空心微珠-碳纤维共混改性聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能

通过模压成型制备了碳纤维与空心微珠共混改性的聚酰亚胺复合材料,采用MRH-3型摩擦磨损试验机研究了空心微珠含量、滑动速度及载荷对复合材料摩擦学性能的影响,并对其磨损形貌及机制进行了分析.结果表明:空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料摩擦学性能优于其单独填充的聚酰亚胺基复合材料;空心微珠含量对共混改性的复合材料摩擦系数影响不大,但其磨损率随着空心微珠含量的增加先减小后增大;15％空心微珠-10％碳纤维(质量分数)共混增强的复合材料的减摩耐磨性能最佳;随着滑动速度提高,空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料的摩擦系数下降,磨损率增大;空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料摩擦系数随着载荷增加先下降后上升,而磨损率则随着载荷增加而增大;空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺的主要磨损机制在较低载荷时为磨粒磨损,在较高载荷时为粘着磨损和磨粒磨损.     

空心微珠-碳纤维共混改性聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能

通过模压成型制备了碳纤维与空心微珠共混改性的聚酰亚胺复合材料, 采用MRH-3型摩擦磨损试验机研究了空心微珠含量、滑动速度及载荷对复合材料摩擦学性能的影响, 并对其磨损形貌及机制进行了分析。结果表明: 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料摩擦学性能优于其单独填充的聚酰亚胺基复合材料; 空心微珠含量对共混改性的复合材料摩擦系数影响不大, 但其磨损率随着空心微珠含量的增加先减小后增大; 15%空心微珠-10%碳纤维(质量分数)共混增强的复合材料的减摩耐磨性能最佳; 随着滑动速度提高, 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料的摩擦系数下降, 磨损率增大; 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料摩擦系数随着载荷增加先下降后上升, 而磨损率则随着载荷增加而增大; 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺的主要磨损机制在较低载荷时为磨粒磨损, 在较高载荷时为粘着磨损和磨粒磨损。     

水润滑条件下氧化锆颗粒及碳纤维共混增强聚醚醚酮复合材料的摩擦性能研究

通过熔融共混法制备了碳纤维(CF)和氧化锆颗粒(ZrO_2)共混增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料,并对其水中的摩擦学性能进行了研究。实验结果表明,该混杂增强复合材料在水中具有优异的摩擦学性能,其摩擦系数随载荷的增加无明显变化,而磨损率则随着载荷的增加而逐渐降低。该材料在水中的磨损机制主要表现为轻微的磨粒磨损和疲劳磨损,碳纤维是复合材料耐磨性得到增强的主要原因,其作为复合材料摩擦面表层的主要承载相,承担了两摩擦面之间的大部分载荷,并保护聚合物基体免于受到对磨副的严重磨损。氧化锆颗粒的加入则有效抑制了摩擦过程中碳纤维的破损与脱落,从而使得混杂增强PEEK复合材料比单纯碳纤维增强的PEEK复合材料具有更加优异的耐磨性能。但过多颗粒的加入会加剧疲劳磨损,从而降低材料的耐磨性。     

碳纤维织物增强树脂基摩擦材料摩擦学性能研究

采用2.5D浅交弯联碳纤维整体织物作为预制体,以酚醛树脂为基体,通过热压成型工艺制备了碳纤维整体织物结构增强树脂基复合材料。通过MST-3001摩擦磨损试验机分别考核了干式与湿式条件下复合材料的摩擦磨损性能;采用扫描电子显微镜(SEM)、3D激光扫描形貌仪观测了材料的表面形貌。结果表明,干式摩擦条件下,动摩擦系数波动范围0.12~0.26,随着转速的增加摩擦系数先降低后升高,随着载荷的增加摩擦系数变化不明显。湿式摩擦条件下,动摩擦系数波动范围0.08~0.13,随着转速和载荷的增加,摩擦系数降低。在连续摩擦状态,干式工况条件下动摩擦系数波动较大,湿式工况条件下动摩擦系数非常平稳。干式摩擦状态时,材料的主要磨损形式为磨粒磨损,而湿式摩擦时主要发生磨粒磨损和疲劳磨损。     

碳纤维增强铜基复合材料的性能研究

采用粉末冶金法制备了短碳纤维增强铜基复合材料。经对不同碳纤维含量试样的硬度及导电性能的测定，并在干摩擦的条件下研究了碳纤维增强铜基复合材料的摩擦磨损性能，同时对磨损表面的微观结构进行观察来分析其磨损机理。实验结果表明，随着碳纤维含量的增加，该材料的硬度和耐磨性均有所增加，但其导电性有所下降。     

碳纤维增强摩擦材料的设计与研究

按照黄金分割法来配比碳纤维在摩擦材料中的含量,制备出4种不同碳纤维含量的增强摩擦材料,用JF150D-Ⅱ型定速摩擦磨损试验机对比研究了碳纤维含量对摩擦材料的热衰退性能、恢复性能及摩擦磨损性能的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)观察4种摩擦材料磨损表面的微观形貌,并探讨了其磨损机理。研究结果表明:添加了碳纤维的摩擦材料相对于无碳纤维的摩擦材料,耐磨性能有所提高,其中碳纤维含量为11.3%(质量分数)的摩擦材料表现出较好的抗热衰退性能和恢复性能,其热衰退率仅为9%,恢复率却达到了98%;随着摩擦温度的升高,4种摩擦材料的磨损率均增加,碳纤维含量为11.3%的摩擦材料的磨损率在整个摩擦过程中均较小,其磨损表面较光滑,而不含碳纤维的摩擦材料的磨损率在各个温度均较大,其磨损表面粗糙不平且有磨粒磨损和黏着磨损,表现出最差的减磨耐磨性能。     

复合材料在传动过程中的摩擦磨损行为

采用化学气相渗透法(CVI)制备了二维碳纤维增强碳化硅(C/SiC)陶瓷基复合材料. 基于耦合应力等效模拟系统的开发, 采用摩擦扭矩的变化表征传动过程的摩擦磨损性能. 研究了以传动为背景的高载荷、低转速摩擦磨损行为及机理. C/SiC复合材料以其较低的摩擦扭矩、低的磨损率特别是在高载荷下的较小变形验证了良好的耐磨特性以及承载能力. 相同条件下其磨损率只有Ti合金的1/10～1/20. 低转速下磨损机理以磨粒磨损为主, 高载荷没有引起表面热裂纹.     

低能载条件下C/C复合材料滑动摩擦磨损性能

采用MM-200型环-块摩擦磨损试验机测试了针刺碳毡增强C/C复合材料试样在不同载荷和转速条件下的摩擦磨损性能,借助数码显微镜和扫描电镜观察分析了摩擦表面形貌。结果表明:当转速较低时,摩擦系数比较稳定,磨损率随载荷提高而增大;当转速较高时,低载荷试样摩擦系数不大,磨损率有所增加,而高载荷试样的摩擦系数在5分钟左右时出现峰值然后回落并保持稳定,磨损率急剧增加,说明磨损机制发生变化;摩擦面平行于X-Y向的C/C复合材料磨损率较小,具有较好的摩擦磨损性能。     

等离子处理碳纤维织物复合材料的摩擦学性能

将碳纤维织物浸渍-涂层酚醛-缩醛粘结剂树脂,加压固化后制备出碳纤维织物复合材料.分析了摩擦磨损表面和经等离子体处理后碳纤维织物化学组成的变化,研究了摩擦磨损性能、拉伸性能和粘结性能.结果表明,碳纤维织物的磨损分为严重磨损和稳定磨损两个阶段,其中严重磨损阶段的磨损量占了总磨损量的87%.经过等离子体处理后,在碳纤维织物的表面产生了许多活性基团如羰基、羧基、酯基,表面活性元素的含量明显增多;碳纤维织物的浸润性增大,提高了其与粘结剂的结合强度和结合量,增强了织物纤维束间的结合力;固化后与粘结剂构成很好的整体材料,增强了纤维束抗变形和抗断裂能力,使载荷和摩擦力可以平均的分配在纤维上,避免应力集中,从而提高了碳纤维织物复合材料的摩擦学性能和力学性能.     

短切碳纤维含量对Csf/SiC复合材料摩擦磨损性能的影响

采用热压烧结法制备短切碳纤维增强碳化硅(short carbon fiber reinforced SiC composite,Csf/SIC)复合材料.采用销一盘式摩擦磨损试验测试不同短切碳纤维(Csf)含量的复合材料的干摩擦磨损性能,借助扫描电镜观察其磨痕形貌,分析不同Csf体积分数对复合材料摩擦磨损性能的影响.研究表明:由于碳纤维在复合材料中具有增强基体和固体润滑的作用,以及其自身良好的热传导性和低摩擦系数,因此,Csf/SiC复合材料的摩擦系数随Csf体积分数增大而不断降低;当Csf含量在42 vol.%以内时,复合材料的磨损率比无纤维SiC材料有大幅度减少,并且随着Csf体积分数增大而降低;但当Csf含量达到53 vol.%时,由于Csf含量高,导致纤维和基体之间的结合强度有所降低,造成复合材料的磨损率急剧增大.在本文研究范围内,含30 vol.% Csf复合材料具有最佳的摩擦磨损性能.     

Dry sliding wear behavior of aluminum based hybrid composites with graphite nanofiber–alumina fiber

The wear behavior of aluminum based hybrid composites reinforced with graphite nanofiber (GNF) and alumina short fiber (Al₂O_3sf) in different volume fraction of fibers (10%, 15% and 20%) was studied under dry sliding conditions. The Taguchi approach to experimental design was used to identify those testing parameters that have the largest effects on wear loss and coefficient of friction of the composites. Sliding distance was found to be the prominent parameter affecting wear loss; applied load affected coefficient of friction most significantly. The results of Taguchi analysis indicate that wear loss increases with increasing load and sliding distance, but it is reduced with increasing sliding speed. Coefficient of friction decreases with increasing applied load and sliding speed whereas it increases with increasing sliding distance. The composites with 10 vol.% and 15 vol.% of fiber had the lowest wear loss and friction because of the mixture effect of GNFs and Al₂O_3sf. However, due to the effect of agglomerated GNFs, there was an increase in wear loss and friction at 20 vol.%.     

Friction and wear behavior of hydroxyapatite based composite ceramics reinforced with fibers

The HA-based composites reinforced with multi-component fibers were prepared by hot pressing. The friction properties of the composite at different temperatures were investigated by a block-on-disc tester. The results show that the addition of Cu has a significant positive effect on the friction and wear behaviors of HA-based composites. The improvements in the friction and wear properties of HA-based composites depend on the formation of an interfacial layer. The plastic deformation and the mending effect of Cu benefit the formation of the interfacial layer. The wear mechanism of the composites changes from the delamination and abrasive wear to the adhesive wear with increasing Cu.     

Hybrid effect of nanoparticles with carbon fibers on the mechanical and wear properties of polymer composites

Polyetheretherketone (PEEK) composites reinforced with carbon fibers (CFs) and nano-ZrO₂ particles were prepared by incorporating nanoparticles into PEEK/CF composites via twin-screw extrusion. The effects of nanoparticles on the mechanical and wear properties of the PEEK/CF composites were studied. The results showed that the incorporation of nano-ZrO₂ particles with carbon fiber could effectively enhance the tensile properties of the composites. The tensile strength and Young’s modulus of the composites increased with the increasing nano-ZrO₂ content. The enhancement effect of the particle was more significant in the hybrid reinforced composites. The compounding of the two fillers also remarkably improved the wear resistance of the composites under water condition especially under high pressures. It was revealed that the excellent wear resistance of the PEEK/CF/ZrO₂ composites was due to a synergy effect between the nano-ZrO₂ particles and CF. CF carried the majority of load during sliding process and prevented severe wear to the matrix. The incorporation of nano-ZrO₂ effectively inhibited the CF failures through reducing the stress concentration on the carbon fibers interface and the shear stress between two sliding surfaces. It was also indicated that the wear rates of the hybrid composites decreased with the increasing applied load and sliding distance under water lubrication. And low friction coefficient and low wear rate could be achieved at high sliding velocity.     

炭布/树脂复合摩擦材料的湿式摩擦学性能

基于炭布优异的摩擦磨损性能、 自润滑性能以及低密度等特点, 将其应用于湿式摩擦材料中, 以适应高转速、 大压力或润滑不充分等极端工况。分别以1 K、 3 K和6 K碳布为增强体, 制备出三种炭布/树脂复合摩擦材料, 研究了其湿式摩擦学性能。结果表明: 随着纤维束内单丝数量的增加, 摩擦材料的瞬时制动稳定性降低, 动摩擦系数减小, 但是耐磨性能提高。所有摩擦材料的磨损率小于1.10×10^-5 mm³/J, 表现出较好的耐磨性能, 并且对偶材料的磨损率很小, 仅为0.40×10^-5 mm³/J。磨损主要表现为纤维断裂、 拔出及树脂脱粘等形式, 但是在磨损表面没有形成大尺寸磨屑和明显的"第三体"磨粒, 导致摩擦材料和对偶材料的磨损率较小。     

SiCp/A356铝基复合材料的磨损性能研究

在干摩擦条件下,对SiC颗粒含量20％的铝基复合材料在2～20 MPa载荷和200 r/min、400 r/min的滑动摩擦速度下进行摩擦系数及磨损率变化分析,并结合对磨损表面的SEM和EDS分析,探讨了SiC颗粒增强铝基复合材料的性能,并建立了在不同载荷和速度下的摩擦磨损机理图.研究表明,当载荷和摩擦速度都相对较低时,磨损表面主要为轻微的磨粒磨损,并伴随氧化磨损.当载荷达到10 MPa时,会发生轻微磨损向严重磨损转变,逐渐出现剥层磨损.最后在载荷为20 MPa、摩擦速度为400 r/min时,材料表面产生严重的粘着磨损.     

Tribological properties of copper matrix composites reinforced with homogeneously dispersed graphene nanosheets

Graphene reinforced copper matrix composites (Gr/Cu) were fabricated by electrostatic self-assembly and powder metallurgy. The morphology and structure of graphene oxide, graphene oxide-Cu powders and Gr/Cu composites were characterized by scanning electronic microscopy, transmission electronic microscopy, X-ray diffraction and Raman spectroscopy, respectively. The effects of graphene contents, applied loads and sliding speeds on the tribological behavior of the composites were investigated. The results indicate that the coefficient of friction of the composites decreases first and then increases with increasing the graphene content. The lowest friction coefficient is achieved in 0.3?wt% Gr/Cu composite, which decreases by 65% compared to that of pure copper. The coefficient of friction of the composite does not have significant change with increasing the applied load, however, it increases with increasing the sliding speed. The tribological mechanisms of the composite under different conditions were also investigated.     

Cu对粉末冶金Fe3Al基复合材料性能的影响

研究了Cu含量对粉末冶金Fe3Al基复合材料的烧结性能和力学性能的影响,分析了施加载荷和改变转速对加入不同量铜粉末冶金Fe3Al基复合材料的摩擦磨损性能的影响,并借助电子显微镜和能谱分析了不同铜含量Fe3Al基复合材料的磨损机理.结果表明:加入12%的Gu可使Fe3Al基复合材料具有良好的烧结性能和力学性能;载荷和转速对复合材料的磨损形式受铜的加入量的影响;铜的加入影响复合材料的磨损形式和磨损机理,当含铜量较少时,复合材料以磨粒磨损为主,随加入铜的量的增多,其磨损形式变为磨粒磨损和轻微的粘着磨损形式,加入大量铜时,则以粘着磨损为主.     

聚苯酯基复合材料在超声电机中的磨损性能

作为行波超声电机的接触层摩擦材料,聚苯酯基复合材料的磨损性能对电机的驱动特性和寿命均会产生重要的影响。将聚苯酯基复合材料粘贴在40型圆盘形行波超声电机定子齿面,在不同的电机驱动方式和摩擦组合下测试接触层磨损性能,并使用扫描电镜观察磨损表面形貌。结果表明,超声驱动下,电机接触层以疲劳磨损为主要磨损机制。并且当电机采用聚苯酯基复合材料和铜转子的摩擦组合时,其性能磨损较好。接触界面应力模拟分析表明,行波超声电机接触界面在短时间内即可完成108周次以上的疲劳载荷作用,因此接触层主要磨损机制为超声疲劳。