钢背UHMWPE纤维织物复合材料的摩擦学性能分析

纤维织物增强钢背复合材料因具备优异的力学与摩擦学性能在航空航海等领域备受关注,在无油或少油工况下具有较好的应用前景。使用改性处理的超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)纤维织物作为增强材料,利用环氧树脂热压在不锈钢环上制备UHMWPE纤维织物增强钢背复合材料,研究其与45钢盘在环-环端面干摩擦状态下的摩擦学特性,考察纤维织物层数与摩擦转速对材料摩擦学性能的影响,对磨损前后复合材料厚度及45钢质量进行测取,利用表面轮廓仪与扫描电子显微镜对复合材料及对偶件磨损面进行观察与分析。结果表明,三种织物结构均能改善不锈钢的摩擦磨损特性,其中一层织物结构所表现的综合摩擦特性最好,在试验工况下摩擦因数与磨损率平均降低了77.7%与67.2%,在试验工况下主要发生磨粒磨损;二层与三层织物由于具备下层织物的支撑,故在较高转速下能保持材料自身良好的摩擦学特性,二层织物在试验工况下摩擦因数与磨损率平均降低了71.5%与65.7%,三层织物则为73.1%与60.3%,由于摩擦热量的积聚同时伴有树脂碎屑与破碎纤维的加入,其在高速下主要经历黏着磨损与疲劳磨损。试验表明,织物结构于干摩擦工况下表现出较优的摩擦特性与可靠性,能较好地胜任无油或少油作业。     

宽温域环境下不同纤维织物/聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能研究

目的 研究高温条件下聚合物织物复合材料的摩擦学性能。方法 分别制备碳纤维织物及芳纶纤维织物/聚酰亚胺复合材料及纯聚酰亚胺(CF-PI、AF-PI及PI),对比研究2种织物复合材料与聚酰亚胺的热力学性能,以及在25、50、100、150、200 ℃下的摩擦学性能。结果 AF-PI的热稳定性低于CF-PI,其中CF-PI热失质量稳定在800 ℃左右,AF-PI的热失质量稳定在700 ℃左右。同时,2种织物复合材料的拉伸强度均高于纯PI,且CF-PI的拉伸强度要高于AF-PI。断面形貌分析发现,CF-PI为脆性断裂,AF-PI为韧性断裂。摩擦实验结果表明,25 ℃时,AF-PI的摩擦系数和磨损率较低,更适用于室温环境,而CF-PI在200 ℃时具有较好的耐磨性,其磨损率为1.48´10^–4 mm³/(N×m)。结论 转移膜结构和化学状态分析证实,由于CF-PI与GCr15之间较强的界面作用,室温条件下对摩后,轴承钢表面更易发生摩擦氧化。高温条件下,由于金属–有机螯合物的形成,提高了转移膜的结构稳定性,CF-PI表现出优异的摩擦学性能,然而200 ℃时,由于AF-PI的力学性能降低,材料被磨穿,转移膜的结构被破坏,导致了金属之间的摩擦,发生了严重的摩擦氧化。     

石墨/铜铁基自润滑复合材料的摩擦学性能研究

采用感应加热烧结粉末冶金的方法,以铜铁合金为基体,添加石墨制备石墨/铜铁基自润滑复合材料,对比研究了添加石墨前后2种材料的组成、结构、表面形貌及摩擦学性能,并分析了磨损机理。研究结果表明:添加石墨能起到润滑作用,使材料的摩擦因数减小,磨损率降低;添加的石墨一部分转化成新态,其余则进入材料的空隙中,在摩擦过程中形成润滑膜起到减摩的作用;添加石墨后,摩擦材料的磨损机制由粘着磨损变为磨粒磨损。     

铝铅石墨固体自润滑复合材料的性能

采用常规的粉末冶金方法制备了铝铅石墨固体自润滑复合材料，并对其力学性能和摩擦磨损性能进行了研究。实验结果表明：固体润滑剂的加入对材料的摩擦学性能有较大的影响，对其摩擦机理也作了初步探讨。     

电火花间隔沉积石墨-硬质合金自润滑涂层及其摩擦学性能

目的 提高机械零部件表面的润滑性能.方法 以45钢为基体,采用电火花沉积技术在表面上间隔沉积出条状的石墨与硬质合金涂层条,用HSR-2M型高速往复摩擦磨损试验机对所制备的条状涂层进行相关的摩擦磨损试验,使用SEM和EDS并对涂层的表面形貌、截面形貌以及组成成分进行研究,分析了不同因素对石墨-硬质合金自润滑涂层摩擦磨损性...     

MoS2/钴基自润滑涂层及高温摩擦学性能

采用热压烧结技术在GH4169镍合金表面制备了CoCrNi-(3.0wt%,5.0wt%,7.0wt%) MoS2三种钴基高温自润滑涂层,并优化了MoS2的含量。采用球-盘式高温摩擦试验机,与Si3N4球配副,系统研究了温度、速度与载荷对涂层高温（20~800 ℃）摩擦学性能的影响。采用X射线衍射仪和扫描电镜等分析了涂层的物相成分和微观形貌。通过热冲击实验测试涂层的结合强度。结果表明：MoS2与金属元素反应生成了固体润滑相Mo2S3和CrxSy;涂层与基底具有良好的界面结构;涂层主要由γ(fcc)、ε(hcp)、CrxNiy和固体润滑相（Mo2S3、CrxSy）构成。低温条件下,随着MoS2含量的增加涂层的摩擦系数逐渐降低,高温条件下,由于磨损表面形成了由铬酸盐、氧化物和硫化物组成的固体润滑膜,涂层具有了优异的高温减摩耐磨性能;宽温域内钴基涂层的磨损率保持在5.5×10-5 mm3N-1m-1以下,在20~600 ℃范围内其抗磨损性能比基底高4~17倍,5.0wt%的MoS2对钴基涂层的高温摩擦学性能优化效果最佳。     

PTFE基自润滑薄层材料的研究

针对在苛刻条件下使用的滑动部件低摩擦、高抗磨性的要求,用粉末冶金及车削加工法研制出一种具有良好摩擦学及力学性能、适于在宽的温度范围和较高负荷下使用的PTFE基薄层材料．以五种金属分别与之配副考察使用效果。同时研究了速度、负荷对其摩擦磨损性能的影响,并讨论了薄层材料的摩擦磨损机制。     

MoSi2基复合材料的摩擦学行为

采用热压烧结工艺,制备了TiC、TiCN和TiB2增强的MoSi2基复合材料.考察了MoSi2基复合材料的力学性能和摩擦学性能,采用扫描电子显微镜观察了复合材料的磨损表面形貌.结果表明MoSi2-TiB2显示出了良好的烧结性能;第2相陶瓷的加入明显地提高了MoSi2的力学性能和摩擦学性能,其中MoSi2-TiC尤为明显.MoSi2磨损表面粗糙,并伴有一些微裂纹;MoSi2-TiC和MoSi2-TiCN磨损表面存在微犁削现象及一些剥落坑;MoSi2-TiB2磨损机制为轻微的磨粒磨损.     

微织构对铜基自润滑复合材料摩擦磨损性能的影响

目的 针对活塞环在高温高压、循环往复的惯性力等工况下与气缸极易磨损的问题,以栓盘模型为试验对象,研究圆形微织构对铜基自润滑复合材料的摩擦磨损性能,以期提高两者的耐磨损性能。明确微织构在不同工况下与复合材料摩擦磨损行为之间的联系,建立表面微织构设计准则。方法 采用CT-MF20型光纤雕刻激光打标机在45#钢表面加工制备出直径为0.2 mm的圆形微织构,并通过栓-盘形式在HT-1000型摩擦磨损试验机上对圆形织构化45#钢进行摩擦性能试验,考察圆形微织构在不同载荷(2、10、20 N)及不同滑动距离(1.88 m和18.84 m)下的摩擦磨损情况,而且借助扫描电子显微镜(SEM)分析摩擦表面的显微结构和形貌,通过能谱仪(EDS)结果分析摩擦表面元素积累情况。此外,为了与之形成对比每组均设有无织构的45#钢试验。结果 在摩擦试验中,载荷为20 N、滑动距离为18.84 m时圆形织构的摩擦磨损性能最优,平均摩擦因数降幅随着滑动距离的增加从11%增加到23.5%,同时栓和盘表面形貌磨损也明显比其他条件的试件要小。在EDS结果中发现圆形织构表面的氧元素更多,集中分布在织构里。结论 当载荷为20 N、滑动距离为18.84 m时,圆形织构的减摩效果最好,摩擦因数稳定,栓盘磨损表面变得光滑,这归因于圆形织构盘表面棘轮效应明显,并形成连续稳定的转移润滑膜,从而减小磨损。     

铜基自润滑材料及其摩擦学性能研究

目的对比研究铜基石墨复合材料耐磨层(SY-01)以及铜基聚四氟乙烯复合材料耐磨层(SY-02)的各种性能,以期选择最佳耐磨板材料。方法利用扫描电镜及配套的能谱分析仪分析两种耐磨层的微观结构及化学成分,利用压汞法测试耐磨层的孔隙分布以及孔隙率值,并分析两种耐磨层的显微硬度及抗冲击性能。此外,还采用SRV-4高温摩擦磨损试验机测试两种耐磨层的摩擦学性能。结果 SY-01试样耐磨层的孔隙率为28.04%,SY-02试样耐磨层的孔隙率为7.43%。SY-01耐磨层的显微硬度分布比较均匀,平均硬度为52.75HV0.5;SY-02耐磨层不同位置的显微硬度值相差较大,共混区的硬度在32HV0.5左右。相同摩擦工况下,SY-01试样磨痕深度为3.50μm,SY-02试样磨痕深度为11.0μm,约为SY-01试样磨痕深度的3倍。结论 SY-01耐磨层的显微硬度、抗冲击性能以及摩擦学性能均优于SY-02耐磨层。SY-01耐磨层的摩擦磨损机制表现为磨粒磨损和粘着磨损,SY-02耐磨层的摩擦磨损机制主要为磨粒磨损。     

硬质薄膜与自润滑织物衬垫对磨的摩擦磨损性能研究

目的 提高钛合金与自润滑织物衬垫对磨的耐磨性.方法 采用多弧离子镀在TC4钛合金表面制备TiN和CrAlN硬质薄膜,利用扫描电镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪、销-盘摩擦磨损试验机、白光干涉扫描轮廓仪测试分析薄膜的形貌、结构、硬度、弹性模量、摩擦磨损性能和磨痕形貌.结果 在相同的测试条件下,TC4钛合金与自润滑织物衬垫对磨时,能更快地进入稳定摩擦阶段,且平均摩擦系数最低,仅为0.12;TiN薄膜进入稳定摩擦阶段所用时间和摩擦系数较TC4钛合金稍有增加;而CrAlN薄膜进入稳定摩擦阶段的用时最长且平均摩擦系数最大.测量摩擦磨损后自润滑织物衬垫磨痕的二维轮廓发现,当与CrAlN薄膜对磨时,自润滑织物衬垫的磨痕深度最大,但磨损率最低,这主要是软质织物衬垫的不均匀磨损引起的.进一步分析发现,所有的试验销表面均形成了转移膜,但CrAlN薄膜表面形成的转移膜最薄,从而导致其摩擦系数最大,磨损率最低.深入分析自润滑织物衬垫磨痕形貌发现,与TC4钛合金对磨的自润滑织物衬垫的磨痕表现为磨粒磨损和纤维束的破损;与TiN薄膜对磨的自润滑织物衬垫的磨痕表现为区域损失和表面不规则的凹痕;与CrAlN薄膜对磨的自润滑织物衬垫的磨痕中纤维束破损严重.结论 与自润滑织物衬垫对磨后,钛合金以及硬质薄膜表面均形成转移膜,CrAlN薄膜表面转移膜最薄,与之对磨的自润滑织物衬垫的磨损率最低.     

不同球磨时间下制备的铜基自润滑复合材料力学与摩擦磨损性能研究

目的 研究球磨时间对Cu-WS2自润滑复合材料界面状态的影响,同时提高自润滑材料的力学性能和摩擦磨损性能,提出比较优化的Cu和WS2复合材料制备工艺.方法 采用高能球磨与放电等离子体烧结技术,制备铜基自润滑复合材料.采用WDW-100电子万能试验机进行力学实验.采用美国Rtec多功能摩擦磨损试验机进行摩擦学实验.采用X...     

FHG97/WS2自润滑复合材料力学性能和摩擦学性能的研究

目的 探究FHG97/WS₂复合材料力学和摩擦学性能。方法 采用放电等离子烧结技术制备不同WS₂含量的复合材料,通过硬度仪和万能试验机评估材料的力学性能。采用往复式摩擦试验机和白光干涉仪测试25～600℃的摩擦学性能。利用XRD、SEM、EDS和Raman分析材料的物相、显微组织和磨损表面的形貌及元素成分。结果 在复合材料制备烧结过程中,WS₂与FHG97发生了固相原位反应,生成了Cr_xS_y和M₆C相。新生相提高了复合材料的微观硬度和抗压强度,降低了抗弯强度。摩擦磨损测试结果表明,复合材料的摩擦系数在25～600℃都随温度的升高而降低,添加WS₂对摩擦系数降低有积极的作用。磨损率在25～400℃先降低,600℃有所上升。Cr_xS_y和M₆C协同作用使复合材料在25～200℃改善了摩擦磨损性能。400℃时,磨损表面形成的NiO、Cr₂O₃     

掺杂Ti对Ni基复合材料摩擦学性能的影响

目的 通过在NiCr-WS2自润滑体系中掺杂纳米Ti,提升自润滑复合材料在不同环境中的摩擦学性能。方法 通过放电等离子烧结(SPS)技术制备了NiCr(N)、NiCr-WS2(NW)、NiCr-WS2-Ti(NW15T)3种复合材料。采用SEM 和EDS分析了复合材料的微观性能。通过摩擦磨损试验机分别测试了3种材料在干摩擦、去离子水和3.5%NaCl溶液中的摩擦学性能,并借助RAMAN分析磨痕的化学成分。结果 在干摩擦条件下,NW15T的摩擦因数和磨损率分别为0.38和4.2×10^?5 mm³/(N.m)。相较于传统的NW,NW15T的摩擦因数和磨损率分别降低了22.4%和83.7%;当在去离子水中摩擦时,虽然NW15T也具有较好的摩擦学性能,但是与NW相比优势不明显;在3.5%NaCl溶液中摩擦时,NW15T产生的腐蚀产物避免了摩擦副的直接接触,并使摩擦因数降低至0.16,磨损量降低为0.4×10^?5 mm³/(N.m)。与NW相比,NW15T在3.5%NaCl溶液中的摩擦因数和磨损率分别降低了38.5%和81.8%。结论 在NW传统自润滑复合材料体系中掺入Ti,原位生成了TiS和Ni3Ti,不仅提高了材料的力学性能,同时提高了复合材料在不同环境下的摩擦学性能。尤其是在NaCl溶液中,在TiS和腐蚀产物的共同作用下,NW15T的摩擦因数和磨损率大幅下降。     

铜包石墨对酚醛树脂基复合材料摩擦学性能的影响

目的 提高石墨与酚醛树脂的界面结合强度,改善酚醛树脂基复合材料的摩擦学性能。方法 用高温浸渗法制备铜包石墨,并制备铜包石墨-酚醛树脂基复合材料。通过摩擦磨损实验,研究铜包石墨对酚醛树脂基复合材料摩擦学性能的影响,并对比相同成分铜/石墨混合填充酚醛树脂基复合材料的摩擦学性能。通过扫描电子显微镜、能谱仪和光学显微镜对摩擦磨损表面进行分析,研究材料摩擦磨损机理。结果 石墨表面经过金属铜处理后,金属铜由分散的聚集态转变为附着态,制备的铜包石墨颗粒整体分散度高、形状好。铜包石墨-酚醛树脂基复合材料中石墨与基体界面结合紧密,保持了酚醛树脂的连续相结构,摩擦磨损表面相对平整,复合材料平均比磨损率为3.98×10^?6 mm³/(N.m),瞬时摩擦系数波动幅度小,摩擦磨损机理以粘着磨损为主。相同成分制备的铜/石墨混合填充酚醛树脂基复合材料的界面结合度较差,摩擦磨损表面有较多裂痕,复合材料平均比磨损率为7.80×10^?6 mm³/(N.m),瞬时摩擦系数波动幅度大,摩擦磨损机理以磨粒磨损和粘着磨损为主。结论 石墨通过表面金属铜处理,不仅能提高与基体界面结合强度,还能同时有效提高酚醛树脂基复合材料的耐磨性能和摩擦稳定性。     

MoS2-Ti自润滑复合薄膜的高温摩擦学性能研究

目的探究Ti含量对MoS₂-Ti复合薄膜高温摩擦学性能的影响,制备高温摩擦性能良好的MoS₂-Ti复合薄膜。方法采用射频和直流双靶共溅射技术沉积了不同Ti含量的MoS₂-Ti复合薄膜,研究了Ti含量对MoS₂-Ti薄膜微观结构和力学性能的影响,进一步探究了MoS₂-Ti复合薄膜在大气环境下的高温摩擦学性能。采用能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM),对薄膜的成分、晶相结构及微观形貌进行分析。利用显微维氏硬度计测试薄膜的力学性能,通过UMT-TriboLab摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能。此外,采用SEM、拉曼光谱仪(Raman)和X射线光电子能谱仪(XPS),对薄膜的磨痕形貌及对偶球转移膜的成分进行分析。结果Ti掺杂促进了MoS₂薄膜以(002)晶面择优取向生长,且提高了薄膜的致密度,薄膜硬度从70HV提升到350HV。MoS₂-Ti复合薄膜在高温环境下的摩擦性能,随Ti含量的增加呈先上升后下降的趋势,其中Ti原子数分数为6.81%的MoS₂-Ti复合薄膜具有较低的摩擦因数和磨损率。通过对转移膜的成分进行分析,发现处于300℃高温环境下,Ti原子数分数为13.51%的MoS₂-Ti复合薄膜由于在摩擦过程中生成的氧化物较多,其耐磨性能开始下降。结论Ti含量对MoS₂-Ti复合薄膜的高温摩擦学性能有明显的影响,掺杂适量Ti能显著提高MoS₂薄膜在大气环境下的高温摩擦学性能。