原位合成Al2O3增强铝基复合材料的摩擦磨损性能

通过采用粉末冶金和原位合成技术相结合的近净成形技术制备Al-5％Si-Al2O3复合材料,并运用M一2000摩擦磨损试验机对该复合材料的摩擦磨损性能进行研究。通过单一变量比较法分析载荷和滑动速度对Al-5％Si-Al2O3复合材料摩擦磨损性能的影响,同时对长时间连续磨损下该材料的摩擦性能进行研究。通过扫描电子显微镜对Al-5％Si-Al2O3复合材料的磨损表面进行观察,并分析其磨损机制。结果表明,随着载荷的增大,试样的磨损量和摩擦因数均增加;随着滑动速度的增大,试样表面的升温使得产生氧化层的速率增加,试样的磨损量和摩擦因数均减少。在长时间的连续磨损过程中,由于初始时发生粘着磨损,试样的摩擦因数随着滑动距离的增大而增大。然后,试样表面氧化层的形成和破坏趋于动态平衡,试样表面相对稳定,其摩擦因数也随之趋于平稳。铝基复合材料的磨损机制主要为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。     

MoS2-Al复合薄膜高温摩擦学性能研究

目的提升MoS_2薄膜在高温环境下的润滑性能。方法应用非平衡磁控溅射技术共溅射MoS_2靶和Al靶沉积MoS_2-Al复合薄膜。通过场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、纳米压入仪和CSM牌高温摩擦磨损试验机,评价MoS_2-Al复合薄膜表面及断面形貌、微观结构、机械性能和高温环境下的摩擦学性能,并通过奥斯巴林显微镜观察磨痕及磨斑形貌。结果温度超过400℃时,Al含量(原子数分数)为18.3%的MoS_2-Al复合薄膜表现出了优异的高温润滑性能,摩擦初始阶段的摩擦系数保持在0.07左右,平均摩擦系数低至0.172,比纯MoS_2薄膜的摩擦系数降低了64%,摩擦曲线十分稳定。结论当薄膜中Al的添加量为18.3%时,Al的引入在不破坏MoS_2结构时起到了自身优先氧化的作用,从而保护了MoS_2结构不被破坏,使MoS_2-Al复合薄膜在高温环境下的润滑能力得到了显著提升。     

MoS2/Pb-Ti多层薄膜的结构和摩擦学性能

目的 设计MoS2/Pb-Ti多层薄膜,改善真空和大气环境下的摩擦学性能。方法 采用磁控溅射技术沉积MoS2/Pb-Ti多层薄膜,通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射(XRD)、纳米压痕仪、真空和大气摩擦磨损实验,分别评价MoS2/Pb-Ti多层薄膜的表面形貌、微观结构、力学性能、真空和大气环境下的摩擦学性能,并通过光学显微镜、能谱仪（EDS）、Raman光谱仪对磨痕及磨斑进行分析。结果 随着MoS2层厚度的增加,MoS2/Pb-Ti多层薄膜的表面颗粒逐渐细化,变得更加光滑。同时,微观结构由金属相主导转变为由MoS2相主导,弹性模量逐渐降低,硬度则先升高后降低。在真空环境下,MoS2/Pb-Ti多层薄膜的摩擦系数低至0.01,磨损率低至2.2×10?7 mm3/(N?m),大气环境下摩擦系数低至0.07左右,磨损率低至2.7×10?7 mm3/(N?m)。 结论 在真空摩擦磨损实验中,MoS2层厚度过薄时,MoS2/Pb-Ti多层薄膜的磨损机制为粘着磨损,MoS2层厚度增加有助于形成稳定的转移膜,使得摩擦磨损大幅降低。在大气摩擦磨损实验中,Ti保护MoS2的结构免于H2O和O2的破坏,使体系具有低而稳定的摩擦磨损。     

载荷和滑动速度对块体镁基非晶合金干摩擦性能的影响

目的以制备的Mg_(59.5)Cu_(22.9)Ag_(6.6)Gd_(11)块体镁基非晶合金为基础,探索法向载荷和滑动速度影响镁基非晶合金干摩擦行为的规律和机制,为进一步研究镁基非晶合金提供实验依据。方法采用UMT-2多功能摩擦磨损机,改变法向载荷和滑动速度的大小,进行摩擦磨损实验。通过白光干涉轮廓仪测出磨损轨迹的宽度和深度,再根据公式计算出磨损体积和磨损率。利用扫描电镜和EDS能谱分析磨损轨迹,揭示非晶合金的磨损机制。结果随着载荷的增加,磨损率先减小后稳定,摩擦系数略有减小。随着滑动速度的增加,磨损率先减小后增大,在相对滑动速度为120 mm/s时出现最小值。载荷小于20 N时,磨痕表面布满犁沟和小颗粒状磨屑;载荷大于20 N时,磨痕表面出现层叠状非均匀塑性变形层,对磨球表面转移膜粘连明显。滑动速度低时,磨痕表面布满犁沟,随着速度的增加,先是软化均匀流变,接着出现熔化、剥落。结论块体非晶镁基合金在低载荷下以磨粒磨损为主,还伴随着氧化、少量的粘着;载荷大于20 N时,变为粘着磨损为主。低滑动速度下以磨粒磨损为主,当滑动速度为180 mm/s时,试样表面熔化失效,磨损方式为剥落和磨粒磨损的综合。     

不同摩擦副材料对TC4合金摩擦磨损性能的影响

利用TRB³摩擦试验机采用球/平面接触形式探究TC4合金摩擦磨损性能，使用TC4合金球、GCr15钢球以及Si₃N₄陶瓷球作为对摩副探究TC4合金在不同法向载荷作用下摩擦划痕和磨损特性；通过3D激光共聚焦显微镜测量摩擦划痕形貌，建立能量磨损模型探究磨损过程中接触状态的变化机制，预测磨损进程。结果表明：随着上试样硬度的逐渐降低，球/平面的接触状态向微平面/平面的接触状态转变，摩擦划痕状态受到钛合金在压头前端位错墙和压头后端黏着颗粒的影响，划痕长度和宽度随载荷的增加线性增长，划痕深度出现“锯齿”状波动；“切削与塑性比”f_cp分布于f_cp=0.5两侧说明压头对TC4合金的损伤以微犁耕和微切削2种机制交互作用，说明划痕表面加工硬化现象对表面的保护作用，划痕硬度和表面粗糙度的关系可以预测材料变形过程中的损伤情况。     

载荷和摩擦速度对多元铜合金摩擦磨损性能的影响

利用MMU-200型摩擦磨损实验机研究了载荷和摩擦速度对多元铜合金与GCrl5钢对摩时摩擦磨损性能的影响,并用扫描电镜对磨损表面进行了分析.结果表明,多元铜合金的磨损质量损失随载荷和摩擦速度的增加而增大.而合金的摩擦系数则随载荷和摩擦速度的增加略有增大,但增加幅度不大.该铜合金的磨损形式主要是犁削磨损.在高速重载条件下粘着磨损加剧.     

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。     

M2高速钢的高温摩擦磨损行为

采用Bruker UMT-3型高温摩擦磨损试验机,对M2高速钢在200、400和600℃下的高温摩擦磨损性能进行研究。采用扫描电镜观察磨损表面形貌,探讨了其磨损机制。结果表明:温度是影响M2高速钢高温摩擦磨损性能的重要因素。随着温度的升高,磨损体积先升高后降低,400℃时磨损体积最大,分别是200和600℃的15倍和1.2倍。200℃时摩擦因数最大为0.65,随温度升高摩擦因数先降低,随后趋于平稳,400和600℃时分别为0.39和0.40。200℃时M2高速钢的磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损,以磨粒磨损为主,碳化物减磨作用明显; 400和600℃时主要磨损机制为粘着磨损和轻微的氧化磨损。400℃时粘着磨损严重,磨损加剧。600℃时以氧化磨损为主,氧化层起到良好的减磨作用,磨损减弱。400和600℃下的摩擦因数较200℃小,这是表面的软化熔融和氧化层的润滑的共同作用所致。     

晶界对单层多晶MoS2和MoSe2摩擦性能的影响

目的基于阿蒙顿固体摩擦理论和静电力理论,利用原子力显微镜和开尔文显微镜研究晶界对单层多晶MoS_2和MoSe_2纳米片摩擦性能的影响。方法用化学气相沉积法制备单层多晶MoS_2和MoSe_2,结合摩擦力显微镜模块、开尔文显微镜模块,在单层多晶MoS_2和MoSe_2不同区域上(500 nm×500 nm),研究晶界对其摩擦性能的影响。结果对于单层多晶MoS_2和MoSe_2,有明显晶界区域的粗糙度、接触电势差和粘附力要大于无明显晶界区域或无晶界区域。有明显晶界区域的摩擦系数大于其他区域,无明显晶界区域的摩擦系数大于无晶界区域。结论探针在晶界处滑动时,受到棘轮效应和压电效应的双重作用,导致探针更大的变形量与更多的能量耗散,因此有明显晶界区域的摩擦力显著增大。对于晶界不明显的区域,其摩擦力仅受压电效应的作用,也会有所增大。对于无晶界的区域,因探针滑动时不会受到棘轮效应和压电效应的作用,其摩擦力相对较小。     

TiB2/Al 复合材料摩擦行为研究

采用挤压铸造法制备TiB_2/Al复合材料并发现其在低载高速下具有自润滑特性,因此借助于摩擦试验研究了载荷、滑动速度、摩擦副对该材料摩擦行为的影响。结果表明,低载高速条件下TiB_2/Al复合材料与GCr15轴承钢室温干摩擦时,随着滑动时间的延长,平均摩擦系数未出现明显的上升或下降过渡现象,仅瞬时摩擦系数呈现出不同程度的湍流波动状态。滑动速度为0.8 m/s时,随着载荷的增大,TiB_2/Al复合材料与GCr15干摩擦的平均摩擦系数基本不变,但瞬时摩擦系数的波动幅度减小,摩擦系数的标准偏差减小。载荷为0.49 N时,随着滑动速度的增大,平均摩擦系数没有明显的变化,在0.165～0.255之间波动。与等速度变载荷时相比,等载荷变速度条件下TiB_2/Al复合材料的摩擦系数分散性比较大。采用GCr15为摩擦副时,TiB_2/Al复合材料的瞬时摩擦系数湍流波动较复合材料自摩擦时要大些。自磨时复合材料的平均摩擦系数为0.08左右,与GCr15对磨时平均摩擦系数为0.18左右。     

表面微坑复合MoS2镍基涂层及摩擦磨损性能研究

目的 为解决硬质涂层抗磨与减摩性能难以兼顾的难题,提出并制备出具有优异减摩耐磨性能的表面微坑复合MoS2镍基涂层结构,为抗磨减摩性能统一的涂层设计提供重要依据。方法 以42CrMo轴承钢为基体,采用两种加工方法(在42CrMo轴承钢表面采用激光熔覆制备镍基涂层,在涂层表面电火花加工微坑织构)制备表面微坑复合MoS2镍基涂层,通过球-盘摩擦磨损试验(GCr15对磨球)分别测试3种载荷(2、4、6 N)下42CrMo轴承钢、42CrMo轴承钢表面镍基涂层和表面微坑复合MoS2镍基复合涂层试样的摩擦学性能,并通过先进测试技术(XRD、SEM)分析复合涂层的组织结构及磨痕微观形貌。结果 在不同载荷工况下,镍基涂层的磨损率远小于42CrMo轴承钢,表面微坑复合MoS2镍基涂层的摩擦因数和磨损率均小于镍基涂层和42CrMo轴承钢,在4 N载荷工况下,镍基-MoS2复合涂层具有最低摩擦因数,达到0.36,磨损率为7.41×10^?7 mm³/(N.m),比镍基涂层试样(26.621 0^?7 mm³/(N.m))降低了72.09%。结论 表面微坑复合MoS2镍基涂层结构中涂层与环氧树脂粘结MoS2固体润滑剂可独立高效发挥自身耐磨、减摩特性,并在不同载荷下发挥协同作用,两种方法复合处理能得到具有良好减摩耐磨性能的表面。     

二硫化钼-石墨-银基复合材料的载流摩擦磨损性能研究

采用粉末冶金法制备了二硫化钼-石墨-银基复合材料。研究了二硫化钼含量对石墨-银基复合材料物理与力学性能的影响。并在自制的摩擦磨损试验装置上考察了复合材料机械摩擦磨损和载流摩擦磨损性能。结果表明：二硫化钼的加入提高了复合材料的密度、硬度、抗弯强度和导电性。在载流和不载流条件下,随着二硫化钼含量的增加,复合材料的磨损率降低,但摩擦系数稍有升高;载流条件下,复合材料的摩擦系数小于未载流条件下的摩擦系数,磨损率比未载流条件下的大。     

Ni-P/Ti/DLC多层膜的摩擦磨损性能

目的研究摩擦速度、载荷及加热温度对Ni-P/Ti/DLC多层膜摩擦磨损性能的影响。方法用化学镀镍磷工艺在模具钢基体表面镀上Ni-P层作切削层,采用过滤阴极真空电弧(FCVA)技术分别沉积Ti过渡层和DLC保护层。通过摩擦磨损实验,评价该多层膜的摩擦磨损性能。利用纳米压痕测试和拉曼光谱检测,研究该多层膜在不同加热温度下的硬度、弹性模量和结构成分。利用扫描电镜及表面轮廓仪分别对该多层膜的磨痕形貌和横截面轮廓进行分析。结果随着摩擦速度的增大,Ni-P/Ti/DLC多层膜的摩擦系数呈下降趋势,磨损率和磨损体积呈先减后增的趋势。不同载荷下的摩擦系数变化幅度较小,磨损率和磨损体积随着载荷的增大呈增加的趋势。随着加热温度的升高,摩擦系数呈下降趋势,磨损率和磨损体积呈先增后减的趋势。此外,随着加热温度的升高,多层膜表层DLC膜中石墨相逐渐增多,硬度和弹性模量随之呈先增后减的趋势。结论较高摩擦速度下,多层膜表层DLC膜石墨化趋势增强,摩擦系数变化幅度较大,且表面磨痕宽度和深度显著增加,磨损加剧。多层膜中软质的Ti金属层和硬质的DLC层,能有效提高多层膜在高载荷下的摩擦磨损性能。随着加热温度的升高,多层膜表层DLC膜中石墨相逐渐增多,摩擦过程更易生成转移膜。     

不同角度晶界对单层多晶二硫化钼摩擦性能的影响

目的考察不同角度晶界对单层多晶二硫化钼纳米片摩擦性能的影响,并探究其摩擦耗散机理。方法用化学气相沉积法(CVD)制备单层多晶二硫化钼(MoS2),通过原子力显微镜力曲线测试和摩擦力实验,分别得出无晶界区域和晶界处的粘附力、摩擦系数、摩擦耗散。结果对于单层多晶MoS2,无晶界区域粘附力为7.20 nN,不同角度晶界处粘附力为11.11nN至11.40 nN。无晶界区域及−6°、33°、88°晶界区域(400 nm×400 nm)摩擦系数分别为0.00619、0.00645、0.00737和0.01760。在30~150 nN法向载荷范围内,探针经过无晶界区域产生的摩擦耗散变化范围为33.93×10^−16~46.88×10^−16 J,−6°晶界区域为37.15×10^−16~52.09×10^−16 J,33°晶界区域为38.76×10^−16~55.18×10^−16 J,88°晶界区域为46.59×10^−16~59.72×10^−16 J。结论晶界处吸附的极性粒子加强了探针与MoS2表面的相互作用,使得晶界处的粘附力比无晶界区域的大,但晶界角度对粘附力的影响不大。在一定测试范围内,晶界区域的摩擦系数要比无晶界区域的摩擦系数大,并随晶界角度增加而增大,摩擦过程中晶界区域产生的摩擦耗散也比无晶界区域多。晶界角度的不同可能会造成晶界处的弯曲刚度存在差异,从而探针滑移经过不同角度晶界时导致不同程度的褶皱效应。并且随着法向载荷的增大,探针在MoS2表面引起的面内变形程度越来越高,这样会引起表面褶皱效应,从而导致摩擦过程中产生的能量耗散随晶界角度和法向载荷增大而增加。     

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。     

M2高速钢高速干摩擦特性研究

在MMS-1G高温高速摩擦试验机上进行M2高速钢的高速干滑动摩擦磨损试验。用热电偶测量并计算摩擦面的摩擦温度，用XRD方法分析磨损前后试样摩擦面的合金相组成。利用SEM观察并分析摩擦面磨损形貌及磨损机理。结果表明：M2高速钢在高速干摩擦条件下，随着速度的增加，摩擦因数降低，磨损率达到最大值后降低。当摩擦热累积达到一定值后，摩擦表面产生严重塑性变形甚至形成润滑薄膜，同时伴有新相析出。     

纳米尺度单晶氧化镓摩擦磨损性能试验研究

目的 分析单晶氧化镓在纳米尺度下的摩擦磨损性能,为金刚石磨料对氧化镓晶体的精密研磨加工提供理论依据.方法 在G200纳米压痕仪上,使用Cube Corner金刚石压头,对单晶氧化镓的(010)和(100)晶面进行了摩擦磨损试验,利用原子力显微镜观测试验后的形貌并测量尺寸.结果 在金刚石以不同速度摩擦单晶氧化镓时,(010)和(100)晶面的划痕宽度与摩擦速度的拟合直线的斜率分别4.05769和7.63462,深度与摩擦速度拟合直线的斜率分别为0.82073和0.79862.以不同载荷摩擦氧化镓时,(010)和(100)晶面的划痕宽度与载荷的拟合直线的斜率分别为47.625和46.750,深度与载荷拟合直线的斜率分别为23.764和31.9546.在多次重复摩擦磨损试验中,摩擦次数从1次增加到10次,划痕的深度从571.22 nm增加到2964.81 nm,划痕宽度从889.34 nm增加到7360 nm.结论 在干摩擦状态下,金刚石压头的摩擦速度对氧化镓的摩擦系数、磨损影响不大.在低载荷下,氧化镓的磨损以塑性变形引起的材料去除为主,在载荷增大到一定值时,磨损转变为脆性材料去除的形式,出现裂纹、剥落和碎屑等,磨损增大.氧化镓(100)晶面由于硬度低、易解理,比(010)晶面更容易磨损.     

固结磨料球对氟化钙晶体摩擦磨损性能的影响

目的通过改变固结磨料球的基体和磨料特性,研究氟化钙晶体的摩擦磨损性能,为超精密加工中研磨抛光氟化钙晶体固结磨料垫的选择提供指导。方法基于固结磨料加工技术制备固结磨料球,并与氟化钙晶体对磨。研究固结磨料球的磨料种类(金刚石和氧化铈两种磨料)、基体硬度、磨粒粒径对摩擦系数、划痕截面积、划痕处粗糙度的影响。结果金刚石磨料对磨的晶体表面划痕截面积S=480μm2,划痕处粗糙度Ra=85.3 nm,摩擦系数的平均值μ=0.537;氧化铈对磨磨料的S=307μm2,Ra=74.7 nm,μ=0.543。与氧化铈相比,金刚石磨料对磨的晶体表面产生划痕截面积、划痕处的粗糙度均较大,摩擦系数达到稳定的时间短,且摩擦系数的平均值较小。随着基体硬度增大,产生的划痕截面积逐渐增大。当基体硬度适中时(Ⅲ型基体),划痕截面积趋于稳定,S稳定在450μm2左右,此时划痕处粗糙度值也最小,为85.8 nm。在基体Ⅲ、Ⅳ两处,划痕截面轮廓的对称性较好。随着基体硬度增加,摩擦系数达到稳定的时间逐渐减小,动荡幅度也减小,但摩擦系数平均值增大。随着磨粒粒径增大,划痕截面积和划痕处的粗糙度值均增大,摩擦系数达到稳定的时间增加,且摩擦系数平均值增大。结论在选择固结磨料垫加工氟化钙晶体时,应选择金刚石磨料和基体Ⅲ,而磨粒粒径则需根据材料去除率和表面质量的要求做出相应选择。     

搅拌摩擦焊接头区域的摩擦磨损性能

通过测定失重量和摩擦力矩的波动情况,得出在不同工艺参数条件下试样的抗磨损性和摩擦系数的变化规律。实验结果表明:搅拌摩擦焊接头的摩擦磨损性能明显优于母材,当正压力从50N增加到100N时,母材的失重量增加近6倍,母材的失重量在同等加载情况下是焊缝的10￣20倍。实验还表明搅拌摩擦焊接头的摩擦力矩较小并且波动平缓。