TiNi60合金与钢球和陶瓷球配副的摩擦学性能对比分析

分别采用GCr15钢球和Si_3N_4陶瓷球与TiNi60合金盘为摩擦配副,使用CETRUMT-2摩擦磨损试验机、MM-3型金相显微镜和TR200粗糙度仪综合考察了TiNi60合金在不同载荷和频率下的摩擦因数、表面形貌、磨痕轮廊和磨损量。实验结果表明:Si_3N_4陶瓷球与TiNi60合金配副时摩擦因数小于GCr15钢球与TiNi60合金配副;Si_3N_4陶瓷球与TiNi60合金对磨过程中的犁沟作用小于GCr15钢球与TiNi60合金配副,磨痕较平滑;Si_3N_4陶瓷球与TiNi60合金对磨后磨痕深度较浅,磨痕长度较长,并且随着载荷的增加,磨痕深度和长度的增加程度均小于GCr15钢球。表明Si_3N_4陶瓷球与TiNi60合金配副的摩擦学性能优异,该摩擦配副更适合作为低速轻载轴承用于摩擦学领域。     

摩擦配副材料对TC4钛合金微动磨损行为的影响

为合理选用接触副材料以减缓钛合金的微动失效,采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机,研究不同载荷条件下,摩擦配副材料GCr15和Si_3N_4对TC4钛合金微动磨损行为的影响。结果表明:较低载荷下选择高硬度的Si_3N_4陶瓷作为摩擦配副更理想,而高载荷下选择GCr15钢作为摩擦配副更理想;TC4钛合金与GCr15钢对磨的磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损,磨损率随载荷增大而减小;Si_3N_4/TC4组成的摩擦副对摩过程中,磨屑的形成过程伴随有硅的水化物产生,使形成的磨屑黏性增加,载荷较小时磨屑易粘结形成致密的第三体层覆盖在TC4钛合金表面,起润滑、承载和隔离摩擦副的作用,降低材料的磨损率;载荷较大时,第三体层在磨粒磨损和黏着磨损作用下从TC4钛合金表面脱落,摩擦副直接接触,磨损率升高。     

配副材料对碳纤维增强环氧树脂复合材料摩擦学性能的影响

采用铺层/热压烧结的方法制备交叉铺层的碳纤维增强环氧树脂复合材料,探究配副材料及载荷对铺层材料摩擦学性能的影响,并探讨复合材料的磨损机制。结果表明:随着载荷的增加,复合材料的摩擦因数逐渐降低,磨损率则逐渐增加;在研究的载荷下,复合材料与轴承钢配副时摩擦因数较低,而与Si₃N₄和Al₂O₃陶瓷球配副时润滑性能较差;在低载荷下复合材料与轴承钢配副时磨损率较高,高载荷下则相反。磨损表面形貌分析显示:当施加的载荷较低时,磨损表面形貌主要为犁沟及少量裂纹,磨损机制主要为磨粒磨损;当载荷较高时,高的接触应力使磨损表面产生了大量裂纹并伴随树脂基体脱落,磨损机制由磨粒磨损转变为疲劳磨损。     

不同碳原子数及羟基数醇中Ti3SiC2/Si3N4摩擦副的摩擦学性能

Ti_3SiC_2和Si_3N_4等陶瓷材料是一种潜在的生物燃料发动机及功能性运动部件材料,为研究其在醇类生物燃料及润滑剂中的摩擦学性能,利用往复式摩擦试验机研究Ti_3SiC_2/Si_3N_4摩擦副在不同碳原子数直链醇(乙醇、丁醇、辛醇和十二醇)和不同羟基数醇(乙二醇和丙三醇)液体介质中的摩擦学性能。结果表明:Ti_3SiC_2/Si_3N_4在醇介质中的摩擦因数随碳原子数和羟基数的增加而减小,总体平均摩擦因数在0.06～0.11范围内变化,但丁醇中摩擦因数最高,为0.25;Ti_3SiC_2/Si_3N_4配副的磨损率均随碳原子数和羟基数的增加而减小,Ti_3SiC_2的磨损率在4.48×10~(-7)～9.33×10~(-9) mm~3/(N·m)范围内变化,Si_3N_4的磨损率在4.05×10~(-6)～2.91×10~(-7)mm~3/(N·m)之间变化,其中在辛醇和十二醇中几乎没有磨损。研究表明:在醇介质中Ti_3SiC_2/Si_3N_4摩擦副的摩擦状态属于边界润滑状态,摩擦界面微凸体和磨屑的犁沟效应是造成高摩擦的主要原因;摩擦化学反应是Ti_3SiC_2/Si_3N_4在醇介质中的摩擦行为的一个特点,摩擦化学磨损和磨粒磨损是材料磨损的主要机制;链长越长、羟基越多,醇的黏度越大,承载能力越强,犁沟效应和磨粒磨损降低,摩擦因数和磨损率也降低。     

等离子体源渗氮奥氏体不锈钢的摩擦磨损行为

采用等离子体源渗氮技术对AISI 316奥氏体不锈钢进行450℃×6h改性处理,通过干摩擦磨损试验对比研究了该不锈钢基体和表面改性层在不同载荷下与Si_3N_4陶瓷球摩擦副对磨时的摩擦磨损行为,观察了磨损形貌,并对其磨损机制进行了分析。结果表明:等离子体源渗氮后,试验钢表面形成了厚度约17μm的单一面心立方结构的高氮γ_N相改性层,改性层中氮元素的原子分数为15%~20%,最大显微硬度约1 510HV0.01;与基体相比,在相同载荷下γN相改性层具有相当或更低的摩擦因数,且比磨损率均降低一个数量级以上,耐磨性能显著提高;基体的磨损机制主要为黏着磨损,而γN相改性层在较低载荷(2~4N)下的磨损机制主要为氧化磨损,在较高载荷(6~8N)下的主要为磨粒磨损。     

不同摩擦副中Si3N4陶瓷摩擦磨损特性研究

奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti是难切削材料之一。本研究采用一种销盘试验机,模似陶瓷刀具实际切削加工时使用状况,考察了Si_3N_4/不锈钢摩擦副的摩擦学性能,并着重考察了与不锈钢对磨时Si_3N_4陶瓷的磨损特性。作为比较,对Si_3N_4/45号钢摩擦副的摩擦磨损性能也进行了较为详细的考察。试验结果表明,相同试验条件下,Si_3N_4/不锈钢中Si_3N_4,陶瓷的磨损率比Si_3N_4/45~#钢摩擦副中Si_3N_4的磨损率约大2个数量级。润滑剂对两种摩擦副摩擦磨损性能的影响也有很大差别。借助扫描电镜,X光电子能谱,俄歇电子能谱等多种分析手段对Si_3N_4陶瓷的磨损机理进行了分析,并对两种摩擦副中Si_3N_4磨损率的差别作了讨论。     

高水基液压阀陶瓷摩擦副摩擦学性能研究

为选择适合的高水基乳化液液压阀摩擦副材料,探讨ZrO2与不同结构陶瓷组成的摩擦副在高水基乳化液润滑状态下的摩擦磨损特性。采用摩擦磨损试验机,在不同载荷和滑动速度下,研究在高水基乳化液介质中4种不同陶瓷材料（ZrO2、Al2O3、Si3N4和SiC）分别与ZrO2配副的摩擦学性能,并探讨不同组合陶瓷摩擦副的磨损机制。结果表明：在高水基乳化液中,各陶瓷的摩擦因数均随着滑动速度的增大而降低,其中Al2O3陶瓷的摩擦因数最小;ZrO2、Al2O3和Si3N4陶瓷的摩擦因数受载荷的影响较小,SiC陶瓷的摩擦因数则随着载荷的增大而骤增;各陶瓷的磨损体积都随着速度和载荷的增大而增大,其中Al2O3/ZrO2陶瓷摩擦副的磨损体积最小,其磨损机制以磨粒磨损和微疲劳磨损为主。研究表明,在不同工况下,Al2O3与ZrO2陶瓷配副的摩擦因数和磨损体积均为最低值,更适合作为高水基乳化液液压阀的摩擦副材料。     

PEEK与不同材料配副时的干摩擦磨损性能研究

为选择与聚醚醚酮（PEEK）匹配良好的配副材料以适应干摩擦苛刻工况，利用销盘式摩擦试验机，对PEEK与Si3N4陶瓷、2507不锈钢、6061铝合金配副的干摩擦磨损性能进行研究。结果表明：3种摩擦副的摩擦因数和磨损率均随滑动速度的增大而增大；当PEEK与陶瓷材料配副时摩擦因数最大，PEEK表面犁削效应显著，磨损机制以磨粒磨损和黏着磨损为主；当PEEK与2507不锈钢和6061铝合金配副时，犁削效应有所削弱，摩擦界面发生物质转移并形成黏附层，摩擦表面较为光滑，摩擦因数较低。研究表明，在干摩擦条件下，PEEK与6061铝合金配副在低转速下表现出更好的摩擦磨损性能，PEEK与2057不锈钢配副在高转速下的摩擦学性能更加出色     

纳米ZrO2增强CoCrW基复合材料的制备及高温摩擦学性能研究*

采用粉末冶金技术制备纳米级ZrO_2陶瓷颗粒增强的CoCrW基复合材料,使用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪等分析复合材料的微观形貌和物相组成,通过球-盘式高温摩擦试验机,研究复合材料与Si_3N_4球配副在室温至1 000℃下的摩擦学性能。结果表明:ZrO_2陶瓷颗粒显著提高了复合材料的硬度;复合材料摩擦因数随温度的升高先小幅下降然后升高,并随温度的进一步升高而减小,磨损率随着温度的升高先增大后下降并趋于稳定,其中含ZrO_2复合材料在高温下具有更低的摩擦因数和磨损率,表明ZrO_2陶瓷颗粒显著提高了复合材料的高温耐磨性能。在低温下ZrO_2陶瓷颗粒增强CoCrW基复合材料表现出不同程度的磨粒磨损和塑性变形,高温下的磨损机制为氧化磨损。     

液氮介质中Si3N4/9Cr18配副摩擦磨损性能研究

超低温介质中工作的轴承由于不能采用润滑油或脂润滑,其球环材料配副摩擦磨损特性将对轴承的工作性能产生很大影响。采用球盘点接触形式,在5 N载荷和0.4 m/s相对滑动速度下试验研究了超低温全钢轴承和混合式轴承中9Cr18/9Cr18和Si3N4/9Cr18两种球环配副在常温干摩擦和液氮环境中的摩擦磨损性能。结果表明9Cr18/9Cr18配副在低温下由于粘着趋势减弱而使摩擦因数和磨损均低于常温下。Si3N4/9Cr18配副在低温介质中由于试件表面吸附、氧化和摩擦化学反应受到抑制使摩擦因数高于常温下,同样由于无摩擦化学磨损发生,而只是以脆性断裂为主,其磨损低于常温下。Si3N4/9Cr18在常温下摩擦因数低于9Cr18/9Cr18配副,而在低温下则高于9Cr18/9Cr18配副。2种环境中陶瓷/钢配副的磨损均小于相应条件下钢/钢配副的磨损。     

不同环境介质下氧化铝陶瓷与耐蚀金属摩擦磨损行为

为优选海水淡化高压泵关键零部件耐磨性能材料,以Al_2O_3陶瓷与TC4钛合金、316不锈钢、2205双相不锈钢组成的配对摩擦副作为研究对象,利用立式万能摩擦磨损试验机开展干摩擦、纯水及海水3种环境介质下配对材料的摩擦磨损试验,定量得到各摩擦副摩擦因数、磨损量,并对摩擦试样的表面形貌进行分析;采用正交试验法分析载荷、转速、环境介质对摩擦因数和磨损量的影响规律。结果表明:在相同的条件下,TC4钛合金与陶瓷配副摩擦因数较小,2205双相不锈钢与陶瓷配副磨损量较小;环境介质对摩擦因数影响较大,载荷对磨损量的影响较大;海水环境下2205双相不锈钢和316不锈钢磨痕较浅,磨损机制为疲劳磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损的交互作用。     

20 vol％SiCp/Al复合材料—硬质合金摩擦磨损表面形貌研究

以YG6X硬质合金为对磨材料,借助MMUD-5摩擦磨损试验机研究了载荷、转速和温度对20vol%SiC_p/Al复合材料干滑动摩擦磨损性能的影响,并采用SH-4000M扫描电镜和VHX-2000三维超景深光学显微镜对试样的摩擦磨损带进行观察。结果表明:当载荷小于150N时,表面质量较好,只有轻度涂覆现象;当载荷大于200N时,随着载荷的增加,表面质量越来越差,表面磨损主要为犁沟和剥离;在较低转速下,表面磨损主要是剥离和犁沟;在较高速度下,材料表面因较高的温度产生塑性形变,出现了裂纹和粘着磨损;当温度超过100℃后,磨损表面产生塑性变形,且随着温度升高,表面磨损由犁沟和剥离转变成粘着磨损和颗粒拔出等损伤。     

钛合金与陶瓷配副干滑动摩擦磨损性能研究

采用摩擦磨损试验机、超景深显微镜和激光共聚焦显微镜,考察不同载荷和速度下不同硬度钛合金盘与陶瓷球配副的摩擦因数、磨损体积和表面形貌,并探讨其磨损机制。通过极差与方差分析发现:摩擦速度对摩擦因数的影响最大,载荷的影响次之,钛合金基体硬度的影响最小;当载荷为2 N,速度为300 r/min,硬度为HV480时,摩擦因数最小。基于正交试验的最优结果,开展控制变量试验,试验结果表明:载荷小于2 N时,钛合金以磨粒磨损为主,载荷为4 N时,钛合金的磨损形式为磨粒磨损和氧化磨损,载荷为6 N时,钛合金的磨损形式为剥层磨损并伴有严重的氧化现象;摩擦速度50 r/min时,钛合金以磨粒磨损为主,摩擦速度小于100 r/min时,钛合金以磨粒磨损为主,摩擦速度为250 r/min时,钛合金的磨损形式以剥层磨损为主。钛合金的磨损模式在载荷小于2 N时以磨粒磨损为主,在载荷为4N时为磨粒磨损和氧化磨损,在载荷为6 N时为剥层磨损并伴有严重的氧化现象。     

PTFE基复合材料海水润滑下的摩擦学性能研究

研究碳纤维/聚四氟乙烯（CF/PTFE）、玻璃纤维/聚四氟乙烯（GF/PTFE）复合材料与氮化硅陶瓷配副在海水环境下的摩擦学性能与润滑机制,分析滑动速度对摩擦副海水润滑性能的影响规律。结果表明：在海水润滑条件下,随着滑动速度的增加,PTFE、CF/PTFE、GF/PTFE材料与Si3N4陶瓷配副时的摩擦学性能均有明显改善,摩擦因数与磨损率均呈显著降低的趋势,其中CF/PTFE复合材料表现出更为优异的摩擦学性能,在1 000 r/min滑动速度下摩擦因数低至0.026。磨损表面表征结果表明,在海水润滑条件下,PTFE基复合材料在摩擦过程中由于摩擦化学反应生成了润滑膜,可为摩擦副提供良好的润滑和减磨作用,从而减少摩擦磨损行为的发生。     

铜合金镶嵌石墨材料的摩擦磨损性能

将硬度和强度不同的2种石墨分别镶嵌于Cu-15Ni-8Sn合金基体上,然后将Cu-15Ni-8Sn合金镶嵌石墨材料与05Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢组成摩擦副,研究了不同载荷(490,980,1470N)和润滑条件(干摩擦与湿摩擦)下该材料的摩擦磨损性能.结果表明:干摩擦条件下该材料的摩擦因数随载荷的增大基本呈增大趋势,且镶嵌较高硬度和强度石墨时材料的干摩擦因数小于镶嵌较低硬度和强度石墨时材料的;湿摩擦条件下,镶嵌较高硬度和强度时石墨材料的摩擦因数随载荷的增大而增大,且与干摩擦条件下的相当;随着载荷的增大,在干摩擦和湿摩擦条件下的磨损量均呈增大趋势;干摩擦条件下石墨的磨损机制以磨粒磨损为主,并伴有疲劳磨损,而湿摩擦条件下的磨损机制以磨粒磨损和冲刷磨损为主.     

不同摩擦副条件下Ti-6Al-4V合金的微磨粒磨损行为

采用TE66微磨粒磨损实验机对医用Ti-6Al-4V钛合金在不同摩擦副条件下的微磨粒磨损行为进行研究,考察滑行距离、载荷对其微磨粒磨损的影响,通过观察磨斑形貌,分析其磨损机制。研究结果表明:Ti-6Al-4V合金的磨损量随滑移距离和载荷增加而增加,磨损率则相反,并且硬度较高的Si3N4陶瓷球对合金造成的磨损量和磨损率均低于ZrO2陶瓷球;在不同摩擦副条件下,随着滑行距离和载荷的增加,Ti-6Al-4V合金的磨损机制均由三体磨损转变为二三体混合磨损,所不同的是与Si3N4陶瓷球对摩时合金的混合磨损区域要少于与ZrO2陶瓷球对摩时。     

GCr15轴承钢滑动摩擦性能试验

利用往复式摩擦磨损试验机对GCr15钢盘/GCr15钢球和GCr15钢盘/Si3N4陶瓷球进行了不同工况下的滑动摩擦试验,并对其摩擦因数、磨损量和磨痕形貌进行了分析。结果表明:2种摩擦副的摩擦因数均随载荷的增大而减小,磨损率均随时间的增加而降低;干摩擦状态下,前者磨损量较小,而钢盘/陶瓷球摩擦副呈现出摩擦因数小,磨损量较大的特点;脂润滑状态下,接触应力较小时2种摩擦副的摩擦因数相差不大,接触应力较大时钢盘/陶瓷球摩擦副磨损较严重,其钢盘表面出现较明显的疲劳剥落现象。     

GCr15轴承钢滑动摩擦性能试验北大核心

利用往复式摩擦磨损试验机对GCr15钢盘/GCr15钢球和GCr15钢盘/Si3N4陶瓷球进行了不同工况下的滑动摩擦试验,并对其摩擦因数、磨损量和磨痕形貌进行了分析。结果表明:2种摩擦副的摩擦因数均随载荷的增大而减小,磨损率均随时间的增加而降低;干摩擦状态下,前者磨损量较小,而钢盘/陶瓷球摩擦副呈现出摩擦因数小,磨损量较大的特点;脂润滑状态下,接触应力较小时2种摩擦副的摩擦因数相差不大,接触应力较大时钢盘/陶瓷球摩擦副磨损较严重,其钢盘表面出现较明显的疲劳剥落现象。     

玻璃陶瓷材料与轴承钢表面摩擦磨损的试验研究

在盘销式摩擦磨损试验机上考察了氟金云母玻璃陶瓷与轴承钢的摩擦磨损性能,在不同载荷条件下,测试了摩擦因数和玻璃陶瓷的磨损率,用金相显微镜观察和分析磨损表面形貌,并探讨了玻璃陶瓷材料的磨损机制。结果表明：在低载荷条件下,摩擦因数较低;随着载荷的增加,摩擦副的摩擦因数比较稳定,氟金云母玻璃陶瓷与轴承钢的平均摩擦因数为0.095。玻璃陶瓷和轴承钢的磨损率存在波动,其对磨过程以磨料磨损为主。     

不同材料配对机械密封的端面摩擦特性试验研究

以硬质合金YG8为动环,分别配对20%石墨填充聚四氟乙烯、碳石墨和SiC环组成3组密封副进行摩擦特性试验,获得32#液压油中3组密封副的工况参数与摩擦因数关系的包络线。试验表明:SiC-YG8组对的磨损量最小,摩擦因数最大;碳石墨-YG8组对的磨损量最大,摩擦因数最小;20%石墨填充四氟-YG8组对具有较小的磨损量和摩擦因数。机械密封端面摩擦特性取决于动静环配对材料和摩擦磨损条件,包括端面载荷、滑动速度及润滑介质性质等因素,利用工况参数与摩擦因数关系的包络线可以判断某一润滑介质条件下机械密封的端面摩擦特性。