三种机械密封材料的摩擦磨损性能研究

研究了3种核主泵用机械密封陶瓷材料(氮化硅、氧化铝和碳化硅)在室温干摩擦条件下及水润滑条件下分别与氮化硅陶瓷球对磨的摩擦磨损性能。研究结果表明,在与氮化硅球干摩擦的3种材料中氧化铝陶瓷具有最大的摩擦系数和最小的磨损质量,氮化硅具有最小的摩擦系数。在氮化硅陶瓷自配对摩擦副摩擦磨损试验中,水润滑条件下氮化硅摩擦系数及摩擦质量损失都有很大程度的减小,且摩擦系数随转速增加而减小。综合考虑力学性能和摩擦磨损性能,选择氮化硅陶瓷作为核主泵机械密封材料更合适。     

碳化硅复合陶瓷耐磨性能研究

研究了常压烧结碳化硅复合陶瓷的耐磨性能及碳化硅复合陶瓷减摩性能、摩擦副优化配对等。研究结果表明,高速高压摩擦磨损试验中,碳化硅复合陶瓷与不同摩擦副材料配对,摩擦系数均小于0.2。     

液相烧结碳化硅陶瓷的摩擦磨损行为

采用环块对磨方式,以烧结致密的SiC(S-SiC)陶瓷为对磨环,研究了液相烧结碳化硅陶瓷(LPS-SiC)在干摩擦和滴油润滑条件下的摩擦磨损行为。结果表明:LPS-SiC陶瓷干摩擦条件下的磨损包含跑合磨损、稳定磨损和剧烈磨损3个阶段,磨损机理主要为磨粒磨损和脆性剥落,磨损量大;在滴油润滑条件下,该摩擦副的摩擦因数大大降低,LPS-SiC陶瓷的磨损仅包含跑合磨损和稳定磨损两个阶段,其磨损机理主要为脆性剥落和疲劳磨损,磨损量小;LPS-SiC陶瓷摩擦块的磨损体积随载荷的增加而增大,随滴油速率的增大而减小。     

UHMWPE-SiC生物摩擦学的特性及机理

为了探索超高分子量聚乙烯（UHMWPE）与碳化硅（SiC）陶瓷组合作为人工关节置换材料的可能性,利用Falex摩擦磨损实验机测定了37℃下UHMWPE与SiC陶瓷摩擦副在血浆润滑条件下的生物摩擦学性能．结果表明,UHMWPE－SiC摩擦副的摩擦系数为0.05;UHMWPE的磨损系数＜8．45×10^-10mm³／N.m．表面轮廓仪对磨损前后SiC陶瓷表面进行测试,未发现明显变化,说明SiC陶瓷磨损甚微．根据XPS分析结果;提出了生物摩擦磨损机理．     

颗粒尺寸对反应烧结碳化硅摩擦磨损特性的影响

研究了碳化硅颗粒尺寸对反应烧结碳化硅材料摩擦磨损性能的影响.结果表明:随着碳化硅颗粒尺寸的增加,不论干摩擦还是水润滑条件下,反应烧结碳化硅的摩擦系数和磨损率均表现为先增加,后降低的趋势.粒度为42μm的反应烧结碳化硅的摩擦系数和磨损率最大,而粒度为14μm的最小.水润滑时的摩擦系数和磨损率比干摩擦时的成倍降低.     

不同摩擦条件下MoS2-Ti3SiC2的摩擦学性能

采用热压烧结法制备MoS2添加量为4%(质量分数)的Ti3SiC2复合陶瓷,并研究其与GCr15钢在干摩擦和油润滑条件下的摩擦磨损特性及磨损机制.结果表明,Ti3SiC2复合陶瓷与GCr15钢在干摩擦时,随时间的变化,占主导地位的磨损机制发生了变化,从以磨粒磨损为主转变为以粘着磨损为主.摩擦系数为0.176～0.283,磨损率最大为2.657×10-6mm3·N-1·m-1.油润滑条件下摩擦系数为0.062～0.134,磨损率在10-7～10-6mm3·N-1·m-1之间.复合陶瓷的干摩擦系数略高于单相Ti3SiC2的摩擦系数0.17.     

类金刚石薄膜在干摩擦、油和脂润滑条件下的摩擦学性能分析

通过钢/类金刚石(DLC)薄膜摩擦副在干摩擦4、122油和L252脂润滑条件下的球-盘摩擦学试验,对比分析润滑条件、载荷、速度对DLC膜摩擦系数的影响,利用原子力显微镜分析膜层磨损性能,研究润滑条件对膜层磨损寿命的影响。结果表明:油、脂润滑下DLC膜最大静摩擦系数分别减小了17%和38%;从0～2000 r/min转速范围内,DLC膜摩擦系数随转速增加而减小,油润滑下相比干摩擦DLC膜摩擦系数小15%～48%,脂润滑下相比干摩擦DLC膜摩擦系数在0～500 r/min转速范围小,超过500 r/min后干摩擦DLC膜摩擦系数小;油和脂润滑条件下,DLC膜层的磨损程度明显降低,磨损率相比干摩擦条件下分别减小了7.4倍和15.5倍。     

颗粒级配对反应烧结碳化硅摩擦磨损特性的影响

研究了两种碳化硅粒子(14μm和42μm)不同比例配比的反应烧结碳化硅材料的摩擦磨损性能.结果表明:反应烧结碳化硅的干摩擦摩擦系数和磨损率均表现在42μm碳化硅粒子加入量为零和50%时最低,而其它比例的较高.水润滑时的摩擦系数和磨损率在不加42μm碳化硅粒子时最低,在42μm碳化硅粒子50%时次之,并且比干摩擦时的成倍降低.     

玻璃纤维增强PA66复合材料与Al2O3陶瓷的摩擦磨损行为

研究了25%(质量分数)玻璃纤维增强PA66复合材料(25%GF/PA66)在干摩擦和水润滑条件下与Al₂O₃陶瓷之间的摩擦磨损行为。采用激光共聚焦扫描显微镜、 扫描电子显微镜、 傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱分析仪对25%GF/PA66的组织、 磨损形貌和磨损表面的化学结构变化进行分析。结果表明: 相同实验载荷时,润滑条件下25%GF/PA66的摩擦系数小于干摩擦条件下的摩擦系数,但磨损体积却远远大于干摩擦条件下的磨损体积。在有水存在的条件下,机械微切削作用持续发生,温度的升高使25%GF/PA66试样变形,同时引起酰胺基团发生水解,C—C键大量断裂,导致磨损体积增加。采用扩展表面一般导热模型计算本实验所用材料的热软化温度为105.9℃。     

碳纤维改性聚四氟乙烯的摩擦及振动性能

文中研究了20%的碳纤维(体积分数)改性聚四氟乙烯在干摩擦和水润滑摩擦条件下的摩擦系数、磨损性能和摩擦振动性能。结果表明:(1)在干摩擦下,随着线速度增加,摩擦界面生成大量的热,黏着磨损和磨粒磨损严重,表面越来越粗糙,摩擦系数明显变大,摩擦振动加速度增加。而在水润滑条件下,随着线速度增加,摩擦界面间形成了一层水润滑膜,使摩擦系数降低,另外由于转速增加,使流噪声增加,从而使振动增加。(2)在干摩擦下,随着比压增加,摩擦系数和摩擦振动变化较大,而在水润滑条件下,随着比压增加,摩擦系数和摩擦振动变化较小。(3)干摩擦时,碳纤维增强聚四氟乙烯复合材料在不同比压下的磨损机理主要是磨粒磨损和黏着磨损;水润滑条件下,碳纤维增强聚四氟乙烯复合材料在高比压下的磨损机理主要是黏着磨损。因此,碳纤维改性聚四氟乙烯复合材料应该在水润滑条件下应用有利于提高耐磨性,降低摩擦系数和摩擦振动。     

残余相和烧结温度对碳化硅陶瓷抗混酸腐蚀特性的影响

本工作主要研究了残余相和晶粒尺寸对碳化硅的抗混酸(HF-HNO₃)腐蚀特性。通过不同的烧结方法(固相烧结、液相烧结、反应烧结)制备出残余相不同的碳化硅材料。结果表明: 与液相烧结碳化硅(LPS SiC)和反应烧结碳化硅(RB SiC)相比, 固相烧结碳化硅(SSiC)具有更好的腐蚀抗性, 这是由于残余相石墨的抗腐蚀性强, 以及残余相在材料中形成不能相互联通的岛状结构。通过调节碳化硅的烧结温度, 可以影响材料中的晶粒尺寸, 研究结果发现相同烧结温度下随着残余相含量的增加, 材料腐蚀失重线性增加, 对曲线进行线性拟合, 其Y轴截距的绝对值代表不含碳的试样在该烧结温度下的腐蚀失重。研究表明随着烧结温度由2100℃升高到2160℃, 晶粒尺寸由2 μm增加到6 μm。此时其Y轴截距的绝对值分别为9.22(2100℃), 5.81(2130℃), 0.29(2160℃), 表明晶粒尺寸的增加有利于提高材料的抗腐蚀能力。     

C/SiC摩擦材料的制备及摩擦磨损性能

通过化学气相渗透法(CVI)结合反应熔体浸渗法(RMI)制备了低成本、高性能的C/SiC飞机摩擦材料, 并模拟飞机正常着陆条件进行了摩擦磨损实验. 实验结果表明: C/SiC是比C/C更优的飞机摩擦材料, 具有动、静摩擦系数高(分别为0.34、0.41), 湿态几乎无衰减(约2.9%), 磨损小(约1.9μm/次), 摩擦性能稳定等特点. 并采用金相显微镜、扫描电镜等对C/SiC摩擦材料的摩擦面以及磨屑形貌进行了观察, 并对其磨损机理进行了探索. 结果表明, 磨损机理以磨粒磨损为主, 同时由于垂直于摩擦面的纤维束增强了其层间抗剪切能力, 从而提高了其抗磨损性能.     

固相烧结SiC陶瓷的非线性电学行为研究

固相烧结SiC(SSiC)陶瓷大多数用于结构陶瓷材料, 用于电子和电阻元器件的研究很少。实验以添加不同C含量的致密SSiC陶瓷材料为研究对象, 研究了添加不同C含量SSiC陶瓷的伏安特性、电阻率与电流密度的变化关系及电阻率与温度的变化关系。研究结果表明: SSiC陶瓷表现出明显的非线性电学特性, 其电阻率随着电流的增大而降低; 对于添加3wt% C含量的SSiC陶瓷, 当电场强度超过15.8 V/mm时, 晶界势垒被击穿; 对于添加6wt% C含量的SSiC陶瓷, 当电场强度超过70.7 V/mm时, 晶界势垒被击穿, 它们的电阻率将为晶粒所控制, 电阻率较小; 同时在电场强度1 V/mm条件下, SSiC陶瓷电阻率随着温度的升高而降低, 表现出很好热敏特性, 从常温的10⁶ Ω·cm变化为400℃的5 Ω·cm左右。     

陶瓷的润滑问题

本文阐述了并分析了陶瓷材料的摩擦磨损、润滑研究现状，由于陶瓷的化学惰性，传统的润滑剂，添加剂在陶瓷表面的吸附力较弱，且很难在边界润滑下与表面发生摩擦化学反应形成极压润滑膜，传统润滑剂对陶瓷铁润滑效果与润滑金属相比要差科多，尽管在干摩时陶瓷材料磨损率比金属小得多，但仍比实际应用时要求的磨损率高必个量级。     

抑制剂对WC-Co硬质合金涂层性能的影响

利用原位还原碳化反应合成的超细WC-12Co复合粉末作为原料, 分别添加1.0wt%晶粒长大抑制剂即VC、Cr₃C₂和NbC, 经团聚造粒和超音速火焰(HVOF)喷涂制备了超细结构的硬质合金涂层。研究了不同晶粒长大抑制剂对涂层的显微组织结构、物相、硬度、耐磨性能和耐蚀性能的影响。结果表明, 与未添加晶粒长大抑制剂涂层相比, 添加1.0wt% VC或Cr₃C₂制备的硬质合金涂层中WC颗粒的平均尺寸降低了约49%, 涂层硬度明显提高, 磨损速率降低了约52%~55%。添加1.0wt% NbC对制备涂层中WC颗粒尺寸的抑制作用不明显, Co粘结相中由于形成了(W, Nb)C化合物, 其耐蚀性获得显著提高, 但该化合物脆性大, 导致涂层耐磨性不及添加VC和Cr₃C₂制备的涂层。     

高性能陶瓷人工髋关节材料摩擦磨损研究发展

陶瓷已经在人工髋关节假体制作中获得一定的应用,并且有更大的潜力以待开发.对于陶瓷人工髋关节假体,其摩擦磨损性能是决定其寿命的最重要的性能之一,而体外的摩擦磨损测试对于确定其摩擦磨损性能有着重要意义.本文综述了国内外对于氧化铝、氧化锆、氮化硅和碳化硅四种陶瓷的摩擦磨损性能的研究结果,并且结合作者的工作对其进行评论.     

TZP陶瓷的高温润滑研究

研究了TZP陶瓷在固体润滑下,室温（25℃）至600℃制备范围内的摩擦学特性．结果表明,使用石墨和MoS₂润滑剂,可在室温至600℃范围内降低TZP／Si₃N₄摩擦副的摩擦系数和磨损率,但当环境温度过高时,摩擦系数和磨损量有所增加;使用CeO₂和Cu对TZP／Si₃N₄摩擦副的摩擦系数影响不大,但可以降低TZP陶瓷的磨损量;CeF₃在高温时,由于结晶化趋势完善及沿（002）面的滑移取向,故可对TZP陶瓷起到良好的润滑作用．     

Cr2O3涂层/SiC块体在水润滑下的磨损机制和润滑状态

本文以等离子喷涂Cr2O3涂层和SiC块体组成摩擦副，考察其在水润滑条件下的摩擦磨损性能，应用SEM、XPS等技术观察和分析了磨痕和磨屑的形貌、元素分布和物相组成．目的是揭示该摩擦副在不同工况条件下的磨损机制和润滑状态．结果表明：Cr2O3涂层／SiC块体摩擦副的摩擦系数和磨损系数都非常小；Cr2O3涂层的磨损机理为气孔边缘的微断裂和塑性变形；SiC的磨损表现为摩擦化学反应生成SiO2及SiO2在水中的溶解．Cr2O3涂层和SiC块体的磨损对载荷和速度的稳定性较好．摩擦副在高载荷低速时处于边界润滑状态，在低载荷或高速情况下处于部分弹流润滑状态．     

碳源及添加比例对固相烧结碳化硅陶瓷微观结构及性能的影响

研究了碳的添加量为6wt%条件下, 添加碳源的种类及添加比例对制备的无压固相烧结碳化硅陶瓷的微观结构和性能的影响。结果表明: 采用纯无机碳源(碳黑), 制备的碳化硅陶瓷具有较为细小的碳化硅晶粒结构, 但致密度较低; 添加有机碳源(酚醛树脂)时, 随着其裂解碳添加量的增加, 碳化硅的晶粒逐步长大, 碳在材料中的分布更加均匀, 材料的致密度提高, 力学性能增强。当有机碳源裂解碳添加量达3wt%时, 材料的致密度最高, 并具有最大的弹性模量468 GPa, 断裂韧性达4.65 MPa·m^1/2。当有机碳源裂解碳添加量大于3wt%时, 碳化硅晶粒发生局部异常长大现象, 材料的弯曲强度与断裂韧性进一步增加。同时, 对材料的热扩散系数随碳源添加种类和比例变化的规律也进行了分析与讨论。