WC颗粒增强铁基表面复合材料的三体磨料磨损性能研究

设计、制备了一台三体磨料磨损实验机，对该实验机进行了重现性实验。以高铬铸铁为标样，利用该磨损实验机分别考察了WC颗粒体积分数、载荷与表面复合材料相对耐磨性能之间的关系。实验结果表明：本实验机的测试性能是可靠的；复合材料的三体磨料磨损性能与高铬铸铁标样相比有较明显的提高，在同一载荷下．复合材料的相对耐磨性能随着WC颗粒体积分数的增大呈先升高后降低的变化规律，WC颗粒体积分数为27％的复合材料相对耐磨性最高，达到高铬铸铁的5．12倍；而对于同一种复合材料，随着载荷的增大，其相对耐磨性呈增加趋势，其中WC颗粒体积分数为27％的复合材料增加最为明显；复合材料的三体磨料磨损机理为WC对周围组织的屏蔽作用，失效方式为WC颗粒因疲劳而片状剥落。     

磨粒磨损的接触分析

磨粒磨损作为磨损的主要类型之一,影响机械使用寿命。针对犁沟磨损机制,采用球形磨粒模型和分形磨粒模型,对于磨粒磨损的压入、滑动和压碎3个过程,利用有限元软件ANSYS,分析磨粒与磨损表面接触区的Mises应力和剪应力分布以及应力随表面深度的变化情况,并对2种模型的分析结果进行对比。研究结果表明,球形磨粒模型中,磨粒与表面接触处的Mises应力和剪应力分布比较分散,且应力峰值较小,在相同材料和压力下磨粒和表面均未压碎;然而分形磨粒模型中,磨粒与表面接触处的Mises应力和剪应力分布比较集中,且应力峰值较大,磨粒和表面均压碎。2种模型中,采用分形方法构造的分形磨粒形状与实际情况中的磨粒形状更加相似。     

Friction and Wear Behavior of Copper Matrix Composites Reinforced with SiC and Graphite Particles

The objective of this paper is to investigate the friction behavior and wear mechanism of copper matrix composites reinforced with SiC and graphite particles. The results indicate that a graphite-rich mechanically mixed layer (MML) formed on the tribo-surface was responsible for the good tribological properties of the hybrid composites at low normal loads. When graphite content was high enough for delamination wear to take place at high load, wear resistance deteriorated. A continuous supply of graphite to the tribo-surface is an important precondition for the formation of a graphite-rich MML and the benefit of its anti-friction properties for the copper hybrid composites.     

钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料的摩擦磨损性能

利用热压烧结法制备了钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料,探讨了硅酸铝纤维含量对该复合材料摩擦磨损性能的影响,借助扫描电子显微镜(SEM)观察了复合材料的磨损表面形貌,并分析了其磨损机理。结果表明:随硅酸铝纤维含量的增加,复合材料的摩擦因数增大;高温下复合材料的耐磨性能随硅酸铝纤维含量的增大而降低;未添加硅酸铝纤维复合材料的磨损形式主要表现为脆性脱落和疲劳磨损,并伴有磨粒磨损;添加了硅酸铝纤维的陶瓷基摩擦材料的磨损形式均以粘着磨损为主。     

SiC和石墨颗粒混杂增强铜基复合材料的摩擦磨损性能

采用粉末冶金方法制备了SiC和石墨混杂增强铜基复合材料,研究了该复合材料在不同载荷条件下的摩擦磨损性能,并通过观察磨损表面形貌,研究其磨损机理。结果表明:在摩擦过程中,SiC颗粒作为载荷的主要承载单元,起到了较好的硬质承载支点的作用,石墨颗粒则发挥了较好的自润滑减摩效果,二者协同作用明显提高了铜基复合材料的耐磨性;该复合材料的磨损机理主要以磨粒磨损为主。     

不同方法表面改性碳纤维增强热塑性聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损性能

采用硝酸氧化改性和涂层复合改性法分别对碳纤维(CF)进行了表面处理,并制备了CF增强热塑性聚酰亚胺(TPI)复合材料;对CF的表面形貌进行了观察,研究了表面改性方法对复合材料摩擦磨损性能的影响,并利用扫描电子显微镜观察了磨损表面形貌。结果表明:硝酸氧化改性增大了CF的表面粗糙度,随处理时间的延长粗糙度增大;经涂层复合改性后,CF表面包覆了一层聚酰亚胺(PI),保护了CF并提高了其与基体界面的结合强度;经表面改性后的CF增强TPI复合材料的摩擦磨损性能均得到提高,以涂层复合改性的效果最好;硝酸氧化改性后的CF在摩擦过程中易断裂,复合材料的磨损形貌以磨粒磨损为主,而涂层复合改性后的CF断裂得到抑制,与基体结合更为牢固,磨损表面较为平整。     

Friction and Wear of Epoxy Composites Containing Surface Modified SiC Nanoparticles

The authors of the present paper evaluated the sliding wear behaviors of epoxy and its composites filled with untreated and treated SiC nanoparticles. The experimental results indicate that the nanoparticles pretreated by graft polymerization of polyacrylamide effectively improved the overall performance of the matrix epoxy. In comparison with the untreated SiC nanoparticles, the grafted SiC nanoparticles led to more significant reduction in frictional coefficient and wear rate of epoxy. Even under high contact pressure, the composites with grafted SiC nanoparticles possessed the highest wear resistance. The strong interfacial bonding between the grafted SiC nanoparticles and the matrix should account for the properties enhancement. Accordingly, a feasible way of efficiently applying SiC nanoparticles to the preparation of wear resisting nanocomposites has been developed.     

Al2O3纤维填充PTFE复合材料摩擦磨损性能分析

利用M-200型摩擦磨损试验机考察了填料含量及载荷对粉状Al2O3纤维填充PTFE复合材料摩擦磨损性能的影响，采用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌及磨损机理。结果表明：Al2O3纤维填料可提高PTFE的硬度，从而可提高PTFE的耐磨性，但复合材料中Al2O3含量较高时会导致磨粒磨损，且AL2O3含量越高相应的磨粒磨损越严重。在本试验条件下，当Al2O3的质量分数为20%左右时，PTFE复合材料的耐磨性最佳；PTFE复合材料同钢对磨时的摩擦系数比纯PTFE大，且随Al2O3含量的增加而增大。     

磨粒对ADZ复合陶瓷材料磨损性能的影响

采用块 -块摩擦磨损试验机在不同磨粒的 5 %NaOH泥浆中 ,对氧化铝增强四方氧化锆多晶陶瓷材料 (ADZ)的磨损性能进行了研究。研究结果表明尖锐磨粒对ADZ复合陶瓷材料磨损的影响要比球形磨粒严重的多 ,磨料硬度是影响陶瓷材料磨损率的重要因素 ,磨损率随磨粒硬度的提高而增大。在不同形状的SiO2 磨粒的泥浆中ADZ陶瓷材料的主要磨损机理为塑性变形和微犁削。在高硬度Al2 O3磨料的泥浆中ADZ陶瓷材料磨损表面以断裂机制占主导地位。     

微磨粒冲蚀磨损的数值分析方法

总结了几种国内外广为应用的磨粒冲蚀磨损模型,并分析了各个模型的冲蚀机制.利用数值分析方法对磨粒冲击过程进行了分析,选择 Johnson-Cook 模型作为材料的本构模型和失效模型,运用 LS-DYNA 求解器分析了石榴石粒子冲击45#钢的过程,通过多个粒子的连续冲击仿真,分析了材料的磨损率,从而验证了固体粒子的冲蚀机制;通过与实验模型进行材料迁移体积的计算比较得出,数值分析方法可以用来研究磨粒的冲蚀磨损行为.     

Morphology and Toughness of Abrasive Particles and Their Effects on the Friction and Wear of Friction Materials: A Case Study with Zircon and Quartz

This study examined the friction and wear of brake friction materials containing two different abrasives: zircon and quartz. Commercial grade abrasives with two different sizes (fine and coarse) were compared in terms of the effects of the size, shape, and toughness of the abrasive particles on the friction and wear of the friction material and counter discs. The results showed that the morphology of the abrasives has a considerable effect on the friction effectiveness and wear of the friction couple. The level of friction was higher in the case of using quartz than zircon, and smaller particles were more effective in increasing the coefficient of friction. The toughness of the abrasives also played important roles in determining the friction effectiveness. Improved heat resistance at elevated temperatures was achieved when coarse zircon was used. The wear of the friction material was also dependent on the morphology and toughness of the abrasives and the large abrasive particles produced more wear on the gray iron disc.     

The Friction and Wear of Metals and Binary Alloys in Contact with an Abrasive Grit of Single-Crystal Silicon Carbide

Sliding friction experiments were conducted with various metals and iron-base binary alloys (alloying elements Ti, Cr, Mn, Ni, Rh, and W) in contact with single-crystal silicon carbide riders. Results indicate that the coefficient of friction and groove height (corresponding to the wear volume) decrease linearly as the shear strength of the bulk metal increases. The coefficient of friction and groove height generally decrease with an increase in solute content of binary alloys. A separate correlation exists between the solute to iron atomic radius ratio and the decreasing rates of change of coefficient of friction and groove height with increasing solute content. These rates of change ate minimum at a solute to iron radius ratio of unity. They increase as the atomic radius ratio increases or decreases linearly from unity. The correlations indicate that atomic size is an important parameter in controlling friction and wear of alloys.     

短玻纤填充PTFE复合材料磨损性能研究

用机械共混、冷压成型和烧结的方法制备了不同质量分数(10％～40％)的短玻纤填充PTFE复合材料样品。用MM-200型磨损试验机评价了不同样品在于摩擦定载荷条件下的磨损性能；用扫描电子显微镜(SEM)对试样的磨损表面进行了观察分析。结果表明：在所采用的实验条件下，随短玻纤含量的增加，抗磨损性能先增大后减小，在含量为30％取得最佳抗磨损性能。     

PTFE对纤维增强尼龙66材料摩擦学性能的影响

考察了玻璃纤维（GF）增强尼龙66复合材料的摩擦磨损性能,以及PTFE对复合材料摩擦学性能的影响,利用扫描电镜分析了磨损形貌。结果表明：15％GF增强尼龙复合材料的摩擦学性能改善不明显,而且磨损量高于纯尼龙;加入PTFE在摩擦过程中形成了转移膜,降低了玻璃纤维增强尼龙复合材料的摩擦磨损,改善了其摩擦学性能。     

固体润滑剂对碳纤维增强尼龙复合材料摩擦学性能的影响

分别制备了PTFE／碳纤维、MoS2／碳纤维混杂增强的尼龙66复合材料,用MM-2000型摩擦磨损试验机评价其摩擦磨损性能,用SEM和XPS分析了磨损表面。结果表明：PTFE／碳纤维混杂增强可以明显改善尼龙复合材料摩擦学性能;MoS2／碳纤维混杂增强没有改善复合材料的摩擦学性能;MoS2在摩擦过程中氧化生成的MoO3充当了摩擦副之间的磨粒,其磨损机理推测为粘着和磨粒磨损的综合作用。     

碳纳米管增强PTFE复合材料摩擦磨损性能研究

以不同含量的CNTs(碳纳米管)为填料制备了PTFE基复合材料,测量其硬度,在M-2000型摩擦磨损试验机上研究其摩擦磨损行为。结果表明,CNTs能提高PTFE的硬度,CNTs/PTFE复合材料的耐磨性能明显优于纯PT-FE,当CNTs的质量分数为3%时,复合材料的耐磨性能大幅度提高。其摩擦因数随着CNTs含量的增加而加大,当CNTs的质量分数为1%时,摩擦因数随载荷的增加而减少,CNTs的质量分数为3%和5%时,摩擦因数随载荷的增加而增大。SEM观察发现:纯PTFE的断面上分布着大量的带状结构,而填充CNTs后,摩擦表面较平整光滑,表明CNTs作为填料可有效地抑制PTFE的犁削和粘着磨损。     

聚合物填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能

采用机械共混-冷压成型-烧结的工艺制备了PEEK、PPS填充PTFE基粘弹．摩擦型阻尼材料,用环-块式磨损试验机研究了在干摩擦条件下的摩擦磨损性能;用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌和内部组织结构。结果表明：混合填充PEEK和PPS时,2种填充物的比例对材料的摩擦因数影响不大,当二者含量相近时,摩擦因数最大;填充物对磨损性能的影响与对摩擦因数的相同;随着PEEK含量的增加和PPS含量的减少,材料的磨损方式由疲劳剥落磨损为主转变为犁削、粘着磨损;PTFE含量的增加,使得复合材料的摩擦因数减小,而磨损有所增大。综合考虑认为,PTFE与适当比例的PEEK／PPS混合填充,具有合适的摩擦因数和较好的耐磨性,能够满足特殊工况下阻尼材料的需要。     

硬碳填充PTFE复合材料摩擦磨损性能研究

以硬碳为填料制备了PTFE基复合材料,并研究了该复合材料在干摩擦条件下与不锈钢对摩时的摩擦磨损行为,并探讨其磨损机制.实验结果表明:硬碳能提高FIFE硬度,硬碳/PTFE复合材料的耐磨性能明显优于纯PTFE.其摩擦因数随着硬碳含量的增加而减小.复合材料的摩擦表面SEM观察发现:纯PTFE摩擦表面分布着较明显的犁削和粘着磨损的痕迹,硬碳/PTFE的磨痕较浅,表明硬碳作为填料可有效地抑制FTFE的磨损.     

碳材料填充 PTFE 复合材料摩擦磨损性能

利用 MM-200 型磨损试验机考察了石墨、碳纤维、硬碳和软碳填充 PTFE 复合材料的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌及磨损机制.结果表明,碳材料可以不同程度地提高 PTFE 的耐磨性,它们对PT-FE 耐磨性的提高程度各不相同,其中以硬碳填充 PTFE 复合材料的磨损质量损失最小,石墨填充 PTFE 复合材料的磨损质量损失较大;不同填充材料对 PTFE 摩擦因数的影响各不相同,其中石墨填充 PTFE 的摩擦因数较小.石墨、软碳填允复合材料磨损机制以粘着磨损为主,硬碳、碳纤维复合材料,则表现为粘着磨损和磨粒磨损.     

不同表面形貌的接触线对浸金属碳滑板载流摩擦磨损性能的影响

在受电弓-接触网载流摩擦磨损过程中,接触线会产生不同的横截面形状,而接触线形貌的改变可能会影响弓网间的接触关系,进而影响弓网间的载流摩擦磨损性能。为研究不同表面形貌的接触线对浸金属碳滑板载流摩擦磨损性能的影响,利用环-块式高速载流摩擦磨损试验机,研究载流条件下常规形貌、麻点形貌、斜切形貌的接触线与浸金属碳滑板的摩擦磨损性能,比较采用不同形貌接触线时的摩擦因数、电弧能量和浸金属碳滑板的磨损量、表面形貌。试验结果表明：在直流电情况下,常规接触线与浸金属碳滑板组成的摩擦副的摩擦因数最小,滑板磨损量最低;采用斜切形貌接触线时的摩擦因数最大,滑板磨损量最大。通过SEM电镜观测浸金属碳滑板表面的磨损形貌,发现接触线为常规形貌时,滑板以氧化磨损为主,有较多的氧化物产生;接触线为麻点形貌时,滑板以电弧烧蚀和磨粒磨损为主,产生了细小裂纹和烧蚀坑,有较多的磨屑和剥落层出现;接触线为斜切形貌时,滑板以电弧烧蚀为主,有大裂纹和犁沟产生,并且烧蚀区域出现了较多的白色小球。研究表明,当接触线的形貌发生改变时,会导致滑板磨耗增加并加剧接触副电弧放电,从而恶化接触副的状态。因此,当接触线磨损变形严重时,应及时进行更换...