原位自生钢基复合材料耐磨性能的研究

用铸造的方法制备了原位自生复合碳化物[(Ti,W,Cr,V,Nb)C]增强钢基复合材料,并对该复合材料的磨粒磨损性能及磨损机理进行了研究。结果表明,采用该方法制备的钢基自生复合材料中,自生碳化物颗粒细小、圆整、且分布均匀,碳化物颗粒增强相体积分数达到42.8%;原位自生钢基复合材料的耐磨性能优良。在磨粒磨损条件下,其磨损机制主要是显微切削、颗粒脱落和脆性剥落;稀土和合金元素能够提高原位自生钢基复合材料的耐磨性能。     

原位自生Sip/ZA27复合材料的磨损性能

研究Sip体积分数和实验温度对原位自生Sip/ZA27复合材料磨损性能的影响。结果表明：随着Sip体积分数的增加,其耐磨性呈先增大、后减小、进而又增大的趋势;随着实验温度的升高,复合材料的耐磨性减弱,但不同Sip体积分数的材料其耐磨性减小的幅度不同;所有这些变化均由磨损机理决定;随Sip体积分数的增加,材料的主导磨损机制将从较严重的磨损机制——塑性变形诱导磨损和粘着磨损转向轻微的磨损机制——涂抹磨损,进而又转向严重的磨损机制——塑性变形诱导磨损,最后则又转变为相对轻微的磨损机制——伴随磨料磨损的涂抹;随着实验温度的升高,主导磨损机制从轻微的磨损机制——伴随磨料磨损的涂抹转向严重的磨损机制——塑性变形诱导磨损和粘着磨损;高硬度磨层的形成与否决定着Sip/ZA27复合材料的耐磨性及磨损机制。     

载荷对钢基自生复合材料高速磨损性能的影响

采用铸造的方法制备了钢基自生复合材料,并通过MMS-1G高速销盘摩擦磨损试验机、扫描电镜和能谱仪,研究了钢基自生复合材料的微观组织和载荷对该复合材料高速磨损性能的影响.结果表明,制备的复合材料中自生碳化物颗粒细小、圆整、分布均匀,自生碳化物体积分数可达到31%左右.在40m/s的滑动速度下,钢基自生复合材料的磨损率随载荷的提高而增大,当载荷从50N增加至150N时,该复合材料的磨损率也由0.99×10-6g/m增加到4.2×10-6g/m,复合材料的摩擦因数则随载荷增加而降低.对自生复合材料的磨损机理进行了探讨.     

TiB_2颗粒尺寸和质量分数对原位自生TiB_2/Al复合材料耐磨性能的影响

采用原位合成法制备了不同质量分数的TiB_2/Al复合材料,从热力学计算和试验两方面进行分析,得出原位自生法合成的复合材料中仅有TiB_2颗粒且稳定存在。借助激光粒度仪、摩擦磨损试验机、扫描电镜等分析了通过萃取试验获得TiB_2颗粒的粒度以及其对TiB_2/Al复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明,TiB_2颗粒尺寸随TiB_2/Al复合材料中TiB_2含量的增加而增加。随着载荷的增加,相同TiB_2含量复合材料的平均摩擦系数呈现减小的趋势,而磨损量快速增加;相同载荷下,随着TiB_2含量的增加,复合材料的平均摩擦系数和磨损量均先减小后增大。通过对磨损表面形貌分析,发现复合材料在试验条件下的磨损机理由粘着磨损转变为粘着磨损和磨粒磨损。     

烧结温度对Fe-Al/Al复合材料显微结构和耐磨性的影响

采用粉末冶金液相烧结法制备了Fe-Al/Al原位复合材料,应用X射线衍射仪、扫描电镜、摩擦磨损试验机研究了烧结温度对Fe-Al/Al原位自生复合材料微观组织及耐磨性能的影响。结果表明:原位自生Fe3Al增强相的颗粒尺寸随着烧结温度的升高先减小后增大,硬度及耐磨性呈先上升后下降的趋势。当烧结温度为440℃时,短棒状Fe3Al增强颗粒数目最多,弥散分布在基体上。硬度达到63.3 HV,约为纯铝的2倍;磨损率达到0.73%,与纯铝相比降低了2.4倍,并且磨损形貌以磨粒磨损为主。     

原位自生NbC/H13钢复合材料抗磨损性能研究

H13钢作为盾构机刀圈材料，主要用于破碎坚硬岩石。在盾构机掘进过程中，刀圈的磨损是不可避免的，过度的磨损会导致掘进效率的降低，增加施工风险。为了提高H13钢的耐磨性，采用重力铸造原位自生的方法，制备了体积分数为1%、3%、5%的原位自生NbC/H13钢复合材料。采用金相显微镜、扫描电子显微镜对复合材料的物相组成与组织结构进行分析，使用冲击试验机、三体磨料磨损试验机对不同体积分数NbC/H13钢复合材料的冲击韧性、磨料磨损性能进行研究。结果表明，制备的复合材料组织致密，NbC增强相在基体中弥散分布。随着增强相体积分数提高，增强相的形态由网状逐渐向小棒状和颗粒状转变；复合材料的冲击韧性值随着增强相的体积分数提高逐渐下降，当NbC含量在5%(体积分数)时，冲击韧性到最小值6.5 J；三体磨料磨损结果表明，随着NbC体积分数的增加，有效减少磨料对钢基体的磨损，从而进一步提高了复合材料的耐磨性，与基体材料相比，耐磨性提高了2.1倍。     

等离子熔化沉积TiC增强Inconel 718基原位自生复合材料显微组织及高温耐磨性

为改善镍基高温合金Inconel 718的高温耐磨性,利用同轴送粉等离子熔化沉积快速成形技术原位合成了TiC增强Inconel 718高温合金基高温耐磨复合材料。分析了复合材料的显微组织结构和原位自生过程,探讨了增强相TiC的含量对复合材料的显微硬度及高温干滑动摩擦磨损性能的影响规律,研究了复合材料的高温磨损机理。结果表明:复合材料组织细小致密,显微硬度随TiC增强相体积分数增加而相应提高;在高温干滑动磨损实验条件下,复合材料表现出优异的耐磨性。     

激光原位合成TiB-TiC颗粒增强钛基复合材料的组织与其耐磨性能

采用激光沉积制造技术原位合成以TiB-TiC为增强相的钛基复合材料。借助XRD、SEM、EDS以及硬度测试和室温耐磨实验,研究钛基复合材料的组织及其耐磨性能。结果表明:制备样品中的强化相为TiC和TiB,其中TiC呈近似等轴状,TiB呈晶须状或棱柱状;随着增强相含量的增加,钛基复合材料硬度增加,但摩擦系数变化不大,磨损失重先减小后增大,说明钛基复合材料的耐磨性能不仅仅与硬度有关;与基材相比,B元素和C元素为1.2%和0.84%(质量分数)的钛基复合材料具有较好的耐磨性能,其磨损失重仅为基材的53%;钛基复合材料的磨损机制为磨粒磨损和极少量氧化磨损的共同作用。     

淬火温度对GCr15轴承钢摆线轮组织和摩擦磨损性能的影响

对GCr15轴承钢摆线轮在不同温度淬火及低温回火后的组织、物相和硬度进行分析,通过摩擦磨损试验机和激光共聚焦显微镜对其摩擦磨损性能进行测试和表征。结果表明：经不同温度淬火及低温回火后,试样的组织主要由马氏体、碳化物和残留奥氏体组成。随着淬火温度的升高,试样中碳化物的平均尺寸和体积分数逐渐减小,马氏体含量也逐渐减少,而残留奥氏体含量逐渐升高,硬度先升高后降低;试样的摩擦系数与磨损率随淬火温度的升高先减小后增大,磨损机制主要为磨粒磨损,当淬火温度为840℃时,试样的磨损最轻微,耐磨性能最佳。     

感应熔覆原位自生TiCp/Ni基合金复合涂层组织与摩擦磨损特性

以Ni60A、Ti粉和石墨粉为原料,利用感应熔覆技术在16Mn钢基材表面制备出原位自生TiC颗粒增强金属基复合涂层。应用SEM和XRD方法分析了涂层的显微组织。结果表明:复合涂层与基材实现了良好的冶金结合,复合材料涂层由TiC颗粒、-γNi奥氏体枝晶和枝晶间M23C6共晶组织组成;随着Ti C体积分数的增加,耐磨性增加。复合涂层的磨损机理为显微擦伤式磨损。     

原位自生(TiC+TiB)/Ti6Al4V复合材料摩擦磨损性能研究

本文用原位反应法制备了不同TiC和TiB增强相含量的(TiC+TiB)/Ti6Al4V复合材料(简记为TMC),用HT-1000型摩擦磨损试验机研究了外加载荷对原位本文用原位反应法制备了不同TiC和TiB增强相含量的（TiC+TiB）/Ti6Al4V复合材料（简记为TMC）,用HT-1000型摩擦磨损试验机研究了外加载荷对原位（TiC+TiB）/Ti6Al4V复合材料干滑动摩擦磨损性能的影响,并利用扫描电镜及布鲁克三维形貌仪观察分析其磨损行为。结果显示,与Ti6Al4V基体相比,TiC+TiB增强相的生成提高了复合材料的耐磨性。对于含不同体积分数增强相的复合材料,随着外加载荷的增加,材料的磨损率和磨损深度增加,摩擦系数减小且在小范围内波动。在小负载下,磨损的表面覆盖有一些沟槽和少量磨屑;在大负载下,磨损的表面覆盖有一些浅沟槽和大量磨屑。磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。随着负荷增加,碎屑的尺寸增加,磨损加剧。     

Friction and Wear Behavior of Carbon Fabric-Reinforced Epoxy Composites

Besides intrinsic material properties, weight/energy savings and wear performance play an important role in the selection of materials for any engineering application. The tribological behavior of carbon fabric-reinforced epoxy composites produced by molding technique was investigated using a reciprocating pin-on-plate configuration. It was shown that the wear rate considerably decreased (by a factor of approx. 8) with the introduction of the reinforcing carbon fabric into the epoxy matrix. It was observed that the wear rate of the tested composites increased with an increase in normal load. Moreover, the coefficient of friction for epoxy/steel and composites/steel tribo-pairs was also determined and decreased with increasing load. By means of scanning electron microscopy of the wear tracks, different wear mechanisms such as matrix wear, matrix fatigue and cracking, matrix debris formation for neat epoxy together with fabric/fiber thinning, fabric breakage and fabric/matrix debonding for the reinforced epoxy could be distinguished.     

原位合成Al2O3增强铝基复合材料的摩擦磨损性能

通过采用粉末冶金和原位合成技术相结合的近净成形技术制备Al-5％Si-Al2O3复合材料,并运用M一2000摩擦磨损试验机对该复合材料的摩擦磨损性能进行研究。通过单一变量比较法分析载荷和滑动速度对Al-5％Si-Al2O3复合材料摩擦磨损性能的影响,同时对长时间连续磨损下该材料的摩擦性能进行研究。通过扫描电子显微镜对Al-5％Si-Al2O3复合材料的磨损表面进行观察,并分析其磨损机制。结果表明,随着载荷的增大,试样的磨损量和摩擦因数均增加;随着滑动速度的增大,试样表面的升温使得产生氧化层的速率增加,试样的磨损量和摩擦因数均减少。在长时间的连续磨损过程中,由于初始时发生粘着磨损,试样的摩擦因数随着滑动距离的增大而增大。然后,试样表面氧化层的形成和破坏趋于动态平衡,试样表面相对稳定,其摩擦因数也随之趋于平稳。铝基复合材料的磨损机制主要为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。     

Al2O3/Mo复合材料的制备与性能

采用溶胶-凝胶法制备氧化铝颗粒增强的钼基复合材料.测定了钼基体的显微硬度;用SEM,TEM及XRD分别对混合粉体与坯体进行了微观分析;用销盘式摩擦磨损试验机测定了复合材料的滑动磨损性能.结果表明:在复合粉体及其材料中,Al2O3作为分散相具有细化晶粒的作用,随氧化铝体积分数增加,钼基体显微硬度增加,复合材料摩擦系数缓慢降低,磨损量先增加后减少,一定程度上改善了材料的磨损性能.     

TiC增强高锰钢基复合材料的组织与磨损性能

高锰钢是传统的耐磨材料。为进一步提升高锰钢的耐磨性能,使其能满足复杂工况的使用要求,本文采用凝固析出方法制备了不同体积分数TiC增强的高锰钢基复合材料,系统研究了复合材料的显微组织和磨料磨损性能。热处理后,复合材料由奥氏体和TiC两相组成,TiC颗粒均匀分布在高锰钢基体中,颗粒与基体界面清洁。磨料磨损实验表明,TiC颗粒的引入提高了复合材料耐磨性能。然而,复合材料的磨损性能随着TiC体积分数的增加而降低。研究表明这是因为随着TiC体积分数的提高,陶瓷粒径尺寸增大且部分形成团簇,陶瓷颗粒在磨损过程中发生破碎从而提高磨损率。     

WC颗粒增强钢基表面复合材料的高温摩擦磨损性能

为了对高温磨损工况下表面复合材料的设计提供理论依据,采用高温摩擦磨损试验机对通过真空实型铸渗法制各的WC/钢基表面复合材料的高温磨损性能进行了研究.通过对不同温度下摩擦磨损数据进行分析,结果表明,在温度较低(0～200℃)时,摩擦副具有较大的摩擦系数,随着温度的升高,摩擦系数先降低后增大,而表面复合材料的磨损率随着温度的升高呈先略有降低后升高再降低的趋势.WC颗粒增强钢基表面复合材料在200℃时磨损表现为粘着磨损和疲劳磨损;而在300℃、500℃和600℃时表现为氧化磨损和疲劳磨损,其磨损过程为氧化与剥落交替进行的动态磨损过程.     

Friction and wear properties of ultra-high molecular mass polyethylene reinforced with Al2O3 nano-particle

The ultra-high molecular mass polyethylene (UHMMPE) as an artificial joint acetabular material was filled with nano-powder of Al2O3 of various mass fractions. The effect of Al2O3 mass fraction on the hardness, wetting property and tribological properties of the Al2O3-UHMMPE composites under dry friction sliding against both stainless steel and Ti-6Al-4V alloy was investigated. The morphologies of the worn surfaces of composites were observed with optical microscope. The results show that, wetting property and wear resistance of the composites are improved by filling Al2O3, while the friction coefficient is decreased largely under dry friction as compared with that of the unfilled UHMMPE. This is attributed to the reinforcing function of the nano-powder of Al2O3 in the composites. The wear of UHMMPE is dominated by plowing, plastic deformation and fatigue wear; while the Al2O3-UHMMPE composites are characterized by the mild fatigue wear.     

Friction and wear behavior of laser-sintered iron–silicon carbide composites

Laser sintering is currently one of the most popular techniques to develop innovative materials for many of the high tech industrial applications owing to its ability to build complex parts in a short time. As such, material researchers are focusing on developing advanced metal matrix composites through selective laser sintering method to develop an intricate component eliminating delay in production time. In the light of the above, the present work focuses on developing iron–silicon carbide (nickel coated) composites using direct metal laser sintering technology. A laser speed of 50, 75, 100 and 125 mm/s were adopted. Metallographic studies, friction and wear test using pin-on-disc have been carried out on both the matrix metal and its composites. Load was varied from 10 to 80 N while sliding velocity was varied from 0.42 to 3.36 m/s for a duration of 30 min. A maximum of 7 wt.% of silicon carbide has been successfully dispersed in iron matrix by laser sintering. Increased content of SiC in iron matrix has resulted in significant improvement of both hardness and wear resistance. Lower the sintering speed, higher is the hardness and wear resistance of both the matrix metal and its composites. However, coefficient of friction of composites increased with increased SiC under identical test conditions. SEM observations of the worn surfaces have revealed extensive damage to the iron pins, when compared with that of the composites.