不同基体炭C/C复合材料的摩擦磨损性能

以炭纤维针刺毡为预制体,采用化学气相沉积法(CVI)和结合液相浸渍树脂或沥青法制备了热解炭为粗糙层与光滑层结构的准三维C/C复合材料,并研究了这些材料在0.6 MPa的模拟刹车压力下的摩擦磨损性能与磨损机理.研究表明:基体炭为粗糙层热解炭与树脂炭的C/C复合材料摩擦表面能形成较厚且连续的自润滑摩擦膜,摩擦稳定性最好,摩擦因数适中,氧化磨损小,磨损机理主要为膜的部分脱落、氧化磨损与相对较小的磨粒磨损;基体炭为光滑层热解炭与树脂炭或沥青炭的C/C复合材料摩擦表面形成的摩擦膜较薄且不连续,摩擦稳定性差,摩擦磨损较大,磨损机制主要为膜的部分脱落、磨粒磨损与更严重的氧化磨损;随着密度的升高,C/C复合材料摩擦稳定性增加,摩擦因数增加,磨损降低;基体炭为单一沥青炭的C/C复合材料,由于没有热解炭对纤维的保护,纤维断裂多,线性磨损尤其大,磨损机理主要为大量的磨粒磨损与氧化磨损.     

基体碳对C/CF/Cu复合材料的影响

采用树脂碳化和碳气相沉积相结合的方法制备了碳/碳纤维(C/CF)先驱丝,用压力浸渗凝固成型方法制备了碳/碳纤维/铜(C/CF/Cu)复合材料,借助于扫描电镜下复合材料界面和相分布观察以及显微硬度和滑动摩擦磨损测试,探讨了基体碳(树脂碳化碳和沉积碳)对C/CF/Cu复合材料成型、显微硬度及摩擦磨损的影响.结果表明,碳化和碳气相沉积处理的C/CF先驱丝相对致密并阻碍铜液的压力浸渗成型,但该先驱丝硬度高于碳化处理的C/CF先驱丝.碳化和碳气相沉积处理的C/CF/Cu复合材料滑动摩擦磨损耐磨性高于纯铜,而且滑动摩擦系数也高于纯铜.C/CF/Cu复合材料是一种具有摩阻功能的复合材料.     

石墨粒度对C/Cu复合材料载流摩擦磨损性能的影响

分别采用45、150 μm两种粒度的镀铜石墨经粉末冶金法制得C/Cu复合材料,借助销-盘式载流摩擦磨损试验机研究了石墨粒度对C/Cu复合材料载流摩擦磨损性能的影响,利用电镜对磨擦表面进行微观分析.结果表明,45μm石墨颗粒较150 μm石墨颗粒能够减少电弧发生,并提高该复合材料的力学性能和增强摩擦面润滑膜的形成,能有效降低该复合材料的摩擦系数和磨损率.     

三维机织C／C复合材料的摩擦磨损性能

采用碳纤维织造了三维角联锁和三向正交2种不同三维机织物,首先采用化学气相渗透(CVI)使其致密,再采用液相树脂浸渍/碳化的补充增密技术,制备出粗糙层结构热解碳和树脂碳双元基体C/C复合材料;对该C/C复合材料进行摩擦磨损实验,采用光学显微镜、扫描电镜对三维机织物增强的C/C复合材料的摩擦面以及磨屑形貌进行观察,对其磨损机理进行分析.结果表明:三维角联锁C/C复合材料比三向正交C/C复合材料的摩擦因数低(分别为0.40和0.48),二者的摩擦性能均稳定,后者比前者磨损量小,说明Z向纤维束有利于提高摩擦因数并降低磨损量.     

密封用炭/炭复合材料的摩擦磨损性能

针对液体火箭发动机涡轮泵密封件磨损量较大问题,在MVF-1A多功能立式摩擦磨损试验机上,以GCr15钢环为对偶件,研究低载荷高线速度(12N,2.25m/s)以及高载荷低线速度(50N,1.25m/s)工况条件下热处理温度不同时(2 250、2 400和2 500℃)对炭/炭(C/C)密封材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电镜观察摩擦表面形貌,利用能谱仪确定摩擦表面元素组成。结果表明:低温(2 250℃)热处理材料石墨化度程度低,弯曲强度高,摩擦因数小,线性磨损量大;随着热处理温度的升高,材料石墨化程度升高、界面结合强度弱化,弯曲强度降低;当热处理温度升高到2 500℃后,材料表面易形成完整致密的磨屑膜,磨损机制由磨粒磨损转变为粘着磨损,摩擦因数大,线性磨损量低。此外,在高载荷条件下,适当增大线速度(1.50、1.88m/s),有利于降低摩擦因数及线性磨损量。由此可知,采用高温(2 500℃)热处理的C/C复合材料具有良好抗磨性能,可较好地满足密封件使用要求。     

基体碳对C/CF/Cu复合材料的影响

采用树脂碳化和碳气相沉积相结合的方法制备了碳／碳纤维（C／CF）先驱丝，用压力浸渗凝固成形方法制备了碳／碳纤维／铜（C／CF／Cu）复合材料，借助于扫描电镜下复合材料界面和相分布观察，以及显微硬度和滑动摩擦磨损测试，探讨了基体碳（树脂碳化碳和沉积碳）对C／CF／Cu复合材料成形、显微硬度及摩擦磨损的影响。结果表明，碳化和碳气相沉积处理的C／CF先驱丝相对致密，并阻碍铜液的压力浸渗成形，但该先驱丝硬度高于碳化处理的C／CF先驱丝。碳化和碳气相沉积处理的C／CF／Cu复合材料滑动摩擦磨损耐磨性高于纯铜，而且滑动摩擦因数也高于纯铜。证明C／CF／Cu复合材料是一种具有摩阻功能的复合材料。     

不同载荷下碳纤维增强碳基体复合材料的摩擦磨损性能

在Falex摩擦磨损实验机上研究了碳纤维增强碳基体（C／C）复合材料在不同载荷下的摩擦磨损性能,且对摩擦表面进行了SEM观察和分析。研究结果表明：C／C复合材料的摩擦系数随着载荷的增大呈现出先增大后减小的趋势,而磨损量则随着载荷的增大,整体呈现出逐渐增大的趋势;在高载荷下表面形成的磨屑膜,是导致摩擦系数减小的原因之一;随着载荷的逐渐增大,C／C复合材料的磨损由磨粒磨损为主逐渐向粘着磨损为主转变。     

石墨对C/Cu复合材料微观组织及摩擦磨损性能的影响

利用机械合金化和放电等离子烧结技术制备C/Cu复合材料,用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪、显微硬度计和销-盘摩擦磨损试验机对复合粉末和烧结体的组织结构、硬度、摩擦学行为进行了分析.结果表明:C/Cu复合粉末中Cu相粉末由纳米/亚微米复合颗粒组成,石墨主要以纳米层片状结构和非晶态存在,放电等离子体烧结体组织致密、细小且均匀,随着碳含量增加,烧结体的硬度与密度减小;C/Cu复合材料烧结样品在摩擦过程中形成润滑膜,表现出较低的摩擦系数和良好耐磨性,其磨损机制主要为氧化磨损、粘着磨损和剥层磨损.     

润滑状态对C/C复合材料摩擦磨损特性的影响

在M-2000型摩擦磨损实验机上,对3种C/C复合材料与40Cr钢配副分别在干态、水润滑、油润滑3种条件下的摩擦磨损行为进行了研究.结果表明:在3种润滑条件下,干态摩擦试样的摩擦系数最大,体积磨损最小;基体炭为树脂浸渍炭的试样在3种试样摩擦系数最高,约为0.141～0.205;水润滑时试样的摩擦系数最小,为0.05～0.10,但体积磨损最大,最高可达7.75 mm3油润滑时试样的摩擦系数和体积磨损均介于干态和水润滑之间;干摩擦时,试样的摩擦系数随着载荷增加而缓慢降低,水润滑和油润滑的摩擦系数则随着载荷的增加而先增加后减少;干态摩擦时材料表面形成了完整的摩擦膜,水润滑和油润滑条件下摩擦膜很薄且不完整;所有润滑条件下试样均以磨粒磨损或犁削磨损为主.     

不同相对湿度下C/C复合材料的摩擦磨损性能

在MM-1000型摩擦试验机上,对C/C复合材料在不同相对湿度下进行摩擦磨损性能实验,用扫描电子显微镜对其磨损表面形貌和磨屑进行观察分析。结果表明:随着相对湿度的增加,C/C复合材料的摩擦因数降低,质量磨损下降,且在高相对湿度下,由于水分的润滑,摩擦因数要比在低相对湿度下的更稳定,两者刹车时间相近,可见在飞机着落实际环境下,短时间内相对湿度高低对刹车性能影响不大。但长时间在高相对湿度下放置后,材料的摩擦磨损性能受到很大影响,表现为刹车时间比较长,摩擦因数和质量磨损偏低。通过分析摩擦后的材料表面及磨屑形貌,发现随着相对湿度的增加,主要磨损机理发生转变,从低相对湿度下的氧化磨损转变为高相对湿度下的剥层磨损。     

C／C-SiC陶瓷基复合材料刹车副摩擦性能研究

以不同孔隙率的C／C复合材料为预制体，以甲基三氯硅烷（CH3SiCl3）为反应源气，以氩气为载气，高纯氢气为稀释气体，用化学气相渗透法（CVI）制备一系列C／C—SiC复合材料。通过在MM-2000摩擦磨损实验机上的摩擦试验，对该系列材料的摩擦磨损性能进行了研究，详细分析了不同压力和摩擦环境（湿态和干态）对材料摩擦性能的影响。结果表明，在外界条件相同的情况下，随着压力的增大，材料的摩擦系数先增大后降低；随着SiC含量增加，材料摩擦磨损性能先增强后下降，SiC含量在40％左右具有最好的摩擦磨损性能。在湿态环境下材料的平均动摩擦性能明显衰退，但是当压力增大时这种衰退的影响减小。     

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.     

银-石墨烯复合材料的滑动摩擦磨损性能

采用球磨混粉、冷等静压和真空烧结的工艺流程制备了含0.5%~2.0%石墨烯的银-石墨烯复合材料,并对复合材料进行销盘式摩擦磨损试验以研究其大气环境滑动摩擦磨损性能。研究结果表明,因石墨烯易团聚,石墨烯含量限于1.5%时能够有效改善复合材料的性能。与未增强的银相比,由于在接触表面形成自润滑碳质膜,银-石墨烯复合材料表现出较低的摩擦系数、较少的磨损量和较低的接触表面温度。随石墨烯含量的增加,复合材料的摩擦系数和磨损量均下降。复合材料的主要磨损机制为粘着磨损和磨料磨损。     

微喷砂处理对TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiOCN多层涂层摩擦磨损性能的影响

目的采用微喷砂的方法对TiN/MT-TiCN/Al_2O_3/TiOCN多层涂层进行后处理,研究其对涂层摩擦磨损性能的影响。方法采用化学气相沉积(CVD)的方法在硬质合金基体上沉积多层涂层,并进行微喷砂处理。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征涂层的显微组织结构,利用显微维氏硬度计、纳米压痕仪、X射线应力仪以及划痕仪测试涂层的硬度、应力和结合力,采用往复式多功能摩擦磨损试验机(UMT-3T)研究涂层的摩擦磨损性能。结果 TiN/MT-TiCN/Al_2O_3/TiOCN多层涂层经过微喷砂处理后,表层粗糙度改善,显微硬度提高21.4%,顶层TiOCN的纳米压痕硬度由微喷砂前的36.31 GPa增大至39.32 GPa,摩擦系数降低,磨损体积由微喷砂前的1.95×10~(-3) mm~3增大至2.26×10~(-3) mm~3,磨损率由微喷砂前的1.81×10~(-6) mm~3/(N·m)增大至2.10×10~(-6) mm~3/(N·m)。微喷砂后处理在提高TiOCN顶层硬度的同时,也减薄了TiOCN顶层的厚度,并使得TiOCN层表面出现明显的裂纹,Al_2O_3层的抗塑性变形能力变弱,从而使顶层TiOCN被提早磨穿,Al_2O_3层产生大量磨屑,加剧了磨损,微喷砂后涂层表现出较差的耐磨性。结论微喷砂处理可以有效改善涂层力学性能。但在涂层较薄的情况下,微喷砂处理造成的裂纹和减薄现象会使其整体耐磨损性能下降。     

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。     

碳-铜基复合材料机械摩擦磨损性能研究

利用扫描电镜、金相显微镜等测试手段对面碳－铜复合材料几种组织状态下的机械摩擦磨损性能进行了研究。结果表明,复合材料具有合理的组织结构,可明显改善材料摩擦磨损性能,复合材料磨损性能随材料成形方向不同也有差异。     

C/Al2O3复合材料的固体粒子冲蚀行为与磨擦磨损性能研究

以溶胶浸渍热处理技术路线制备的碳纤维布叠层缝合预制件增强Al₂O₃(C/Al₂O₃)复合材料为对象,以刚玉粉为介质,研究了复合材料的固体粒子冲蚀行为,按照GB5763-2008规定的条件研究了复合材料的磨擦磨损性能。室温下,复合材料冲蚀率随着冲击角度与送粉量的增大而增加;温度升高,由于机械冲击和热冲击的双重作用,冲蚀率显著变大。在GB5763-2008规定的条件下,C/Al₂O₃复合材料具有稳定的摩擦系数和很低的磨损率。结合微观形貌分析,探讨了复合材料的冲蚀与磨损机理。得益于连续碳纤维的补强增韧作用,即使基体致密度低于单体Al2O3陶瓷,C/Al₂O₃复合材料在冲蚀和磨损时不会发生脆性断裂,使用安全性优于单体Al₂O₃陶瓷。     

短炭纤维增强C/C-SiC制动材料的摩擦磨损性能

采用温压？原位反应法制备C/C-SiC复合材料,利用QDM150型摩擦试验机研究短炭纤维（SCF）长度和纤维体积分数对C/C-SiC制动材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：C/C-SiC制动材料能够保持较高且稳定的摩擦因数;SCF的体积分数将影响C/C-SiC制动材料的摩擦磨损性能,纤维体积分数为10%时,材料具有适中的摩擦因数和较低的磨损率;SCF长度对C/C-SiC制动材料的摩擦磨损性能有显著影响,炭纤维长度为12 mm时,材料具有最佳的摩擦磨损性能。     

碳/铜复合材料摩擦磨损性能的研究

将用机械合金化法制备的碳/铜复合材料粉末进行放电等离子烧结。对烧结后的样品进行了摩擦磨损性能研究。结果表明,复合材料的摩擦系数均随含碳量的增加呈下降趋势;当碳含量为6%时,磨损率最低。