MPU/UHMWPE共混体系的摩擦学性能及拉伸性能

通过添加超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和聚乙烯接枝马来酸酐(PE-g-MAH)对混炼型聚氨酯弹性体(MPU)进行减摩改性,研究了UHMWPE和相容剂PE-g-MAH加入量对共混体系摩擦因数、表面能和拉伸性能的影响,通过扫描电子显微镜对共混体系的相容性进行了分析。结果表明:随着UHMWPE加入量的增多,共混体系的摩擦因数、表面能和断裂伸长率逐渐降低,弹性模量则不断增大,拉伸强度先增大后减小;随着PE-g-MAH加入量的增多,共混体系的摩擦因数不断降低,而表面能先逐渐升高后趋于平缓,拉伸强度、断裂伸长率先增大后减小,弹性模量不断增大;当共混体系配比为w(MPU)∶w(PE-g-MAH)∶w(DCP)∶w(UHMWPE)=100∶8∶0.05∶15时,共混体系的改性效果最好,摩擦因数达到最低且拉伸性能保持最佳。     

镍基718材料表面润湿性对耐磨和耐腐蚀性能的影响

针对镍基高温合金Inconel 718材料,探究铣削加工参数与表面润湿特性的关系,研究不同液体介质(水、人工海水、32号润滑油)接触角变化对表面摩擦磨损及耐腐蚀性能的影响。利用正交试验法研究铣削参数(切削速度V_s、每齿进给量f_z以及切削深度a_p)与表面润湿性的关系,利用单因素试验研究接触角变化对摩擦系数f和腐蚀速率的影响。对于镍基高温合金Inconel 718材料表面,水的接触角θ、每齿进给量f_z对其影响最大,切削深度a_p次之,铣削速度V_s最小,且在V_s=60m/min、f_z=0.05mm/r、a_p=0.6mm时接触角最小;采用32号油润滑时,分别观察接触角θ为9°、12°、16°、19°、21°时摩擦系数的变化;随着θ的增大,摩擦系数f在0.08～0.20之间逐渐增加,增大趋势明显;对于水润滑,摩擦系数f随接触角θ增加,并在0.24～0.27之间变化,增大的趋势很微弱;对于长期工作于海水中的镍基高温合金Inconel 718材料表面,接触角θ从61°增大到79°时,相同时间内腐蚀量从0.65%下降为0.45%,耐腐蚀性变好。对于镍基高温合金Inconel 718材料表面的铣削加工,为获得较好的润湿性能,应重点关注每齿进给量f_z和切削深度a_p;为提高Inconel 718材料表面的摩擦性能,应尽量减小表面对润滑剂的接触角;提高对腐蚀性介质的疏水性则可以有效改善Inconel 718材料表面的耐腐蚀性能。     

聚乙烯表面仿生聚合物刷的构建及其生物摩擦学特性研究

正项目负责人:熊党生(E-mail:xiongds@163.com)依托单位:南京理工大学项目批准号:509751451.项目简介置换关节常处在边界润滑和混合润滑状态,磨损是导致其无菌松动和晚期失效的主要因素。本研究模仿天然关节软骨表层滑膜腔的刷型结构与润滑功能。(1)在人工关节承载材料—聚乙烯表面构建聚合物刷,研究表面接枝聚合物刷的生物相容性与润湿性能,研究聚合物刷的表面形态、结构、接枝率及其对摩擦学行为的影响,研究模拟体液环境下聚合物刷的润滑与磨损失效机理;(2)研究制备了在聚乙烯表面可"再生"聚合物刷的块体材料,研究了接枝工艺对材料力学、生物相容性和     

阳极氧化工艺及改性对TiO2纳米管阵列薄膜疏水性的影响

采用阳极氧化法在钛片表面制备TiO 2纳米管阵列薄膜,研究了不同氧化电压(15～25 V)和时间(0.5～2 h)下薄膜的微观结构;采用硬脂酸对其进行改性,分析了薄膜改性前后的润湿性能.结果表明:TiO 2纳米管平均管径和管间距随氧化电压增大而增大,随氧化时间的变化不明显,而表面结构均匀性则受氧化时间影响,氧化2 h的结构均匀性较好;改性前薄膜表面呈亲水性,改性后呈疏水性,且改性前越亲水则改性后越疏水;氧化时间对改性薄膜水接触角的影响较大,不同电压下阳极氧化2 h制备得到薄膜改性后均呈超疏水性,20 V/2 h下制备得到薄膜改性后的平均水接触角最大,可达159.7°.     

γ射线辐照对超高分子量聚乙烯性能的影响

分别对剂量为120,250,500 kGy辐照交联和普通未处理的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)4种样品进行划痕性能、接触角、表面硬度、蠕变性能和结晶度等测试,并在UMT-Ⅱ多功能摩擦试验机上考察不同辐照剂量下交联UHMWPE的摩擦磨损性能。结果表明:UHMWPE样品的稳定划痕系数在0.35~0.5之间;随着辐照剂量的增加,接触角减小,润湿性能改善;辐照后UHMWPE的球压硬度比未处理的高,其中500 kGy辐照剂量的样品是未处理的1.45倍;辐照后UHMWPE的抗蠕变性能好,结晶度比未处理的高;辐照后UHMWPE的磨损率比未处理的小,其中辐照剂量为120 kGy处理后的UHMWPE磨损率最小。     

40Cr钢超音速微粒轰击处理后干摩擦性能研究

利用超音速微粒轰击技术对退火态40Cr钢的表面进行处理,研究轰击后表层的微观结构、显微硬度以及处理后材料表面的干摩擦性能,作为对比,同时研究未轰击40Cr钢以及轰击后抛光样品的干摩擦性能,利用扫描电子显微镜观察干摩擦实验后的表面形貌。结果表明,轰击后样品表面制备出纳米表层;随距离表面距离的增加,显微硬度先增加后减小;3种样品中,轰击后抛光样品的干摩擦性能最好,轰击处理样品次之,未轰击样品干摩擦性能最差,扫描电镜的干摩擦形貌分析与干摩擦实验结果相吻合。     

磷酸酯偶联剂改性衬垫对自润滑关节轴承性能的影响

利用 Instron5944型电子万能材料试验机和自制的关节轴承摩擦磨损试验机,研究磷酸酯偶联剂接枝改性处理衬垫对自润滑关节轴承黏接性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明：磷酸酯偶联剂接枝改性处理衬垫可以有效提高轴承衬垫的黏接性能;自润滑关节轴承的摩擦磨损性能与摆动频率呈现明显的相关性,摩擦因数和磨损量均随摆动频率的增大而减小,而摩擦温度随之升高;衬垫经改性处理的轴承摩擦因数、磨损量以及摩擦温升均明显降低,表明衬垫经改性处理后改善了自润滑关节轴承的摩擦学性能。     

几种不同衬层材料水润滑轴承的润滑特性分析

以船舶水润滑轴承为研究对象,建立水润滑轴承双向流固耦合模型,采用有限元法研究偏心率为0. 6时,赛龙、飞龙、丁腈橡胶和超高分子聚乙烯4种不同衬层材料水润滑轴承的润滑特性。研究结果表明:转速一定时,4种衬层材料沿轴向和周向的衬层变形分布较为一致,其中丁腈橡胶衬层的变形最大; 4种衬层材料沿轴向和周向的压力分布趋势也较为一致,最大的压力值均出现在210°～270°之间,同时在270°～30°之间水膜压力波动较大。4种衬层材料的摩擦因数均随转速的增大呈现先增大后减小的趋势,其中丁腈橡胶的摩擦因数最大,超高分子聚乙烯的摩擦因数最小。     

超高分子量聚乙烯结晶度对生物摩擦学性能的影响

研究了不同结晶度对超高分子量聚乙烯力学和生物摩擦学性能的影响.将超高分子量聚乙烯加热至130 ℃并保温4 h后,分别在液氮中快速冷却和加热炉中缓慢冷却,以此来改变其结晶度.利用差示扫描量热法(DSC)测试了样品的结晶度,并研究了不同结晶度对超高分子量聚乙烯的硬度、小型冲击性能、抗划痕性能和生物摩擦学性能的影响.结果显示,在加热炉中缓慢冷却的试样获得较高的结晶度,而在液氮中快速冷却的试样则具有较低的结晶度,分别为61.9%和53.2%;较高结晶度的超高分子量聚乙烯具有较高的硬度和抗拉强度,较强的抗剪切和抗划痕性能;小牛血清润滑下的往复式摩擦磨损试验结果显示,较高结晶度的超高分子量聚乙烯的摩擦因数和磨损率较低.     

有无电流条件下温度对碳/铜摩擦副摩擦磨损性能的影响

通过销-盘摩擦磨损试验,研究了碳/铜摩擦副在有无电流条件下的摩擦学性能。结果表明:试验过程中摩擦副温度不断地升高,且有电流时摩擦副温度比无电流时高,滑板材料的磨损量随着温度的升高而增大;当无电流通过时,摩擦因数随温度的升高先增大后减小,当有电流通过时,摩擦因数随温度的升高而减小。观察碳滑板磨损前后表面形貌发现:磨损表面随摩擦副温度的升高变得越来越光滑;当无电流通过时,磨粒磨损和黏着磨损是主要磨损类型,当有电流通过时,磨损类型以氧化磨损和电弧烧蚀为主。碳滑板材料磨损表面EDS分析发现,元素转移和氧化现象在磨损过程中时有发生。