含NbSe2的铜基电接触复合材料的制备及其真空摩擦学性能研究

本研究采用粉末冶金工艺制备出含纳米NbSe₂(1wt%~9wt%)的铜-石墨自润滑复合材料。在微摩擦试验机及超低温摩擦试验机上进行摩擦磨损实验, 通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM )等分析其物相、形貌及磨痕, 并探讨了该复合材料在大气、真空试验条件下的磨损机理。结果表明: NbSe₂的加入显著提高铜基复合材料的摩擦学性能; 真空干摩擦条件下不含NbSe₂复合材料的摩擦系数有所增大, 但添加NbSe₂(5.5wt%)的自润滑复合材料摩擦系数更小(μ=0.185), 承载能力更高, 其磨损是粘着磨损、接触疲劳磨损共同作用的结果。     

Fe3O4@CuO磁流体的制备和边界润滑性能

采用化学共沉淀法合成了纳米Fe₃O₄和纳米Fe₃O₄@CuO粒子。采用场发射透射电镜(FETEM)、X射线衍射仪(XRD)、振动样品磁强计(VSM)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对纳米粒子进行表征。采用表面活性剂法制备了不同粒子含量的PAO3磁流体。利用磁流体对外加磁场的响应特性和紫外分光光度计对磁流体分散性进行了表征。采用摩擦副为12CrNi4A和Si₃N₄的UMT-3往复摩擦磨损试验机对磁流体的摩擦学性能进行了评估。摩擦实验结果表明,含纳米Fe₃O₄粒子的PAO3基磁流体的润滑效果比较差。而质量分数为1%的纳米PAO3基Fe₃O₄@CuO粒子磁流体润滑时的摩擦系数相比于PAO3油润滑降低了29.6%,磨痕宽度降低了49.6%。从磨痕表面分析来看,这得益于CuO的摩擦烧结作用,在摩擦表面形成了有效的摩擦膜并修复磨损表面。     

片状纳米Al2O3/环氧树脂复合材料的制备及性能

采用水热法制备片状纳米Al₂O₃,经过偶联剂改性后与环氧树脂复合,通过溶液混合法制备了不同填充量的片状纳米Al₂O₃/环氧树脂复合材料,研究了片状纳米Al₂O₃用量对片状纳米Al₂O₃/环氧树脂复合材料介电性能和热性能的影响,利用SEM对复合材料的断口形貌进行了表征。结果表明: 片状纳米Al₂O₃在环氧树脂基体中分散良好;随着片状纳米Al₂O₃填充量的增加,复合材料的起始热分解温度升高、介电强度增大,当片状纳米Al₂O₃的填充量为7wt%时,复合材料的介电强度为 29.58 kV/mm,比纯环氧树脂的介电强度提高了30%;复合材料的介电常数(3.8~4.5)和介电损耗(0.015)比纯环氧树脂稍有增大,但仍维持在较好的介电性能范围内。     

MoO3-氧化碳纳米管改性玻璃纤维/环氧树脂复合材料的摩擦磨损性能

为改善玻璃纤维/环氧树脂(GF/EP)复合材料的耐摩擦磨损性能,采用真空抽滤法制备柔性MoO₃纳米带-氧化碳纳米管膜(m-MoO₃-OCNTs),并结合真空辅助树脂转移模塑(VARTM)工艺制备m-MoO₃-OCNTs改性GF/EP (m-MoO₃-OCNTs-(GF/EP))复合材料。结果表明,m-MoO₃-OCNTs显著提高了GF/EP复合材料的导热系数和自润滑性能,在干摩擦测试条件下,可在m-MoO₃-OCNTs-(GF/EP)复合材料与对偶面之间形成有效传递摩擦热的高质量连续转移膜;与GF/EP复合材料相比,m-MoO₃-OCNTs-(GF/EP)复合材料的耐摩擦磨损磨性能提高了约4倍。     

二硫化钼/硫化铜纳米杂化材料改性环氧树脂摩擦学性能研究

采用两步水热法制备了具有核壳结构的二硫化钼/硫化铜(MoS₂/CuS)纳米杂化材料，然后将其作为填料与环氧树脂复合，制备了环氧树脂/二硫化钼/硫化铜(EP/MoS₂/CuS)复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析了产物的化学组成和形貌特征，并利用多功能摩擦磨损试验机对EP复合涂层的摩擦磨损性能进行了探究。结果表明：MoS₂纳米片均匀地包覆在CuS表面，形成了以MoS₂为壳，CuS为核的杂化体。单体MoS₂、CuS和杂化材料MoS₂/CuS均能改善EP的摩擦学性能，其中杂化体MoS₂/CuS的改善效果最好，当MoS₂/CuS质量分数为1.25%时，EP/MoS₂/CuS复合材料的摩擦系数和磨损率较纯EP分别降低了36.8%和35.7%。     

单分散无溶剂纳米SiO2流体对环氧树脂的改性

以纳米粒子SiO₂为核、表面活性剂N,N-十二基-N-甲基-N-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氯化铵(SID3392)为颈状层、聚(乙二醇)4-壬基苯基醚3-磺丙基钾盐(PEGS)为冠状层,制备出了无溶剂纳米SiO₂流体。无溶剂纳米SiO₂流体为牛顿流体,在室温下具有较低的黏度,在26.5 ℃时其黏度为4.3 Pa·s,无溶剂纳米SiO₂流体中SiO₂的含量为13.65wt%。将该无溶剂纳米SiO₂流体加入环氧树脂中,制备了无溶剂纳米SiO₂流体/环氧树脂复合材料。TEM结果表明: 无溶剂纳米SiO₂流体在环氧树脂基体中具有良好的分散性。DSC测试表明: 无溶剂纳米SiO₂流体的加入会略微降低环氧树脂的固化温度。当纳米SiO₂流体加入量为2.5wt%时,复合材料的冲击性能提高了164.7%,玻璃化温度提高了15.4 ℃。断面SEM结果显示无溶剂纳米SiO₂流体能够提高环氧树脂的韧性。     

有机无机掺杂微胶囊的制备及摩擦学性能

采用原位聚合法,以甲基硅油为芯材,三聚氰胺-甲醛树脂(MF树脂)和氧化锌纳米棒为壁材,得到复合壁材自润滑微胶囊,通过浇注聚合法制备了环氧树脂自润滑微胶囊复合材料。通过扫描电镜、热重分析、MRH环块摩擦试验机、万能拉伸试验机,考察了微胶囊对环氧树脂复合材料力学、热学及摩擦学性能的影响。复合材料的性能测试结果表明,所制得的复合壁材微胶囊在EP基体中结构清晰、结构新颖、形状规则——呈现"类海胆"结构。当加入25%的BSLMs后,复合材料初始分解温度上升了120℃,平均摩擦系数和磨损率分别降低了57.68%、45.2%,其拉伸强度和模量较纯样分别增加了7.53%和5.92%,弯曲强度和弯曲模量分别升高了5.39%和3.72%。这是由于纳米氧化锌棒的增强作用,随着其含量的增加,复合材料的热稳定性能、力学性能均相对单壁材微胶囊复合材料有所提高,同时摩擦学性能有了明显改善,极大地提高了复合材料的综合使用性能。     

甲基硅油微胶囊/聚苯乙烯复合材料及其摩擦学性能

以甲基硅油为芯材,三聚氰胺-甲醛树脂为壁材,采用原位聚合法合成了具有自润滑功能的微胶囊(MCLMs);以苯乙烯(St)为单体、偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂、MCLMs为功能填料通过本体浇注法制备了MCLMs/聚苯乙烯(PS)复合材料。采用扫描电镜、透射电镜、纳米压痕仪表征了MCLMs的表观形貌和壳层硬度,通过高速环块摩擦磨损试验机、热重分析和万能试验机评价了复合材料的摩擦磨损性能、热稳定性能和力学性能,对复合材料的磨损形貌进行了观察。结果表明,添加质量分数为15%的MCLMs复合材料在100 N,50 r/min下的摩擦系数为0.22,磨损率降低92%;MCLMs对聚苯乙烯基体增韧效果显著。     

氧化石墨烯-SiO2杂化材料对环氧树脂拉伸性能的影响

为了提高环氧树脂的力学性能,采用一步合成法制备得到氧化石墨烯(GO)-SiO₂(GO-SiO₂)杂化材料,利用扫描电子显微镜(SEM)对杂化材料的形貌进行表征,成功制得了具有三维结构的GO-SiO₂杂化材料;将GO、SiO₂颗粒和GO-SiO₂以相同的含量(质量分数均为0.1%)添加到环氧树脂中制备复合材料,利用万能强力仪测试复合材料的拉伸性能,比较3种填料对树脂基复合材料拉伸性能的影响;再分别将质量分数为0.1%、0.3%和0.5%的GO-SiO₂添加到环氧树脂中制备GO-SiO₂/环氧树脂复合材料,比较不同质量分数的GO-SiO₂对树脂基复合材料拉伸性能的影响;利用SEM对拉伸样条的断截面进行扫描测试,分析了不同种类和不同比例的填料对树脂基复合材料的增强增韧效果,并分析其增强增韧机制。结果表明: GO-SiO₂的增强增韧效果明显优于GO和SiO₂颗粒,当GO-SiO₂的添加质量分数为0.3%时,其增强增韧效果最佳。     

功能化纳米TiO2/环氧树脂超疏水防腐复合涂层的制备与性能

超疏水材料在金属防腐领域具备巨大的潜在应用前景。为得到疏水性能及防腐性能俱优的纳米TiO₂/环氧树脂复合涂层材料,首先以三甲氧基十七氟癸基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)对纳米TiO₂表面功能化;以全氟辛基甲基丙烯酸酯对固化剂二乙烯三氨(DETA)进行氟化;最后通过一步共混法和两步喷涂法分别制备出两种复合涂层。利用FTIR、XPS、1HNMR分析氟化固化剂(F-DETA)和氟化纳米TiO₂(f-TiO₂)的物相组成和组织结构。接触角测试仪和静置实验表明,当三甲氧基十七氟癸基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的摩尔比为1∶15时f-TiO₂的性能最佳,所制备的复合涂层接触角达到164.9°。SEM表征结果显示通过两步法制备的f-TiO₂/环氧树脂复合涂层具备更均匀的粗糙表面、涂层内部孔隙率较低且环氧树脂层与f-TiO₂层具备梯度结构。摩擦实验证明两步法制备的f-TiO₂/环氧树脂复合涂层的超疏水性具备较好的机械稳定性。Tafel极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)研究表明,通过两步法制备的f-TiO₂/环氧树脂复合涂层具有优异的防腐性能,其腐蚀抑制效率高达99.99%。      

石墨烯负载纳米Fe3O4复合材料的摩擦学性能

采用液相超声直接剥离法制备了石墨烯负载纳米Fe₃O₄复合材料, 用SEM、TEM对其形貌进行了表征, 利用多功能往复摩擦磨损试验仪考察了石墨烯负载纳米Fe₃O₄复合材料在纯水中的摩擦磨损性能。通过SEM、XPS分别分析了磨痕表面的形貌、典型元素的化学状态, 初步探讨了石墨烯负载纳米Fe₃O₄复合材料在纯水中的润滑机理。结果表明: 纳米Fe₃O₄均匀分布于多层石墨烯片层表面和层间, 粒径为20~90 nm; 其作为纯水添加剂具有良好的减摩抗磨性能, 如试验载荷为10 N, 浓度为0.01wt%的石墨烯负载纳米Fe₃O₄复合材料水分散体系润滑时比纯水润滑的摩擦系数和磨损体积分别下降26.7%和35.4%, 这主要是由于复合材料在磨损表面形成了吸附膜、含石墨烯和纳米Fe₃O₄的边界润滑膜, 抑制了Fe的氧化, 减轻了摩擦表面的磨损。     

SiO2-竹纤维协同改性对环氧树脂基复合材料摩擦磨损性能的影响

为了提高环氧树脂（EP）基复合材料的摩擦磨损性能,制备低成本耐磨材料,选用纳米SiO₂粒子和竹纤维（BF）等作为填料,制备了纳米SiO₂-BF/EP复合材料。通过摩擦磨损测试仪、动态热机械分析仪和SEM研究了纳米粒子和纤维对复合材料的耐磨性能、热学性能及微观结构的影响。研究结果表明:单独加入BF后,BF/EP复合材料的体积磨损较同条件下的纯EP大幅度降低,最多可降低71%;同时加入SiO₂纳米粒子和BF后,对纳米SiO₂-BF/EP复合材料的玻璃化转变温度和体积磨损影响显著,玻璃化转变温度比纯EP提高了11℃,达到了124℃,体积磨损较同条件下的纯EP下降了约75.3%。      

超声波辅助制备癸酸-棕榈酸@改性SiO2调温调湿复合材料超声波辅助制备癸酸-棕榈酸@改性SiO2调温调湿复合材料

以硅烷偶联剂改性SiO₂为壁材,癸酸（DA）-棕榈酸（PA）为芯材,利用超声波辅助溶胶-凝胶法制备DA-PA@改性SiO₂调温调湿复合材料,分析了硅烷偶联剂用量、超声波功率、超声波时间和超声波温度对DA-PA@改性SiO₂调温调湿复合材料粒径的影响,以及相关性能。结果表明,利用超声波辅助溶胶-凝胶法制备DA-PA@改性SiO₂调温调湿复合材料,可以显著降低粒径尺寸和减小粒径分布。当硅烷偶联剂用量为4.0 g、超声波功率为120 W、超声波时间为100 min和超声波温度为60℃时,DA-PA@改性SiO₂调温调湿复合材料的粒径较小且粒径分布较窄,即d₉₀=87.36 nm、d₅₀=63.34 nm、d₁₀=44.02 nm和d₉₀-d₁₀=43.34 nm,在相对湿度40.0%~65.0%范围内的平衡含湿量为0.1864~0.2379 g/g,相变温度为20.23~23.59℃,相变潜热为40.91~46.72 J/g,稳定性能良好。      

Graphene/SiO2纳米复合材料作为水基润滑添加剂的摩擦学性能

以石墨烯和正硅酸乙酯为原料用溶胶-凝胶法制备了Graphene/SiO₂纳米复合材料，用球盘式摩擦磨损试验机评价其作为水基润滑添加剂在不同载荷和浓度下的摩擦学性能。用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段表征了摩擦副的表面形貌和元素特征。结果表明：在15N载荷工况下，Graphene/SiO₂纳米复合材料作为添加剂在超纯水中含量为0.2%(质量分数)时具有最佳的摩擦学性能，比超纯水的摩擦系数降低了17.9%，钢球磨损率降低了61.7%。基于磨损表面分析提出的润滑机制为：在摩擦过程中，Graphene/SiO₂纳米复合材料在磨损表面生成的物理吸附膜、Graphene的层状剪切作用以及SiO₂在磨损表面的修复作用和滚珠轴承作用，使超纯水的摩擦学性能提高。     

SiO2/环氧树脂基纳米复合材料的室温和低温力学性能

利用溶胶-凝胶法制备了SiO₂/环氧树脂基复合材料,研究了材料的室温与低温(77 K)下的力学性能。结果表明,适量SiO₂的引入提高了室温与低温下材料的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度,即SiO₂含量在2%时可同时起到增强、增韧作用。采用扫描电镜(SEM)和透射电镜 (TEM)分别对复合材料的断口形貌和高温焚烧后残留物纳米颗粒进行了观察。还利用动态力学分析(DMA)研究了二氧化硅的引入对复合材料的影响。      

不锈钢背锡青铜梯度自润滑材料的评价

为了研制一种高性能自润滑轴承内套圈材料,以锡青铜、316L不锈钢和MoS₂粉末为原料,采用多坯料挤压成形与烧结致密化相结合的方法,制备了芯部承压层为316L不锈钢,表面固体润滑层为锡青铜和MoS₂,中间过渡层为锡青铜、? 316L不锈钢和MoS₂的不锈钢背锡青铜梯度自润滑复合棒材,采用光学金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对其微观组织进行观察、并采用万能材料试验机(MTS)和摩擦磨损试验机对其物理力学性能和摩擦性能进行测试。结果表明:在氢气保护气氛下,1050℃保温2 h可以制备出致密性良好,各层显微组织过渡平缓,硬度和摩擦因数沿径向呈梯度分布的自润滑材料。材料实测平均密度8.35 g·cm-3,相对密度96.8%;径向压溃强度950 MPa;自润滑层工作面摩擦因数约0.30,显微维氏硬度1。44 GPa;磨损率5.2×10-9 m·N-1·m-1。与其他固体自润滑材料相比,不锈钢背锡青铜梯度自润滑材料的力学性能、耐磨性能等显著提高。      

一种多功能有机蒙脱土-纳米TiO2/环氧树脂复合材料

将有机蒙脱土（O-MMT）和纳米TiO₂共同复合到环氧树脂中,成功地制备出了一种高性能多功能O-MMT-纳米TiO₂/环氧树脂复合材料。由XRD检测结果和TEM观察结果证实,由于利用了O-MMT、纳米TiO₂与环氧树脂间的相互作用,蒙脱土（MMT）层被高度剥离,所得的二维MMT纳米单片与零维纳米TiO₂颗粒交错分布于树脂基体中。力学性能测试、热分析和耐沾污性试验表明,O-MMT-纳米TiO₂/环氧树脂复合材料的多项性能都比纯环氧树脂有大幅提高。     

MnO2-CeO2纳米复合材料的制备及其对CO的净化催化性能

采用溶液燃烧法制备层状多孔结构MnO₂-CeO₂纳米复合材料。催化氧化实验表征产物结果表明,相较于纯CeO₂,MnO₂-CeO₂纳米复合材料催化氧化CO性能明显提升：当复合材料(MnO₂)所占百分比为30%时,CO的转化温度最低,有望成为低成本高性能的新型CO催化剂。     

磁功能化石墨烯改性环氧树脂及其复合材料的性能

先以氧化石墨烯和三氯化铁为原料并用高温水热法制备还原氧化石墨烯/ Fe₃O₄(rGO/Fe₃O₄)复合物,再用其改性环氧树脂制备出rGO/Fe₃O₄/环氧树脂复合材料,研究了(rGO/Fe₃O₄)复合物的添加对其性能的影响。结果表明,(rGO/Fe₃O₄)复合物的添加量为30%的复合材料其冲击强度达到27 kJ/m²,比纯环氧树脂的冲击强度提高了58.8%。在环氧树脂中添加rGO/Fe₃O₄复合物,使其吸波性能显著提高。rGO/Fe₃O₄复合物的添加量为20%的复合材料,其反射率在小于-10 dB的频率范围为7.7~12.3 GHz,有效吸收频宽达4.6 GHz,覆盖了整个X波段。随着石墨烯含量的提高rGO/Fe₃O₄/环氧树脂复合材料达到最小反射率的位置向低频位置移动,控制rGO和Fe₃O₄的相对含量可调控这种复合材料的吸波性能。     

SiO2 PMMA-GMA亚微米复合粒子的制备及其对环氧树脂的改性

用溶胶-凝胶法制备了表面含可聚合官能团的亚微米SiO₂粒子,利用在其表面的乳液聚合成功制备了具有核-壳结构的SiO₂-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)-甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)复合粒子,通过TEM、FTIR和TGA对其结构进行了表征;然后制备了SiO₂-PMMA-GMA/环氧树脂复合材料,利用SEM观察其断裂形貌,并分析了复合粒子增韧环氧树脂的机制。结果表明: SiO₂为复合粒子的内核,粒径约为180 nm,其表面被PMMA-GMA聚合物包覆,厚度约为20 nm;PMMA-GMA聚合物与SiO₂的质量比为87.4%,PMMA-GMA聚合物对SiO₂的接枝率及PMMA-GMA聚合物的有效接枝率分别为77.0%和88.1%;当SiO₂-PMMA-GMA复合粒子在环氧树脂中的含量为4wt%时,其固化后的冲击强度可由19.2 kJ/m²增加到42.0 kJ/m²。