自润滑烧结镁基复合材料的拉伸、压缩和磨损行为（英文）

采用粉末冶金方法制备石墨/二硫化钼增强镁基自润滑复合材料,并分别表征这些复合材料的显微组织、物理性能、力学性能和磨损性能。利用XRD手段鉴定复合材料中的Gr/MoS_2相。显微组织观察表明,Gr/MoS_2颗粒均匀地分散在镁基体中。在室温条件下施加载荷5 g并保持15 s,测试复合材料的显微硬度,得到所有复合材料的显微硬度为VHN 29-34。使用显微硬度、拉伸和压缩试验研究材料的力学性能,并用扫描电子显微镜分析材料的断口形貌,得到Mg-10MoS_2复合材料最高的硬度、抗压强度和拉伸强度。用销-盘式摩擦仪测试烧结复合材料的摩擦因数和磨损量。另外,通过磨损表面特征,利用SEM系统分析复合材料的摩擦磨损机制。结果表明,与石墨相比,二硫化钼的摩擦因数和磨损有所减少。     

添加CeO_2对MoS_2基复合涂层摩擦学性能的影响

针对MoS_2基复合涂层耐磨性差和承载能力低的问题,以不同含量(质量分数)的CeO_2作为添加剂,采用喷涂法在GCr15钢表面制备MoS_2基复合涂层。利用摩擦磨损试验机和划痕仪分别研究涂层摩擦磨损性能和结合强度,并借助金相显微镜对涂层磨损形貌进行表征。结果表明:添加适量CeO_2可以改善涂层的摩擦磨损性能,其最佳含量为2%,此时摩擦因数和磨损量均最小,分别为0.232和0.011 3 mm~3;同时结合强度从22 N提高到28.29 N。涂层磨损量随载荷的增大而增大;而载荷小于8 N时,涂层的摩擦因数随载荷的增大而减小,当载荷大于8 N时,摩擦因数又有回升趋势。添加稀土后涂层的承载能力有明显提高。未添加稀土时,涂层产生严重剥离,并发生磨粒磨损;添加2%CeO_2后,涂层发生轻微磨粒磨损,耐磨性得到显著提高。     

(TiB2+Al3Ti)/Al-4.5Cu原位复合材料的高温耐磨性能

本文采用混合盐法制备了(TiB2 Al3Ti)/Al4.5Cu原位复合材料,研究了该复合材料在150℃下的干摩擦滑动磨损行为,并与基体合金进行对比.结果表明,载荷在10～20 N之间时,(TiB2 Al3Ti)/Al-4.5Cu原位复合材料的磨损量低于基体合金,但并不明显;随载荷的增加(特别是当载荷超过30 N之后),复合材料的磨损量仍低于基体合金,且复合材料的磨损量增大的速度小于基体合金磨损量的增长速度.(TiB3 Al3Ti)/Al-4.5 Cu原位复合材料同45钢对磨时的主要磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损.随着原位反应体系中混合盐含量的增加,复合材料的耐磨性能提高,并逐渐由粘着磨损向磨粒磨损过渡.     

石墨烯增强铜基复合材料的制备与性能

为了改善石墨烯在铜基体中的分散性和界面结合性,采用溶液混合法、球磨法使石墨烯包覆铜粉颗粒,采用真空热压烧结法制备石墨烯/铜基(GR/Cu)复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)观察复合粉体形貌,测试材料的致密度、硬度、导电性及摩擦磨损性能,并根据摩擦表面形貌分析磨损机制。结果表明:石墨烯能够均匀分散在铜基体中,随着石墨烯含量的增加,复合材料的硬度呈先增加后减小的趋势。当石墨烯质量分数为0.3wt%时复合材料综合性能较好,显微硬度为80 HV,比纯铜提高了12.7%,磨损量比纯铜减少了33%。     

比较研究Si C和MoS_2对铝基复合材料磨损行为影响（英文）

为了提高纯铝对钢的干滑动摩擦耐磨性,通过压制烧结混合粉末的方法制备不同SiC、MoS_2和SiC/MoS_2颗粒含量的铝基复合材料。显微结构分析表明,该合金结构致密,这与密度和硬度测试结果相吻合。在恒定载荷和滑动速度下进行复合材料与对偶为AISI 52100钢的销-盘式磨损试验。结果显示,当Al/SiC和Al/MoS_2复合材料中增强相的最佳含量分别为10vol%和2vol%时,材料的磨损率最低;而Al/10SiC/_2MoS_2复合材料的磨损率和摩擦因数最低。扫描电镜观察表明,在纯铝中加入MoS_2颗粒后,材料的主要磨损机理由粘着磨损转变为以磨粒磨损为主。对于Al/SiC和Al/SiC/MoS_2复合材料,其主要的磨损机理为轻微的剥层磨损。Al/SiC/MoS_2复合材料与Al/SiC复合材料的摩痕和磨损表面接近,表明SiC颗粒在这两种复合材料摩擦学行为中起主导作用。     

放电等离子烧结Cu-YSZ复合材料的显微组织表征和干滑动摩擦行为（英文）

采用放电等离子烧结制备钇稳定氧化锆(YSZ)增强铜基复合材料。为作比较,在相同条件下制备了纯铜样品。研究了粒子含量对复合材料显微组织、相对密度、电导率和维氏硬度的影响。利用销-盘装置研究材料在不同条件下的干滑动摩擦行为。干滑动摩擦测试后,采用场发射扫描电子显微镜对磨损表面进行观察。显微组织结果表明增强粒子在铜基体中分布均匀。所有样品的相对密度都达到95%以上。当YSZ含量从0增加至5%(体积分数)时,材料的电导率从99.2%IACS降至65%IACS。Cu-5%YSZ复合材料的硬度比纯铜硬度大两倍。在加载载荷为50 N和滑动距离为1000 m条件下,纯铜的体积损失和磨损率分别为1.48 mm~3和1.5×10-3 mm~3/m。而对于5%YSZ增强的复合材料,其体积损失和磨损率分别降至0.97 mm~3和0.9×10~(-3) mm~3/m。此外,材料的摩擦因数从0.6降至0.4。磨损表面和磨粒观察结果表明纯铜的磨损机理为塑形变形和分层,而对于复合材料,磨损机理为氧化和犁沟。因此,Cu-YSZ复合材料可用于要求具有高电导率和热导率以及耐磨性能的继电器、电流接触器,开关和断路器。     

放电等离子烧结添加TiC开孔钛基复合材料的磨损模式（英文）

采用放电等离子烧结法制备具有开孔隙的钛基复合材料(TMCs),研究添加TiC增强颗粒对材料摩擦性能的影响。材料中含有同等摩尔比的Ti和TiH_2以及不同体积分数的TiC(0、3%、10%和30%),烧结温度为850℃。采用纳米压痕和磨损试验评估材料的纳米硬度和耐磨性能,摩擦试验采用球-平面接触往复滑动模式。结果显示,随着TiC含量的增加,材料的纳米硬度从5 GPa增加到14 GPa。当TiC含量为10%时,材料的摩擦因数最低(0.2),磨损率也最低。当TiC含量较低时,样品发生粘着磨损,并伴随严重的塑性变形;当TiC含量适中时,样品表面形成机械混合层(MML);当TiC含量较高时,样品的主要磨损机制为磨粒磨损。总之,随着TiC含量的变化,材料的磨损机制、摩擦因数和磨损量也随之变化。     

自润滑纤维织物复合材料摩擦学性能研究

目的研究MoS_2和石墨填充对自润滑纤维织物复合材料摩擦学性能的影响。方法采用玄武三号栓-盘式摩擦磨损实验机,研究了石墨和MoS_2填充PTFE/棉纤纤维织物在不同载荷条件下的摩擦磨损性能,并采用扫描电镜观察了纤维织物复合材料的磨损表面和微观结构。结果在较低载荷下,填充5%MoS_2可以更有效地降低PTFE/棉纤纤维织物复合材料的磨损率;在较高载荷下,填充10%石墨可以更有效地降低PTFE/棉纤纤维织物复合材料的磨损率。载荷为219.52 N时,5%MoS_2填充PTFE/棉纤纤维织物复合材料的磨损率由未填充的1.28×10~(-14) m~3/(N·m)降低到0.61×10~(-14) m~3/(N·m),降低了50%;10%石墨填充PTFE/棉纤纤维织物复合材料的磨损率由1.28×10~(-14) m~3/(N·m)降低到0.91×10~(-14) m~3/(N·m),降低了28%。结论石墨和MoS_2填充在摩擦过程中减轻了磨粒的嵌入和切削作用,阻碍了复合材料的磨损,提高了PTFE/棉纤纤维织物复合材料的耐磨性能。     

多壁碳纳米管增强的Cu-Sn合金的显微组织和干滑动磨损行为（英文）

通过粉末冶金技术制备多壁碳纳米管(MWCNTs)增强的Cu-Sn合金纳米复合材料。CNTs的质量分数从0以0.5%的增量逐步增加到2%,研究纳米复合材料的密度、硬度、电导率和摩擦磨损行为。结果表明:纳米复合材料的密度随CNTs含量的增加而降低;添加CNTs能显著提高纳米复合材料的硬度;相对于没有增强的合金,纳米复合材料具有低的摩擦因数和更好的耐磨性。当外加负载为5 N时,与Cu-Sn合金相比,含量为2%的多壁碳纳米管增强的Cu-Sn合金纳米复合材料的摩擦因数和磨损量分别降低了72%和68%。报道了复合材料磨损表面的磨损机理。此外,合金的电导率随CNTs含量的增加而降低。     

热处理工艺对NiCrMoV钢微观组织和耐磨性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜研究了淬火温度(850~1050℃)+600℃回火对NiCrMoV钢组织的影响及其在不同载荷、滑动速度下的耐磨性能。结果表明:热处理后室温组织为铁素体和回火索氏体;硬度随淬火加热温度升高呈先增加后降低的趋势,900℃时达到最大,为41.2 HRC;保持滑动速度30 mm/s,磨损量随载荷增加呈先降后增,摩擦因数随载荷增加呈先减小后增大,900℃淬火样最小;固定载荷100 N,磨损量和摩擦因数随滑动速度增加呈先增后降低,淬火温度950℃时最小;当载荷200 N时,摩擦因数差异最小,在0.44~0.46内波动。低载荷或低速以磨粒磨损为主,高载荷或高速以磨损为主,粘着和磨粒磨损为辅的混合机制。     

C/C-Cu复合材料的组织和摩擦磨损性能

以炭纤维针刺整体毡为预制体，用化学气相渗透（CVI）、浸渍／炭化（I／C）的方法制备密度和基体炭不同的C／C多孔坯体，采用真空熔渗将熔融Cu渗入到C／C坯体中制备C／C-Cu复合材料，利用X射线衍射、金相显微镜和扫描电镜分析复合材料的组织结构，研究复合材料的摩擦磨损性能。结果表明：Cu成功地渗入C／C坯体中，并填充了坯体的孔洞和炭纤维之间的孔隙，复合材料的主要相为Cu、C及少量的TiC相，当渗剂中Ti的质量分数达到15％时，出现微量的Cu和Ti的金属化合物相；复合材料的摩擦因数随着摩擦时间的增加而逐渐增加并趋于稳定。渗剂相同时，摩擦因数和体积磨损量随着材料密度增加而增加；坯体相同时，随着渗剂中Ti含量增加，摩擦因数增加，体积磨损减小。随着外加载荷的增加，摩擦因数和体积磨损先增后减，80N载荷时均达到最大值；与J204电刷对比，同样条件下，两者摩擦因数接近，但C／C-Cu复合材料的体积磨损量远远小于J204电刷的。     

Cu对球墨铸铁耐磨性能的影响

制备了不同Cu含量的球墨铸铁,采用拉伸试验机和布氏硬度计对球墨铸铁进行力学性能测试,采用往复摩擦磨损试验仪进行干摩擦试验,通过金相显微镜和扫描电镜对试样的微观结构进行表征,并探讨了Cu对球墨铸铁耐磨性能的影响。结果表明:Cu能有效提高球墨铸铁的耐磨性能。磨损机制以塑性变形为主,随着珠光体含量增加,磨粒磨损加剧。随着摩擦时间延长,疲劳磨损加剧;随着载荷增大,摩擦因数减小。     

碳纳米管和碳化硅对铜混合纳米复合材料显微组织和干滑动磨损行为的影响（英文）

研究了多壁碳纳米管和碳化硅包覆铜增强铜基混合纳米复合材料的显微组织和摩擦性能。碳纳米管含量为1%~4%,碳化硅含量固定在4%。铜杂化纳米复合材料的合成过程包含球磨、冷压、烧结,随后热压。对混合纳米复合材料进行了密度、晶粒尺寸和硬度测试。在不同载荷条件下,在销-钢盘摩擦仪上采用干滑动磨损评估纳米复合材料的摩擦性能。结果表明,与纯铜相比,混合纳米复合材料的晶粒尺寸明显减小,4%碳纳米管增强杂化纳米复合材料的显微硬度提高了80%。混合纳米复合材料中碳纳米管含量的增加导致材料的摩擦因数和磨损率降低。     

生理盐水润滑下PEEK/WK复合材料的摩擦学性能

为研究生理盐水润滑条件下碳酸钙晶须含量、载荷大小、滑动速度因素对PEEK/CaCO3复合材料摩擦学性能的影响规律,并考察复合材料的摩擦学稳定性,在自制改性偶联剂处理晶须表面的基础上制备了PEEK/CaCO3复合材料,利用MMW1A立式万能摩擦磨损试验机对复合材料的摩擦学性能进行测试,用扫描电子显微镜(SEM)对磨损表面形貌进行扫描分析表征。结果表明,晶须含量对复合材料摩擦学性能影响明显,在0.9%的生理盐水润滑条件下PEEK/CaCO3复合材料随着晶须含量的增加,摩擦因数及比磨损率均呈现先减小后增大现象;当晶须质量分数为15%左右时,复合材料的摩擦因数达到最低值,同时比磨损量相对最低,复合材料与摩擦副的磨合过程相对平稳,具有较好的摩擦学性能,表现为粘着腐蚀磨损特征。外加载荷、滑动速度增大,材料的摩擦因数增大,比磨损率增加。     

Si含量对铝基复合材料摩擦性能的影响

采用粉末冶金法制备Si颗粒增强铝基复合材料,在不同的载荷条件下进行干摩擦试验,研究增强相Si含量对材料摩擦性能的影响。结果表明,增强相Si的加入有效提高了复合材料的摩擦性能;随着Si含量的增加,摩擦因数和磨损量均先减小后增大,当Si含量达到12%时,其摩擦性能最好。通过SEM和EDX分析铝基复合材料磨损表面,其磨损机制主要为磨粒磨损和氧化磨损。     

TiAl_3相对原位TiC/Al-4.5Cu复合材料高温磨损行为的影响

采用接触反应法制备了原位TiC/Al-4.5Cu复合材料,研究了微观组织中TiAl_3相对复合材料100~250℃高温下干摩擦磨损行为的影响。结果表明:高温下原位TiC/Al-4.5Cu复合材料磨损量均随载荷(15~55 N)增加而增加,但含TiAl_3相的复合材料磨损量始终较高。当载荷大于35 N,复合材料存在一个磨损加剧的临界转变温度;含TiAl_3相的复合材料该临界转变温度较低。TiAl_3相的存在降低了复合材料的耐磨性。     

C/C-Cu复合材料的载流摩擦磨损行为

采用无压熔渗工艺制备一种新型的具有自润滑耐磨性能的炭纤维整体织物/炭-铜(C/C-Cu)复合材料,在改装的MM-2000型环-块摩擦磨损试验机上考察其载流摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜观察分析磨损的表面形貌,研究不同载荷和电流强度下复合材料磨损表面的变化规律.结果表明:C/C-Cu复合材料的体积磨损率随电流强度和载荷的增大而增大;摩擦因数变化呈单峰曲线,随电流强度的增大先升高后降低;载荷为30和70 N,摩擦因数的峰值出现在10 A;载荷为50 N,摩擦因数的峰值出现在5 A,这与摩擦面粗糙程度有关;电流引发的摩擦面高温是造成对偶表面熔融的重要原因.     

密封用炭/炭复合材料的摩擦磨损性能

针对液体火箭发动机涡轮泵密封件磨损量较大问题,在MVF-1A多功能立式摩擦磨损试验机上,以GCr15钢环为对偶件,研究低载荷高线速度(12N,2.25m/s)以及高载荷低线速度(50N,1.25m/s)工况条件下热处理温度不同时(2 250、2 400和2 500℃)对炭/炭(C/C)密封材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电镜观察摩擦表面形貌,利用能谱仪确定摩擦表面元素组成。结果表明:低温(2 250℃)热处理材料石墨化度程度低,弯曲强度高,摩擦因数小,线性磨损量大;随着热处理温度的升高,材料石墨化程度升高、界面结合强度弱化,弯曲强度降低;当热处理温度升高到2 500℃后,材料表面易形成完整致密的磨屑膜,磨损机制由磨粒磨损转变为粘着磨损,摩擦因数大,线性磨损量低。此外,在高载荷条件下,适当增大线速度(1.50、1.88m/s),有利于降低摩擦因数及线性磨损量。由此可知,采用高温(2 500℃)热处理的C/C复合材料具有良好抗磨性能,可较好地满足密封件使用要求。     

二次热压法制备SiCp/Al复合材料的耐磨性能研究

采用快速升温二次热压法制备了(10~30)SiC/Al-0.8Si-1.2Mg-0.4Cu复合材料,并研究其与钢球对磨的摩擦磨损规律。结果表明,二次热压变形法能有效抑制剧烈的界面反应,得到高致密的SiCp/Al复合材料。复合材料的摩擦因数随SiC含量增加而增大,大载荷下增幅更明显。试验条件下,SiC/Al复合材料与GCr15钢的摩擦因数在0.3~0.5之间。复合材料的磨损率开始随载荷增大而增大,载荷超过5N后,SiC含量小于15%的试样磨损率继续增大,而SiC含量大于20%的试样的磨损率则急剧减少。这是由于高SiC含量试样在大载荷下表层生成的Al2O3增强了摩擦层。在载荷7N时,30SiC/Al复合材料的磨损率只有1.14×10-3mm3/m,说明该复合材料更适宜在大载荷下应用。     

离子渗氮对多弧离子镀CrN涂层摩擦学性能的影响

目的 采用离子渗氮技术强化40Cr钢基体,以提高大载荷条件下基体表面CrN涂层的耐磨性能。方法 首先采用离子渗氮技术强化40Cr钢基体,再采用多弧离子镀在强化后的基体表面上沉积硬质CrN涂层。采用金相显微镜和扫描电镜观察分析基体和涂层的微观形貌,采用划痕试验测试涂层与基体的结合力,采用维氏硬度表征涂层及基体不同深度的硬度,通过大载荷摩擦磨损试验研究基体强化对涂层耐磨性的影响。结果 经离子渗氮后,40Cr钢基体的表面硬度由380HV提高至879HV,渗层深度达到0.30 mm;多弧离子镀CrN涂层的表面硬度为2 380HV,厚度为33 μm,涂层的结合力达到37.79 N。摩擦磨损试验结果表明,40Cr钢基体的平均摩擦因数为0.92,磨损量为43.1 mg,磨痕宽度和深度分别为1 805、224 μm;经离子渗氮后40Cr钢基体的平均摩擦因数为0.68,磨损量为28.4 mg,磨痕的宽度和深度分别为1 260、156 μm;未强化基体表面CrN涂层的平均摩擦因数为0.55,磨损量为19.4 mg,磨痕的宽度和深度分别为884、89 μm,在摩擦磨损试验中出现了涂层剥落失效现象;经强化后基体表面CrN涂层的平均摩擦因数为0.42,磨损量为2.6 mg,磨痕的宽度和深度分别为328、16 μm,未出现涂层剥落现象。结论 采用离子渗氮强化基体的方法,使基体、渗氮层、CrN涂层形成了硬度梯度,提高了多弧离子镀CrN涂层的耐磨性能,避免在大载荷条件下出现因基体变形引起的涂层脱落失效。