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。     

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。     

陶瓷及其复合材料在干摩擦条件下的摩擦学性能研究现状

综述了陶瓷自配副、陶瓷间配副以及陶瓷/金属摩擦副干摩擦磨损性能的研究现状，并对自润滑陶瓷及其复合材料的研究现状，以及固体润滑技术在陶瓷自润滑材料研究中的应用情况做了概述。     

磁场下W-20Cu复合材料的干摩擦学性能

采用水热合成法制得纳米W-Cu复合粉末,并在1 050℃经热压烧结制备出W-20Cu复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)分析了W-20Cu的组织形貌、磨损形貌及磨屑,并在室温下与7075铝合金配副进行磁场干摩擦磨损试验。结果表明:水热合成-热压烧结法制得的W-20Cu复合材料的硬度达215HB,电导率为45%IACS。不加磁场时,W-20Cu复合材料销磨损面黏附较厚的高含Al层,磨屑呈螺旋状,磨损机制主要为粘着磨损;随着磁场强度的增加,黏附层变薄,销的磨损程度略微减弱而环的磨损加剧,摩擦副的摩擦因数有减小趋势,磨屑逐渐呈细小的碎片状及粒状,磨损机制主要为粘着磨损和轻微的氧化磨损。     

纳米粒子对钢/钢摩擦副摩擦学性能影响的试验研究

选用合成极压蜗杆油、未加油性剂和极压剂的半成品蜗杆油作为基础试验油 ,将超微金刚石粉、纳米铁粒子和纳米铜粒子分别以两种不同质量比分散到半成品蜗杆油中。在 MM-2 0 0型磨损实验机上 ,考察纳米粒子的抗磨减摩性 ,并与传统的油性剂、极压剂进行比较。同时探索应用于钢 /钢副硬齿面的新型抗磨减摩添加剂。试验结果发现 :平均粒径尺寸为 5 nm的超微金刚石粉具有优于传统油性剂、极压剂的抗磨减摩性能 ,可以大大降低钢 /钢副的摩擦 ,减小磨损。但钢 /钢副中不宜使用含有纳米铁粒子的润滑油。     

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.     

稀土型纳米复合材料的摩擦学及自修复性能研究

用机械化学法制得平均粒径为30-100nm的稀土型纳米复合材料,检验了在高温条件下材料对金属基体的吸附能力,采用四球摩擦磨损实验机考察了其抗摩减磨性能及对磨损表面的自修复效果。结果表明,用机械化学法制备的稀土型纳米复合材料对金属基体有良好的吸附能力,可以覆盖磨损表面且在动态条件下可对基体表面进行修复。     

等离子体浸没离子注入改善45钢的摩擦学性能

采用灯丝放电和射频(RF)辉光放电等离子体浸没离子注入(PⅢ)工艺对45钢表面进行了氮离子注入强化处理。通过X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度、针-盘磨损和电化学腐蚀试验等测试手段,分析比较了经灯丝放电PⅢ和RF辉光放电PⅢ改性后试样表面元素的浓度分布、显微硬度、摩擦磨损性能和耐腐蚀性能。结果表明：不同条件下的氮离子注入均能提高45钢表面的显微硬度、耐磨性和抗腐蚀性能;且RF辉光放电PⅢ处理后试样的显微硬度提高了76．8％,摩擦系数下降到0．3,与灯丝放电PⅢ处理后的试样相比,其表面强化效果更加明显。     

钢背/碳织物增强复合材料衬层传动螺母的工作性能测试

钢背/碳织物增强复合材料衬层传动螺母是一种创新型传动元件,它兼有高的传动效率和大的承载能力。为测量其工作性能,构建了伺服电机驱动的新型螺旋精压机,建立了一套传动效率和摩擦系数的"电流-压力"测试法:即根据测量的驱动电流和输出压力来推算出螺旋副工作效率和摩擦系数。对630 k N新型螺母和青铜(ZCu Sn10Pb1)螺母进行了对比试验。试验结果表明,与青铜合金螺母相比,新型螺母具有更高的传动效率和承载能力,性能更优;重载下,新型螺母摩擦系数下降了21.2%,传动效率则提高了10.6%。     

滑动速度对团球共晶体增强奥氏体钢基自生复合材料摩擦学性能的影响

利用MPx-2000型主轴盘销式磨损实验机和扫描电子显微镜(SEM)研究了相对滑动速度对团球γ (Fe，Mn)3c共晶体增强奥氏体钢基自生复合材料(EAMc)摩擦学性能的影响．实验表明，在干摩擦磨损工况下，EAMc对G45钢摩擦系统的摩擦系数随相对滑动速度的增加呈递减趋势；而磨损率呈递增趋势，但始终远低于奥氏体中锰钢(单一奥氏体相)；并且，随着相对滑动速度的提高，EAMC与中锰钢磨损量的差值呈递增趋势．通过对磨损表面和磨屑形貌的分析，发现EAMC在低载下主要磨损机制是磨粒磨损与剥层磨损；高载下的磨损机制主要为剥层磨损与氧化磨损．对偶件之间的粘着作用随相对滑动速度的提高而增加．运用临界转变温度理论与Archard磨损理论分析了相对滑动速度对EAMC摩擦学性能影响的机制．     

MoS2-Zr复合薄膜的摩擦学性能研究

目的改善MoS_2薄膜的疏松结构,提高其硬度及摩擦磨损性能。方法采用离子源辅助磁控溅射技术在GCr15基体上沉积不同Zr含量的MoS_2-Zr复合薄膜,通过SEM分析薄膜的表面及截面形貌。采用EDS检测薄膜的成分,采用显微维氏硬度计测试薄膜的硬度,采用Rockwell-C硬度计进行压痕测试实验,采用球-盘式旋转摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能。结果 MoS_2-Zr复合薄膜的致密程度和硬度随着Zr含量的增加而增大,其硬度值为300~500HV。复合薄膜与基体的结合力随着Zr含量的增加而增强,但当Zr含量过高时,结合力下降。含Zr原子数分数为15%的MoS_2-Zr复合薄膜具有最好的摩擦学性能,其平均摩擦系数为0.09,磨损率为9.33×10~7 mm~3·N~(–1)·m~(–1),耐磨寿命达5.25×105 r。结论 Zr的掺杂改善了纯MoS_2薄膜的疏松结构,提高了MoS_2薄膜的硬度和结合力,合适的Zr掺杂可以获得较低的摩擦系数和较长的耐磨寿命。     

4Cr13钢基表面SiC/Ta复合涂层的制备及摩擦磨损性能

针对马氏体不锈钢的表面耐磨性不能满足应用需求,且在钢基表面直接制备Si C涂层会产生与基体结合不良的问题,采用双辉等离子表面冶金技术在4Cr13马氏体不锈钢表面制备SiC/Ta复合涂层,对涂层的组织结构、表面硬度、结合强度和摩擦磨损性能进行研究。结果表明,所制备的SiC/Ta复合涂层厚5~6μm,由SiC、Ta、Ta_2C和TaC相构成。SiC/Ta/基体各层间以扩散连接,与基体结合良好。经双辉等离子表面冶金技术处理后,表面显微硬度由基材的279 HV_(0.2)提高到1 738 HV_(0.2)。4Cr13不锈钢的摩擦学性能也得到明显改善,摩擦因数比基材的平均摩擦因数降低了0.32,磨损率是基材磨损率的4%。     

激光熔覆高温自润滑覆层的摩擦学特性

采用激光熔覆技术制备了Ni3Al–BaF2/CaF2–Ag基高温自润滑耐磨覆层,考察了覆层在不同温度下的摩擦学性能及高温自润滑机理。结果表明,对复合粉末的预先机械合金化处理,改善了覆层组织的相容性及覆层的摩擦学性能。在室温至800℃的宽温域范围内,覆层的摩擦因数及磨损率分别在0.30～0.34及(2.6～8)×10-5 mm3/m.N之间波动,覆层表现出较平稳的摩擦磨损性能。在中低温度摩擦时,磨损形式主要为微断裂及磨粒磨损;在600℃及以上温度摩擦时,磨损形式受润滑相的热软化与Ni3Al粘结相的摩擦氧化反应共同作用的控制。     

45钢表面制备V形凹槽及其摩擦学特性

采用声光调Q固体Nd:YAG激光器在45钢试样表面制备了V形凹槽织构,利用UMT2的销盘式摩擦方式考察了V形凹槽的几何参数对表面摩擦性能的影响。结果表明： 45钢表面制备的V形凹槽织构,在油润滑条件下能有效减小表面的摩擦因数;特别是在载荷较低、速度较大的工况下,织构面的平均摩擦因数最大可比未织构面减小64%。在试验范围内,平均摩擦因数普遍随着V形凹槽角度的增加而减小,随着边长的增大而减小,存在最优的横向和横向槽间距使得平均摩擦因数达到最小。     

石墨增强聚酰亚胺在海水中的摩擦学性能

目的为石墨增强聚酰亚胺复合材料在海水环境下的摩擦学应用提供实验依据。方法利用SST-ST销/盘摩擦试验机,研究了质量分数为15%石墨增强聚酰亚胺复合材料与17-4PH不锈钢组成的摩擦副在海水介质中的摩擦学性能,并与干摩擦和纯水润滑条件下的摩擦学性能进行比较。结果聚酰亚胺复合材料在干摩擦下的摩擦系数和磨损体积最大,分别为0.134、1.930 mm~3。干摩擦条件下,聚酰亚胺复合材料的磨损表面存在较深的犁沟,在犁沟周围出现了材料塑性流动及粘着剥落现象,对偶件表面有聚酰亚胺复合材料转移。磨损机理主要表现为磨粒磨损、材料塑性变形以及粘着和剥落。在纯水润滑下,聚酰亚胺复合材料表面存在较多材料粘着撕裂现象,同时存在宽浅不一的犁沟,磨损机理主要为粘着磨损和磨粒磨损。在海水润滑下,复合材料的摩擦系数和磨损体积最小,分别为0.086、1.235 mm~3,材料磨损表面十分光滑,只有沿运动方向存在少量轻微犁沟,磨损机理主要表现为磨粒磨损。结论石墨增强聚酰亚胺复合材料在海水中的摩擦学性能优于干摩擦和纯水环境下的摩擦学性能。     

NiCoCrAlYTa/WC-Co复合涂层的制备及摩擦学性能研究

目的 为了改善MCrAlY涂层的耐磨损性能,通过在NiCoCrAlYTa粉末中添加不同比例的硬质相WC-Co粉末（质量分数为25%、50%、75%）,将2种粉末充分地机械混合、振荡均匀后,采用超音速火焰喷涂（HVOF）技术,制备不同配比的NiCoCrAlYTa/WC-Co复合涂层。方法 利用SEM、XRD、EDS等分析了复合涂层的微观形貌、物相组成和元素分布规律等;研究该复合涂层的力学性能、摩擦学性能以及摩擦磨损机理等。结果 采用HVOF技术制备的Ni CoCrAlYTa/WC-Co复合涂层结构致密,各元素及物相分布均匀;硬质相WC-Co的添加提高了涂层的显微硬度,同时也可显著改善复合涂层的耐磨损性能;复合涂层的摩擦因数随着WC-Co含量的增加逐渐增大,而磨损率逐渐减小。当WC-Co的添加量为75%时,复合涂层的摩擦因数最大,约为0.84;磨损率最小,约为9.28×10^-6 mm³/（N·m）。结论 在金属基涂层中引入硬质相WC-Co可有效提高涂层的硬度,并且提升该涂层的耐磨损性能,为金属基涂层发挥优异的摩擦学性能提供理论基础。     

高速钢涂层刀具的切削和摩擦学性能研究

采用非平衡磁控溅射离子镀方法,对高速钢刀具表面进行了涂层沉积处理,研究了表面涂层的显微形貌、物相组成和涂层的摩擦磨损性能,并对比分析了无涂层和有涂层刀具的切削性能。结果表明,高速钢表面的涂层组织致密、均匀,实现了与基体的良好冶金结合;不同偏压下涂层的物相均为Cr、Cr_2N、Cr N和Fe_3Mo_3N;高速钢刀具表面涂层在使用温度为600℃以下时具有较高的抗热摩擦磨损性能,而在温度为600℃以上时抗热摩擦磨损性能相对较差;高速钢刀具表面进行的非平衡磁控溅射离子镀沉积处理涂层,可以对切削刃起到良好的保护作用,并可以抑制或者减少刀具的磨损。     

304奥氏体不锈钢摩擦学实验研究

针对304奥氏体不锈钢的摩擦性能进行研究。采用洛高温真空硬度计测它在不同温度下的硬度变化,使用万能摩擦试验机,将不同材料的钢球(304球、316球、GCr15球、陶瓷球)分别与304奥氏体不锈钢盘组成摩擦副,进行球盘式摩擦实验,并利用三维形貌仪对盘的摩擦表面进行观测;最后使用高温摩擦磨损试验机研究高温情况下的球盘摩擦性能。实验结果表明:在干摩擦条件下,304不锈钢的耐磨性能弱于316钢、GCr15钢、陶瓷;随着温度的升高,304不锈钢内部组织变软,摩擦因数逐渐下降;同时在摩擦过程中发现试样之间的黏着现象随温度增加逐渐严重,这也符合摩擦因数的变化趋势。     

45#钢激光熔覆Ni60/Cu自润滑复合涂层组织演变及摩擦学性能EI北大核心CSCD

为改进45#钢表面硬度低、耐磨性差的缺点,拓宽其在工业生产中应用范围,选择激光熔覆技术在其表面制备Ni60(N1)、Ni60-10%Cu(N2)、Ni60-20%Cu(N3)(wt.%)三种耐磨复合涂层,研究三种涂层的微观组织、显微硬度及摩擦学性能。结果表明:N1涂层主要包括γy~Ni固溶体、Cr_(7)C_(3)硬质相、FeNis金属间化合物,N2、N3涂层额外含有固体润滑相Cu。性能上N1(730.41 HVo,s)、N2(653.04 HV_(0.5))和N3(592.29 HV_(0.5))涂层的显微硬度均高于基体,分别达到基体(299.20HV_(0.5))的2.44、2.18和1.98倍;室温下N3涂层表现出优异的减摩性能,摩擦因数比N1涂层降低8.5%,N2涂层表现出优异的耐磨性能,磨损率为1.74×10^(-5)mm^(3)(N·m),而添加20%Cu后,涂层对硬质相的支撑下降,导致硬质相剥离涂层,进而破坏润滑膜,导致磨损率上升。然而在600 C下,N1涂层的减摩性能最佳,摩擦因数比基体下降50.7%,N2涂层耐磨性最高,磨损.率为5.99×10^(-5)mm^(3)(N·m),低于N3涂层的磨损率9.02×10^(-5)mm^(3)(N·m),这是因为添加固体润滑相Cu对涂层的保护作用不足以抵消涂层硬度下降的负面影响。为固体润滑相Cu改进Ni60复合粉末,进而制备成自润滑复合涂层提供了添加量参考范围。