基于羰基铁磁流变液的摩擦磨损性能研究

采用四球摩擦磨损试验机考察了负荷和转速对某种实用型羰基铁磁流变液的摩擦系数和磨斑直径的影响，测定了磁流变液的最大无卡咬负荷PB和烧结负荷PD，用扫描电子显微镜观察了磨痕表面形貌，探讨了磁流变液的摩擦磨损特性。结果表明，磁流变液的摩擦磨损性能随负荷和转速的增大而增加。负荷的高低决定磨粒磨损的机理，而转速的大小决定同种机理下磨粒磨损的程度。低负荷下为微观切削，高负荷下为粘着磨损和疲劳磨损。该磁流变液的PB和PD值分别为294N和1569N。     

添加剂对羰基铁磁流变液的摩擦磨损特性的影响

采用四球摩擦磨损试验机考察了羰基铁磁流变液中添加剂对摩擦曲线、摩擦系数、磨斑直径、最大无卡咬负荷岛和烧结负荷如的影响，用扫描电子显微镜观察了磨痕表面形貌。结果表明，SiO2或粘土等触变剂使磁流变液的润滑性能降低。通过添加有机钼等固体润滑荆可以提高磁流变液的润滑性能，但随着负荷的增大，含各类添加剂的磁流变液的摩擦系数和磨斑直径趋于一致。磁流变液的磨粒磨损的机理主要为微观切削，表现为沟犁效应。羰基铁磁流变液的边界润滑性能主要取决于基础油的特性．     

触变剂对硅油基磁流变液摩擦磨损性能的影响

选择高岭土和纳米二氧化硅为触变剂,考察了触变剂类型及含量对硅油基磁流变液的摩擦磨损性能的影响,记录了摩擦系数随时间的变化曲线,测量了磨斑直径,采用SEM观察了磨斑的表面形貌,分析了磨损机理。结果表明,纳米二氧化硅在磁流变液中的抗磨性能优于高岭土。随着二氧化硅含量的增加,磁流变液的润滑性能变差,而磁流变液的抗磨性能在二氧化硅含量为1%时出现最佳值。硅油基磁流变液的磨损机理为三体磨粒磨损,触变剂的加入对磁流变液的磨损形式没有影响,但改善了磨损环境。     

脂肪酸对磁流变液沉降稳定性影响的研究

以羰基铁粉为悬浮相,油酸、月桂酸、硬脂酸和聚丙烯酸为添加剂制备硅油基磁流变液,分析了脂肪酸对羰基铁粉Zeta电位和磁流变液零场黏度的影响,研究了不同种类脂肪酸对磁流变液沉降稳定性能的影响。结果表明:聚丙烯酸能够同时增大羰基铁粉的Zeta电位和磁流变液的零场黏度,对磁流变液的沉降稳定性具有较为显著的增强作用,而月桂酸和硬脂酸处理羰基铁粉的Zeta电位绝对值低,制得磁流变液的沉降稳定性能较差。     

羰基铁粉表面有机改性及其对磁流变液性能的影响

为了改善羰基铁粉与硅油的相容性,提高磁流变液的沉降稳定性,选用硅烷偶联剂为表面改性剂,采用分散聚合法对羰基铁粉进行表面改性。通过傅立叶红外光谱、扫描电子显微镜、激光粒度分析仪等手段对改性前后羰基铁粉的结构、形貌和粒径进行了表征。同时还以改性前后的羰基铁粉为悬浮相,以硅油为分散相制备磁流变液。研究结果表明,改性后的羰基铁粉表面吸附有偶联剂,其粒径增大了2.4倍,与硅油有良好的亲和性,采用改性后的羰基铁粉可以显著改善磁流变液的沉降稳定性,同时偶联剂的添加会增大磁流变液的粘度,但是对流变性能影响较小。     

各向同性磁流变橡胶材料的摩擦实验研究

分别从宏观和微观角度研究磁场对各向同性磁流变橡胶摩擦性能的影响。搭建了磁流变橡胶的摩擦实验平台,在外加磁场下进行滑动摩擦实验。实验结果表明,磁流变橡胶在轻载且低速条件下,摩擦系数随正压力增大呈减小趋势,而且磁场会使得磁流变橡胶表面的摩擦系数减小,且减小趋势随羰基铁粉体积比的增加呈现非线性变化,当羰基铁粉体积比为10%、正压力为0.25N、磁场强度为250mT时,其摩擦系数变化最大,减小约25%。通过金相显微镜进一步观测施加磁场前后的磁流变橡胶表面,检测表明磁场使得羰基铁粉在磁流变橡胶表面产生聚集,从而使其表面材料属性及微结构发生变化,该变化是促使磁流变橡胶的摩擦性能发生改变的重要原因。     

各向同性磁流变橡胶材料的摩擦实验研究

分别从宏观和微观角度研究磁场对各向同性磁流变橡胶摩擦性能的影响.搭建了磁流变橡胶的摩擦实验平台,在外加磁场下进行滑动摩擦实验.实验结果表明,磁流变橡胶在轻载且低速条件下,摩擦系数随正压力增大呈减小趋势,而且磁场会使得磁流变橡胶表面的摩擦系数减小,且减小趋势随羰基铁粉体积比的增加呈现非线性变化,当羰基铁粉体积比为10％、正压力为0.25N、磁场强度为250 mT时,其摩擦系数变化最大,减小约25％.通过金相显微镜进一步观测施加磁场前后的磁流变橡胶表面,检测表明磁场使得羰基铁粉在磁流变橡胶表面产生聚集,从而使其表面材料属性及微结构发生变化,该变化是促使磁流变橡胶的摩擦性能发生改变的重要原因.     

基础油对羰基铁磁流变液摩擦性能的影响

采用四球摩擦磨损试验机,在有外加磁场和无外加磁场条件下,考察了基础油对羰基铁磁流变液的摩擦系数的影响,记录了试验时间内摩擦系数随时间的变化曲线.结果表明,在较低载荷下,基础油的运动黏度值与磁流变液的流变性能有直接关系;基础油的摩擦性能决定了磁流变液的摩擦性能.     

纳米硅酸镁锂对磁流变液性能的影响

以纳米硅酸镁锂、羰基铁粉、硅油等原料制备了一种稳定性好的磁流变液.用振动样品磁强计、扫描电子显微镜、比表面分析仪分别测试了羰基铁粉的磁性能、表面形貌和粒径;用磁流变仪测试了磁流变液的表观粘度和磁致剪切应力;用静置沉降法分析了磁流变液的沉降稳定性.结果表明:纳米硅酸镁锂具有良好的粘度调节功能,用其制备的磁流变液具有触变性,抗沉降性,更大的磁致剪切应力;得出了纳米硅酸镁锂浓度与磁流变液粘度和磁致剪切应力的定量关系.     

三维编织复合材料在润滑条件下的摩擦性能

利用树脂传递模塑(RTM)工艺制备了三维编织炭纤维/环氧(C3D/EP)复合材料.采用MM-200型摩擦磨损试验机研究了该材料润滑条件下的摩擦磨损性能,探讨了载荷及滑动速度等外界因素的影响;并采用XL30 ESEM电子显微镜观察磨损表面形貌,分析了其磨损机理.结果表明,润滑条件下复合材料的摩擦磨损性能远优于干摩擦,且磨合期较短;随着载荷的增加,复合材料的摩擦系数和比磨损率降低,但滑动速度对摩擦磨损性能的影响很小;润滑条件下的磨损机理主要是磨粒磨损.     

不同粒径SiO_2粒子对磁流变液性能的影响

分别以不同粒径的SiO2粒子作为触变剂,以羰基铁粉为磁性颗粒,制备了矿物油基磁流变液。通过测量零场粘度、流变曲线、沉降率,以及摩擦系数等,考察了SiO2的粒径对磁流变液流变特性、稳定性以及摩擦学性能的影响。实验结果表明,(1)中等粒径的SiO2作为触变剂会明显增加磁流变液的零场粘度;(2)小粒径SiO2粒子的填补空隙作用,使得磁流变液在强磁场下磁致剪切应力明显增强;(3)磁流变液的沉降稳定性随着粒径的增大而明显改善,再分散性能下降;(4)较大粒径(100 nm)的SiO2粒子的磁流变液表现出良好的减摩性能。     

二聚酸对磁流变液流变性能及稳定性的影响

以羰基铁粉作为悬浮介质,硅油为分散相,二聚酸为表面活性剂制备了磁流变液,使用MCR 302流变仪对磁流变液进行稳态剪切,考察了二聚酸种类及含量对磁流变液流变性能的影响,并通过自然沉降法对体系沉降稳定性进行测试。结果表明,二聚酸组分内的二聚体、三聚体可有效在磁流变液内部,与羰基铁粉颗粒建立吸附连接,形成空间结构,从而影响磁流变液的流变性能及沉降性能。     

羰基铁粉对磁流变脂皂化和成纤结构的影响

皂化反应和成纤过程是制备磁流变脂的关键环节,实验室分别在皂化时、稀释时、高温炼制时、冷却时加入羰基铁粉制备了4种不同工艺条件的磁流变脂,采用扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)、综合热分析仪(DSC-TG)等表征了其微观结构及性能,研究了羰基铁粉对磁流变脂皂化和成纤结构的影响。结果表明,羰基铁粉不同加入方式对磁流变脂的微观结构具有较大的影响。皂化前加入羰基铁粉会影响皂化反应的进行,相应磁流变脂的理化性能和离心沉降稳定性较差,但其具有较好的热稳定性和磁性能。皂化反应结束后加入羰基铁粉,加入时机距皂纤维形成的时间越短,羰基铁粉在磁流变脂皂纤维结构中的分散越好,对应的长期沉降稳定性越好,但比饱和磁化强度较低。皂纤维形成后加入羰基铁粉形成的磁流变脂热稳定性差于皂纤维形成前加入羰基铁粉制备的磁流变脂。     

表面活性剂对纳米氧化锌减摩抗磨性能的影响

为提高纳米氧化锌在润滑油中的摩擦磨损性能和成膜性能,采用均匀沉淀法在合成过程中加入表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵(CTAB))制备了平均粒径约为20~30 nm的纳米氧化锌,并利用SEM、TEM、XRD等方法对制备材料的组织和相组成进行了表征。同时,利用四球摩擦磨损试验机考察纳米氧化锌对润滑油摩擦磨损性能的影响。结果表明:在载荷392 N时,最佳添加量(质量分数)为0.5%,平均摩擦系数降低了35%,磨斑直径下降了11%;利用CTAB修饰后平均摩擦系数降低了70%,磨斑直径下降了40%。在不同载荷下平均摩擦系数出现先增高后下降的趋势。钢球摩擦表面的形貌分析表明,添加CTAB后的纳米氧化锌润滑油,钢球磨损表面犂沟深度最浅,宽度最小。利用CTAB合成的纳米氧化锌具有良好的减摩抗磨性能,可以大大降低机械零件的摩擦力。     

润滑条件下三维编织炭复合材料的摩擦学特性

采用MM-200型摩擦磨损试验机研究了润滑条件下三维编织炭/环氧复合材料的摩擦磨损性能,探讨了载荷及滑动速度等外界因素的影响;并采用XL30 ESEM电子显微镜观察磨损表面形貌,分析了其磨损机理.结果表明,润滑条件下复合材料的摩擦磨损性能远优于干摩擦,且磨合期较短;随着载荷的增加,复合材料的摩擦系数和比磨损率降低,但滑动速度对摩擦磨损性能的影响很小;润滑条件下的磨损机理主要是磨粒磨损.     

氧化石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯复合乳液的制备及其摩擦磨损性能研究

采用改进Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),并用乳液聚合方法合成了GO/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合乳液。用红外光谱仪对GO进行了表征,用扫描电子显微镜观察了复合乳液的形貌;采用高温摩擦磨损试验机(HT-1000型)考察了GO/PMMA复合乳液作为水基润滑添加剂的摩擦磨损性能,讨论了乳液含量对摩擦磨损性能的影响;并用扫描电子显微镜观察了磨痕表面形貌,初步探讨了复合乳液的摩擦磨损机理。结果表明:所制备的GO/PMMA复合乳液具有优异的减摩抗磨性能,当乳液质量分数为1%时,摩擦系数减小了85.5%,磨损率减小了62.3%。     

离子液体基低粘高屈服应力磁流变液

基液是影响磁流变液性能的重要因素。与传统基液相比,离子液体的粘度适中、具有极性,能够作为制备新型磁流变液的基液。选用1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体为基液,以羰基铁粉为分散相颗粒,制备颗粒体积分数为20%的磁流变液,并与传统硅油基磁流变液进行性能对比。流变学测试结果表明,在436 kA/m下离子液体基磁流变液的最高剪切屈服应力相较硅油基磁流变液提高了29%,离子液体基磁流变液具有更显著的磁流变效应。     

磁流变液的流变特性分析和实验验证

本研究制备了羰基铁粉体积分数为10%的硅油基磁流变液,使用Physica MCR 301流变仪测试其流变性能,用Bingham模型和Casson模型对磁流变液的流变性能进行拟合计算。实验表明,Bingham模型和Casson模型均可较好地描述磁流变液的流变行为,在磁场作用下,随着剪切速率增加,剪切应力增大并趋于稳定,表观粘度显著减小,磁流变液存在剪切稀化现象。通过对数拟合的方法,得出磁流变液剪切应力和磁场的关系,剪切速率恒定时,随着磁场增大,磁流变液剪切应力显著增加。     

羰基铁粉表面纳米钴修饰及其对磁流变液性能的影响

羰基铁粉作为制备磁流变液最重要的磁性材料,其表面特性将对所制备的磁流变体系的磁流变效应、化学稳定性和沉降稳定性产生很大的影响.因此,在磁流变液制备中,磁性颗粒的表面修饰必不可少,也是磁流变液研究的重要内容.本文采用化学沉积方法,首先在微米级羰基铁粉表面均匀镀上一层纳米级金属钴,然后再对表面进行其它处理,以试图改善磁性材料的表面均匀性、提高饱和磁化强度并增强磁流变效应.在pH=10左右的硼砂缓冲溶液介质中,采用次亚磷酸钠直接还原钴盐的方法将纳米级金属钴包覆在羰基铁粉的表面.对影响钴化学沉积过程的因素例如pH值、温度、溶液浓度等进行了实验研究,并对实验条件进行优化.采用XRD、热分析、SEM、XPS和原子发射光谱对处理后的颗粒样品进行观察、表征和成分测定.采用钴处理前后颗粒作为磁性粒子制备磁流变液,对其沉降稳定性和磁流变效应进行比较,得到较为满意的结果.     

搅拌摩擦加工铝基复合材料的高温摩擦磨损性能

通过在铝合金表面一定深度添加颗粒度为10μm的B4C粉末,采用搅拌摩擦加工方法制备成铝基复合材料.采用SEM、EDS、高温摩擦磨损试验机对其摩擦磨损性能进行研究;分析加工方法和环境温度对摩擦因数和磨痕形貌的影响,并探讨磨损机制.结果表明:高温磨损条件下,搅拌摩擦加工制备的铝基复合材料能明显改善铸态ZL109铝合金的耐磨性;复合材料表现出较好的磨损性能和较低的摩擦磨损因数.搅拌摩擦加工制备的铝基复合材料在100℃时磨损以氧化磨损和磨粒磨损为主,随着温度的升高,300℃时复合材料的磨损机理由氧化磨损转变为黏着磨损.