气孔对氧化锆基陶瓷材料摩擦磨损性能的影响

用环-块摩擦磨损试验机在室温下研究了不同气孔率的氧化铝增强氧化锆陶瓷(ADZ)与高铬铸铁(HCCI)摩擦副的摩擦磨损性能。结果表明:在润滑介质为5%NaOH溶液和含质量分数2%SiO2颗粒的5%NaOH溶液条件下,陶瓷的摩擦因数不受气孔率的影响,陶瓷的磨损率随气孔率的增大而增加。小于临界孔径的微孔几乎不影响陶瓷的磨损,开、闭气孔的存在都对陶瓷的耐磨性有负面影响。     

氧化铝陶瓷在海水润滑下的摩擦学行为研究

采用UMT-3摩擦实验机研究氧化铝陶瓷在海水润滑条件下的摩擦学行为,并与其在干摩擦和纯水润滑条件下的摩擦学行为进行比较。利用扫描电子显微镜和X-射线光电子能谱观察并分析氧化铝陶瓷磨损表面形貌以及磨损表面主要元素的化学状态,探讨氧化铝陶瓷在海水中的摩擦化学特性。结果表明,氧化铝陶瓷在干摩擦时具有最大的摩擦因数和最小的磨损率,在海水润滑条件下具有最小的摩擦因数和最大的磨损率,这是氧化铝在海水中发生了摩擦化学反应的结果。氧化铝陶瓷在干摩擦时的磨损主要表现为轻微的脆性剥落,在纯水润滑条件下表现为严重的脆性剥落,而在海水润滑条件下表现为摩擦化学磨损以及极轻微的脆性剥落。     

不同润滑液下的Al2O3增强Y-TZP陶瓷/316L不锈钢生物摩擦学特性

采用销-盘式摩擦磨损试验机研究了氧化铝增强氧化锆(ADZ)陶瓷材料/316L不锈钢摩擦副在去离子水和小牛血清2种不同介质润滑下的生物摩擦磨损行为,并利用SEM观察了磨损表面形貌。结果表明:与去离子水相比,在小牛血清润滑条件下ADZ陶瓷的摩擦因数和磨损率降低。在去离子水润滑条件下ADZ陶瓷材料的磨损为轻微磨损,相应的磨损机制为塑性变形和微犁削;而在小牛血清润滑条件下,ADZ陶瓷材料的磨损为微量磨损,磨损过程类似抛光作用。     

高载荷条件下石墨-石墨摩擦副的摩擦学特性研究

利用研制的高载荷条件下摩擦因数测试装置,研究了石墨/石墨摩擦副在空气、水和油介质中的摩擦学特性。结果表明在4~15MPa范围内,随着载荷的增加,摩擦副在空气、水和油介质中的摩擦因数都逐渐降低;在油介质中摩擦副的摩擦因数最小,在水介质中摩擦因数变化最平稳,在空气中摩擦因数最大,且随载荷的增加变化幅度最大。磨损表面原始形貌对比分析表明,在空气中,摩擦副表面处于边界润滑状态,主要磨损机制是粘着磨损和犁削;水润滑条件下为轻微犁削;油润滑条件下,摩擦副表面处于为边界润滑和流体润滑状态,油中的减摩剂对试样表面有抛光作用。     

不同环境介质下氧化铝陶瓷与耐蚀金属摩擦磨损行为

为优选海水淡化高压泵关键零部件耐磨性能材料,以Al_2O_3陶瓷与TC4钛合金、316不锈钢、2205双相不锈钢组成的配对摩擦副作为研究对象,利用立式万能摩擦磨损试验机开展干摩擦、纯水及海水3种环境介质下配对材料的摩擦磨损试验,定量得到各摩擦副摩擦因数、磨损量,并对摩擦试样的表面形貌进行分析;采用正交试验法分析载荷、转速、环境介质对摩擦因数和磨损量的影响规律。结果表明:在相同的条件下,TC4钛合金与陶瓷配副摩擦因数较小,2205双相不锈钢与陶瓷配副磨损量较小;环境介质对摩擦因数影响较大,载荷对磨损量的影响较大;海水环境下2205双相不锈钢和316不锈钢磨痕较浅,磨损机制为疲劳磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损的交互作用。     

高水基液压阀陶瓷摩擦副摩擦学性能研究

为选择适合的高水基乳化液液压阀摩擦副材料,探讨ZrO2与不同结构陶瓷组成的摩擦副在高水基乳化液润滑状态下的摩擦磨损特性。采用摩擦磨损试验机,在不同载荷和滑动速度下,研究在高水基乳化液介质中4种不同陶瓷材料（ZrO2、Al2O3、Si3N4和SiC）分别与ZrO2配副的摩擦学性能,并探讨不同组合陶瓷摩擦副的磨损机制。结果表明：在高水基乳化液中,各陶瓷的摩擦因数均随着滑动速度的增大而降低,其中Al2O3陶瓷的摩擦因数最小;ZrO2、Al2O3和Si3N4陶瓷的摩擦因数受载荷的影响较小,SiC陶瓷的摩擦因数则随着载荷的增大而骤增;各陶瓷的磨损体积都随着速度和载荷的增大而增大,其中Al2O3/ZrO2陶瓷摩擦副的磨损体积最小,其磨损机制以磨粒磨损和微疲劳磨损为主。研究表明,在不同工况下,Al2O3与ZrO2陶瓷配副的摩擦因数和磨损体积均为最低值,更适合作为高水基乳化液液压阀的摩擦副材料。     

不同润滑条件下氧化铝陶瓷衬板的磨损机制

在干摩擦、水润滑、油润滑3种不同润滑条件下对氧化铝陶瓷进行摩擦磨损试验。利用SEM对磨损后的磨痕进行观察并进行显微组织结构分析,探讨不同介质下氧化铝陶瓷的磨损机制。结果表明:氧化铝陶瓷材料干摩擦条件下的磨损机制为大量的脆性剥落和大量的磨粒磨损,在水润滑条件下为较少的脆性剥落和轻微的磨粒磨损,在油润滑条件下为很少的脆性剥落和极微的磨粒磨损;液体润滑剂可使氧化铝陶瓷材料的磨损量大幅度降低,其中油润滑条件的减磨效果最为突出。     

液氮介质中Si3N4/9Cr18配副摩擦磨损性能研究

超低温介质中工作的轴承由于不能采用润滑油或脂润滑,其球环材料配副摩擦磨损特性将对轴承的工作性能产生很大影响。采用球盘点接触形式,在5 N载荷和0.4 m/s相对滑动速度下试验研究了超低温全钢轴承和混合式轴承中9Cr18/9Cr18和Si3N4/9Cr18两种球环配副在常温干摩擦和液氮环境中的摩擦磨损性能。结果表明9Cr18/9Cr18配副在低温下由于粘着趋势减弱而使摩擦因数和磨损均低于常温下。Si3N4/9Cr18配副在低温介质中由于试件表面吸附、氧化和摩擦化学反应受到抑制使摩擦因数高于常温下,同样由于无摩擦化学磨损发生,而只是以脆性断裂为主,其磨损低于常温下。Si3N4/9Cr18在常温下摩擦因数低于9Cr18/9Cr18配副,而在低温下则高于9Cr18/9Cr18配副。2种环境中陶瓷/钢配副的磨损均小于相应条件下钢/钢配副的磨损。     

PTFE基复合材料海水润滑下的摩擦学性能研究

研究碳纤维/聚四氟乙烯（CF/PTFE）、玻璃纤维/聚四氟乙烯（GF/PTFE）复合材料与氮化硅陶瓷配副在海水环境下的摩擦学性能与润滑机制,分析滑动速度对摩擦副海水润滑性能的影响规律。结果表明：在海水润滑条件下,随着滑动速度的增加,PTFE、CF/PTFE、GF/PTFE材料与Si3N4陶瓷配副时的摩擦学性能均有明显改善,摩擦因数与磨损率均呈显著降低的趋势,其中CF/PTFE复合材料表现出更为优异的摩擦学性能,在1 000 r/min滑动速度下摩擦因数低至0.026。磨损表面表征结果表明,在海水润滑条件下,PTFE基复合材料在摩擦过程中由于摩擦化学反应生成了润滑膜,可为摩擦副提供良好的润滑和减磨作用,从而减少摩擦磨损行为的发生。     

玻璃陶瓷材料与轴承钢表面摩擦磨损的试验研究

在盘销式摩擦磨损试验机上考察了氟金云母玻璃陶瓷与轴承钢的摩擦磨损性能,在不同载荷条件下,测试了摩擦因数和玻璃陶瓷的磨损率,用金相显微镜观察和分析磨损表面形貌,并探讨了玻璃陶瓷材料的磨损机制。结果表明：在低载荷条件下,摩擦因数较低;随着载荷的增加,摩擦副的摩擦因数比较稳定,氟金云母玻璃陶瓷与轴承钢的平均摩擦因数为0.095。玻璃陶瓷和轴承钢的磨损率存在波动,其对磨过程以磨料磨损为主。     

陶瓷与灰铸铁配副在水润滑下的摩擦学性能

比较了在蒸馏水润滑下Si3N4、Al2O3陶瓷与灰铸铁副的摩擦学性能,结果表明：Al2O3陶瓷的磨损体积远小于Si3N4,但与Si3N4配副时灰铸铁的磨损体积明显小于与Al2O3配副时的磨损体积。其摩擦系数也较小（0.02)。用SEM观察发现Al2O3陶瓷磨擦表面粗糙,有少量的转移膜形成;而Si3N4磨擦表面光滑,与其对应的灰铸铁磨面上存在含石墨的润滑膜。     

有无电流工况下钢铝复合轨/受电靴的摩擦磨损特性

利用改进设计的销盘摩擦磨损试验机,研究了用于地铁供电的钢铝复合轨与受电靴在有无电工况下的滑动摩擦磨损性能,对比了磨损量与摩擦因数的变化,观察和分析了微观磨损形貌,分析了其摩擦磨损机制。试验表明:电流对摩擦副的干摩擦滑动行为具有显著的影响,随着电流的增加,钢铝复合轨和受电靴的磨损质量增加,摩擦因数减小,摩擦表面出现粘着磨损、电弧烧蚀、磨粒磨损、疲劳剥落特性。     

浸渍石墨/38CrMoAlA (喷涂)配对密封摩擦副的干摩擦性能

针对干摩擦机械密封在高速运转工况下密封端面的摩擦磨损而导致密封失效问题,通过试验分析几种典型摩擦副材料组对在干摩擦下的摩擦磨损性能。选择浸锑石墨M106D和浸树脂石墨M106K分别与38CrMoAlA以及喷涂Cr2O3、Al2O3的38CrMoAlA硬环组对,采用Plint摩擦磨损试验机,监测摩擦副在高速干摩擦条件下的摩擦因数,分析轴向载荷及线速度对摩擦因数的影响,通过白光干涉仪观测试验前后端面形貌。结果表明：干摩擦下,喷涂的硬环表面石墨转移附着较少,其更耐磨、磨损程度小,浸锑石墨较浸树脂石墨磨损少;6组配对试验主要磨损形式为磨粒磨损,其中浸锑石墨/喷涂Al2O3的38CrMoAlA摩擦副摩擦因数最小;由于石墨的自润滑性,适当增加转速和轴向载荷均有利于降低端面摩擦因数。     

陶瓷与灰铸铁在水润滑条件下滑动摩擦学特性的研究

在Ｍ－２００环一块磨损试验机上研究了蒸馏水润滑条件下Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３陶瓷与灰铸铁（ＨＴ）配副时的滑动摩擦磨损特性，并与这两种陶瓷和０．８％Ｃ钢（Ｔ８）配副相对比；在扫描电镜（ＳＥＭ）下对磨损后的试样表面进行了形貌观察和能谱分析。结果表明：Ｓｉ３Ｎ４／ＨＴ的摩擦系数最小，而且Ｓｉ３Ｎ４与ＨＴ的磨损率均比Ｓｉ３Ｎ４与Ｔ８配副时低得多，其原因是由于在灰铸铁表面形成了一层含石墨的氧化膜；Ａｌ２Ｏ３／ＨＴ与Ａｌ２Ｏ３／Ｔ８的摩擦系数差别不大，但灰铸铁的磨损体积小于Ｔ８。这是由于当Ａｌ２Ｏ３与ＨＴ配副时，很难在ＨＴ表面形成含石墨的表面膜，但ＨＴ中的石墨膜减轻了Ｆｅ向Ａｌ２Ｏ３表面的转移从而降低了磨损。     

防冻液环境下PPS复合材料与不同配副材料的摩擦学行为

采用热压成型法制备短切碳纤维增强聚苯硫醚(PPS)复合材料,研究汽车专用防冻液环境中复合材料与4Cr13不锈钢、SiC陶瓷和Al2O3 陶瓷配副在不同载荷下的摩擦磨损性能;考察摩擦副在防冻液中的润湿性与耐腐蚀性;利用激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜对复合材料及对偶件磨损面进行观察,结合磨损面EDS和XRD分析探究材料的摩擦磨损机制。结果表明：防冻液环境中,SiC陶瓷耐腐蚀性能最强,Al2O3 陶瓷润湿性最好;在相同载荷下与4Cr13配副时复合材料的磨损率最低,但摩擦因数随载荷的增大上升最快,对偶件磨损率最大且磨粒磨损严重;与SiC或Al2O3配副时复合材料摩擦面呈现研磨特征;在相同载荷下与Al2O3 配副时复合材料磨损率最大,磨屑向对偶件表面沉积,与SiC配副时复合材料摩擦因数最小且对偶件磨损率最小。因此PPS复合材料与SiC配副宜作为防冻液环境下长耐久滑动轴承的优选材料。     

Friction and Wear Behavior of Ultra-High Molecular Weight Polyethylene Sliding Against GCr15 Steel and Electroless Ni–P Alloy Coating Under the Lubrication of Seawater

The friction and wear behavior of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) sliding against GCr15 steel and electroless Ni-P alloy coating under the lubrication of seawater was investigated and compared with that under dry sliding and lubrication of pure water and 3.5 wt.% NaCl solution, respectively. It was found that under the lubrication of aqueous medium, the friction and wear behavior of UHMWPE mainly depended on the corrosion of counterface and the lubricating effect of the medium. Because of serious corrosion of counterface by the medium, the wear rates of UHMWPE sliding against GCr15 under the lubrication of seawater and NaCl solution were much larger than that under other conditions, and such a kind of wear closely related to the corrosion of counterface can be reckoned as indirect corrosive wear. However, when sliding against corrosion-resistant Ni–P alloy under the lubrication of seawater, the lowest coefficient of friction and wear rate of UHMWPE were obtained, owing to superior lubricating effect of seawater. Moreover, periodic ripple patterns were observed on the worn surfaces of UHMWPE sliding against GCr15 under the lubrication of seawater and NaCl solution, which were ascribed to the intelligent reconstruction of surface microstructure of UHMWPE upon large plowing effect of the counterface asperities. Based on scanning electron microscopic (SEM) and three-dimensional (3D) profile analyses of the worn surfaces of UHMWPE, a stick–slip dynamic mechanism was proposed to illustrate the pattern abrasion of UHMWPE. Electronic supplementary material  The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users.     

碳酸酯对Ti6Al4V/钢摩擦副摩擦磨损性能的影响

采用SRV型微动摩擦磨损实验机分别考察了Ti6Al4V-钢摩擦副在2种碳酸酯润滑下的摩擦磨损性能,并利用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪分析了Ti6Al4V磨斑表面形貌和典型元素的化学状态。结果表明,2种碳酸酯作为Ti6Al4V/钢摩擦副的润滑剂所表现出的减摩抗磨和承载能力优于其相对应的脂肪醇;载荷和频率明显影响Ti6Al4V/钢摩擦副在碳酸酯润滑下的摩擦磨损行为;碳酸二-2-乙基己酯所表现出的减摩抗磨和承载能力明显优于碳酸二辛酯;2种碳酸酯对Ti6Al4V/钢摩擦副的润滑机制为在Ti6Al4V磨损表面形成吸附膜,从而起到减摩抗磨的作用。