马氏体耐磨钢。WC/Fe复合材料磨损机制主要为氧化磨损和磨粒磨损。在低载荷条件下,颗粒脱离基体造成氧化膜破裂,促使材料表面受损;较高载荷条件下,WC陶瓷颗粒破碎加速氧化膜破裂,加快了材料的磨损。     

灰铸铁激光熔覆纳米Al2O3的性能研究

用纳米氧化铝和铁粉混合作为灰铸铁的表面改性材料，通过激光熔覆试验对灰铸铁进行表面改性，制备了灰铸铁表面改性试样。对试样进行了以磨损试验为主的性能测试，显微硬度测量结果表明表面改性层硬度明显提高，结合区由于成分及微观组织的改变，硬度提高异常显著。运用MM-200摩擦磨损试验机进行了的摩擦磨损试验，结果表明表面改性层耐磨性显著提高，且纳米氧化铝含量越多，耐磨性提高越显著。载荷越大，摩擦系数越小。灰铸铁激光熔覆纳米Al2O3后，其磨损机制为犁削磨损。     

超音速火焰喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层的组织结构与摩擦学性能

为进一步提高超音速火焰喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层的性能,采用超音速火焰喷涂技术在AISI1045钢基体上制备NiCr-Cr_3C_2涂层。采用扫描电镜、X射线衍射仪分析了涂层的形貌、相结构及化学成分;测试了涂层的显微硬度、弹性模量、结合强度等;采用摩擦磨损试验探究了涂层的摩擦学性能,得出了摩擦系数随时间的变化曲线及涂层的摩擦磨损机理。结果表明:超音速火焰喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层晶体结构复杂,含有单晶、纳米晶,还含有少量非晶相,且涂层结构致密,孔隙率低,显微硬度为916 HV3 N,弹性模量为248.671 GPa,结合强度为63 MPa;在不同载荷条件下,涂层的摩擦系数随时间变化趋势大致相同,且载荷越大,摩擦系数越低,磨损体积越大;载荷为20 N时,涂层磨损机制表现为黏着磨损,载荷增大到60 N时,涂层磨损机制过渡到磨粒磨损。     

石墨对Ni-Cr和Ni-Cr-W复合材料摩擦性能的影响

采用粉末冶金方法制备了Ni-Cr基自润滑复合材料,研究了Ni20Cr-石墨与Ni20Cr-10W-石墨复合材料中石墨含量和添加W后对材料力学性能和摩擦性能的影响.结果表明:随着石墨体积分数的增加,Ni20Cr-石墨复合材料的显微硬度和致密度不断降低;将石墨添加到Ni20Cr-10W复合材料中,材料摩擦系数明显降低,在每个试验温度下,复合材料的摩擦系数都随石墨含量的增加出现先增加后降低的变化规律;在Ni20Cr-石墨复合材料中添加体积分数10%的W后,复合材料显微硬度有所增加;当石墨体积分数为10%时,材料的摩擦系数在各个试验温度下均有所增加,当石墨体积分数为5%和15%时,复合材料的摩擦系数在整个温度范围内均有所降低;在整个温度范围内,Ni20Cr-10W-15石墨复合材料的摩擦系数最低.     

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.     

工业免维护滑板铁基自润滑材料在不同速度下的摩擦学行为

采用粉末冶金工艺制备了四种不同成分含量的铁基自润滑材料,对材料的微观组织和不同速度下的摩擦学性能进行分析和考察,采用金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)以及X射线衍射仪(XRD)对材料金相、磨痕表面形貌和成分进行表征。结果表明,随着摩擦速度的提高,铁基自润滑材料与40Cr钢盘的摩擦系数呈现降低的趋势,材料中石墨含量越高,速度对其磨损率的影响就越大,在摩擦速度为0.1~0.5m/s的条件下,磨损率达到了10~(-8)cm~3/N·m量级,属于轻微磨损,在1m/s的条件下,Fe-Ni-Mo-C自润滑材料的干摩擦摩擦系数达到了0.27,虽然磨损趋势随速度升高而升高,但与较低石墨含量和不添加石墨的材料相比摩擦磨损性能较优。总体来讲,本文所研制的铁基自润滑材料在不同速度工况下具有较好的摩擦学性能。     

PTFE编织复合材料摩擦特性研究

在高速摩擦磨损试验机上以摆动频率、载荷为变量对PTFE编织复合材料进行于摩擦性能测量实验,分析摆动频率、载荷对摩擦因数的影响规律。结果表明:材料的摩擦因数随载荷增大呈稳定降低趋势,最后趋于平稳。在20～40kN载荷范围内,摩擦因数随摆动频率的增大经过一个最小值后上升到稳定值。载荷对摩擦因数的影响大于频率的影响。通过扫描电子显微镜对不同载荷频率下产生的PTFE编织复合材料转移膜的分析,从微观上解释了摆动频率、载荷影响PTFE编织复合材料摩擦因数的作用机理。     

MoS_2和石墨对Ni-Cr基复合材料摩擦学性能的影响

用粉末冶金方法制备Ni-Cr基自润滑复合材料,研究了固体润滑剂MoS_2和石墨对复合材料的机械性能和摩擦学性能的影响。结果表明,随着MoS_2含量的增加,复合材料的显微硬度明显降低;MoS_2添加量从10%(质量分数,下同)增加到15%,复合材料摩擦系数和磨损率的变化并不明显。随着石墨含量的增加,复合材料的显微硬度呈逐渐降低的趋势,在400℃和800℃的摩擦系数呈升高趋势,石墨添加量为10%时室温摩擦系数最小。同时添加5%MoS_2和10%石墨时,复合材料的摩擦系数保持在0.48-0.65,石墨与MoS_2之间存在着协同效应,但是磨损率比添加单一润滑剂时高一个数量级。     

石墨的添加对NiCr-W-Ti自润滑复合材料高温摩擦学性能的影响

本文以Ni20Cr合金为基体添加稀有金属Ti、W粉末及石墨后,充分混合,采用机械合金化及热压烧结工艺制备了NiCr金属基复合材料,研究了石墨含量对NiCr金属基复合材料的组织结构和摩擦学性能的影响。在UMT-3高温摩擦试验机上进行了该复合材料同Al_2O_3陶瓷球的滑动摩擦磨损实验,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对复合材料及其摩擦测试后的形貌与结构进行观察分析,结果表明:当所添加石墨的质量分数为3wt.%时,复合材料具有相对较好的力学性能和摩擦学性能;当测试温度低于300℃时,摩擦表面未形成有效的摩擦膜,故磨损率较高;当温度高于500℃时,摩擦层中含有摩擦氧化物,摩擦表面被光滑氧化物所组成的润滑膜覆盖,对磨面具有很好的保护作用,因而磨损率降低。     

铜-石墨复合材料的摩擦学性能和磨损机理

采用机械合金化后冷压成型和放电等离子烧结两种不同工艺分别制备铜-石墨复合材料,在销盘式实验机上进行材料的摩擦实验,并通过扫描电镜、X射线光电子能谱仪(XPS)分析摩擦表面的形貌和化学性质。结果表明:随着石墨含量的增加,复合材料的摩擦系数与磨损率显著下降;随烧结温度的升高,摩擦系数与磨损率都呈下降趋势。摩擦系数与磨损率的显著改善是由于在磨损过程中形成一层覆盖表面的润滑膜。当形成的润滑膜几乎覆盖住整个磨损表面时,该润滑膜能够抑制滑动界面处金属与金属接触,使摩擦磨损特性得以改善。     

Formation of composite Cu–graphite and Cu–PTFE coatings and their tribological characterization

The Dynamic Chemical Plating (DCP) technique allows production of 2-μm copper films containing particles of graphite or PTFE in 18 and 15 min, respectively, at ambient temperature. DCP yields composites with particle-incorporation fractions of 12% for graphite micro-particles and 22% for PTFE nano-particles. The composite films show excellent tribological properties, acting as self-lubricating coatings with friction coefficients as low as 0.18.     

空心微珠-碳纤维共混改性聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能

通过模压成型制备了碳纤维与空心微珠共混改性的聚酰亚胺复合材料, 采用MRH-3型摩擦磨损试验机研究了空心微珠含量、滑动速度及载荷对复合材料摩擦学性能的影响, 并对其磨损形貌及机制进行了分析。结果表明: 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料摩擦学性能优于其单独填充的聚酰亚胺基复合材料; 空心微珠含量对共混改性的复合材料摩擦系数影响不大, 但其磨损率随着空心微珠含量的增加先减小后增大; 15%空心微珠-10%碳纤维(质量分数)共混增强的复合材料的减摩耐磨性能最佳; 随着滑动速度提高, 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料的摩擦系数下降, 磨损率增大; 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料摩擦系数随着载荷增加先下降后上升, 而磨损率则随着载荷增加而增大; 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺的主要磨损机制在较低载荷时为磨粒磨损, 在较高载荷时为粘着磨损和磨粒磨损。     

等离子喷涂TiC-Graphite复合涂层摩擦磨损性能

等离子喷涂TiC涂层具有良好的综合性能, 在极端环境能起到较好的耐磨保护作用, 而石墨是一种优异的自润滑材料。通过喷雾干燥与真空烧结技术制备不同石墨添加量(1.25%、2.5%、5%和10%, 质量分数)的TiC-Graphite球形粉体, 并采用大气等离子喷涂技术制备TiC-Graphite复合涂层。对涂层的相组成、显微结构和力学性能进行了表征, 并对涂层的摩擦磨损性能进行了比较研究。结果发现, TiC-Graphite涂层主要由TiC和石墨相组成。随石墨添加量增大, TiC-Graphite涂层截面微裂纹增多, 表面粗糙度增大, 硬度下降。石墨对TiC涂层在高载荷的磨损性能影响更显著。在50 N高载荷条件, 随石墨添加量增大, TiC-Graphite涂层磨损率降低后急剧增大, 而摩擦系数持续减小。当石墨添加量为2.5%时, 涂层获得最低的磨损率为0.67×10^-5 mm³/(N·m), 同时具有较低的摩擦系数(0.35), 与不添加石墨的TiC涂层相比, 分别降低了72.4%和27.8%。     

Tribological properties of powder metallurgy – Processed aluminium self lubricating hybrid composites with SiC additions

In this experimental study, aluminium (Al)-based graphite (Gr) and silicon carbide (SiC) particle-reinforced, self-lubricating hybrid composite materials were manufactured by powder metallurgy. The tribological and mechanical properties of these composite materials were investigated under dry sliding conditions. The results of the tests revealed that the SiC-reinforced hybrid composites exhibited a lower wear loss compared to the unreinforced alloy and Al–Gr composites. It was found that with an increase in the SiC content, the wear resistance increased monotonically with hardness. The hybridisation of the two reinforcements also improved the wear resistance of the composites, especially under high sliding speeds. Additionally, the wear loss of the hybrid composites decreased with increasing applied load and sliding distance, and a low friction coefficient and low wear loss were achieved at high sliding speeds. The composite with 5 wt.% Gr and 20 wt.% SiC showed the greatest improvement in tribological performance. The wear mechanism was studied through worn surface and wear debris analysis as well as microscopic examination of the wear tracks. This study revealed that the addition of both a hard reinforcement (e.g., SiC) and soft reinforcement (e.g., graphite) significantly improves the wear resistance of aluminium composites. On the whole, these results indicate that the hybrid aluminium composites can be considered as an outstanding material where high strength and wear-resistant components are of major importance, predominantly in the aerospace and automotive engineering sectors.     

Friction and wear properties of polyphenyl ester and graphite filler in the carbon fibre‐reinforced ultra‐high‐molecular‐weight polyethylene composites

Ultra‐high‐molecular‐weight polyethylene (UHMWPE) reinforced with carbon fibre (CF) underwent an enhancement of heat and wear resistant with the addition of polyphenyl ester (POB) and graphite, respectively. The effect of graphite content on the tribological properties of the composites was studied. The wear surface was examined using scanning electron microscope (SEM). The results of the sliding wear tests showed that with graphite loading, wear resistance increased and the coefficient of friction was much more stable. In addition, graphite improved the tribological properties of the composite. Hardness, impact strengths and thermal stability of the composites were enhanced. With increased load, the wear rate of the ultra‐high‐molecular‐weight polyethylene+carbon fibre+polyphenyl ester+10 % graphite composite tended to increase, whereas the coefficient of friction decreased. The adherence and plastic deformation were dominant wear mechanisms for the ultra‐high‐molecular‐weight polyethylene+carbon fibre+polyphenyl ester+graphite composites. The formation of a thin and uniform transfer film was observed.     

Wear behavior of light-weight and high strength Fe-Mn-Ni-Al matrix self-lubricating steels

The good combination of mechanical and tribological properties for self-lubricating materials is crucial. In this work, novel self-lubricating Fe-16.4 Mn-4.8 Ni-9.9 Al-xC(wt%) steels containing graphite phase were fabricated using mechanical alloying and spark plasma sintering. The compositions of the steels were designed by using thermodynamic calculation, and the effect of carbon addition on the microstructure was further investigated. The steel possesses high hardness of 621 HV, high yield strength of 1437 MPa and good fracture toughness at room temperature. The yield strengths are still above 600 MPa at 600?C.The tribological behavior and mechanical properties from room temperature to 800?C were studied, and the wear mechanisms at elevated temperatures were discussed. The steel has a stable friction coefficient of 0.4 and wear rate in a magnitude of 10~(-6) mm~3/N·m below 600?C. The good tribological properties of the steels were mainly attributed to the high hardness, lubrication of graphite and stable surface oxide layer.