C／C-SiC复合材料的水润滑摩擦磨损特性研究

本文在MRH-3型环块式磨损试验机上,进行了C／C-SiC与Ni基合金摩擦副的摩擦磨损实验。测定了水润滑状态下,在相同转速,载荷,磨损时间条件下,配对摩擦副的摩擦系数和磨损率。用扫描电子显微镜（SEM）观察了配对摩擦副的磨损表面形貌。初步探讨了C／C-SiC复合材料的摩擦、磨损特性及机理,对C／C-SiC复合材料在水润滑条件下作为摩擦件使用提供了实验依据。     

往复密封工况下聚四氟乙烯材料性能

为找出往复密封失效原因,提高往复密封件使用寿命,采用动态热机械分析仪、高低温摩擦磨损试验机等研究了密封材料聚四氟乙烯(PTFE)在不同温度和压力下的物理力学、摩擦磨损和耐油等性能,并采用模拟台架测试了密封件的泄漏量、抗挤出性、磨损和压缩变形等性能。结果表明,随着温度提高,PTFE材料的硬度下降,压缩变形量增加,储能模量下降,虽然对密封效果有利,但密封材料容易被挤出;PTFE材料在油润滑条件下摩擦系数和磨损率很小,随着温度提高,摩擦系数和磨损率有增大趋势,但影响不大;台架测试显示高压下往复密封的主要失效原因为密封件被挤出,可以通过降低密封间隙、增加挡圈或提高材料硬度来提高密封件的抗挤出性。     

轴瓦用C/C-SiC复合材料的摩擦磨损性能研究

本文通过液相气化热梯度法结合反应熔渗法制备出C/C-SiC复合材料,并通过环块摩擦磨损实验考察了在水润滑条件下不同载荷对其摩擦磨损特性的影响。实验在结果表明:C/C-SiC复合材料主要由碳纤维、碳纤维周围深色相PyC、灰暗相SiC相和灰白相Si组成。在水润滑条件下,C/C-SiC复合材料的摩擦系数较低,并随着载荷的增加而增大。当载荷从100N增加到400N时,摩擦系数从0.06增大到0.17左右。当载荷小于200N时,C/C-SiC复合材料的磨损率变化不明显;当载荷大于200N时,其磨损率随载荷的增加而显著增大。载荷较高时,C/C-SiC复合材料的磨损形式主要为磨粒磨损,材料表面磨损是磨粒的犁削作用和应力疲劳作用的共同结果。     

电沉积裂纹Ni-W合金镀层的摩擦磨损性能

采用电沉积法在45#钢表面制备了表面有裂纹和无裂纹两种Ni-W合金镀层,研究了两种Ni-W合金镀层在干摩擦和润滑油条件下的摩擦磨损性能。研究结果表明,与无裂纹Ni-W合金镀层相比,裂纹Ni-W合金镀层的裂纹织构效应使得镀层在干摩擦和油润滑条件下表现为较低的摩擦系数和磨损率,其磨损率在干摩擦时降低了23%,在油润滑条件下降低了10%。结果表明,裂纹沉积Ni-W合金涂层与无裂纹沉积Ni-W合金涂层相比,具有更低的摩擦系数和磨损率作为干燥和油润滑条件下的表面纹理化的结果。     

玄武岩纤维对树脂基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

为探究玄武岩纤维在树脂基摩擦材料中的应用,采用热模压工艺制备了玄武岩纤维质量分数为0～20%的树脂基复合材料,对其进行摩擦磨损性能试验,并检测硬度和抗剪强度,观察磨损表面微观形貌,探讨其磨损机制。结果表明:向树脂基摩擦材料中添加玄武岩纤维,具有显著提高材料的硬度、抗剪强度,降低磨损率,增大摩擦系数和热衰退温度的作用。玄武岩纤维增强的摩擦材料硬度越高,摩擦系数越大,剪切强度和硬度越高,磨损率越小;当玄武岩纤维含量为15%时,磨损率最低,达到0.23 cm~3/(N·m);当玄武岩纤维含量为20%时,摩擦系数最大,达到0.45。玄武岩纤维增强的树脂基摩擦材料,其磨损机理以磨粒磨损为主。     

热处理温度对碳纤维增强碳复合材料摩擦学性能的影响

釆用MM-1000型摩擦试验机,对化学气相渗透(chemical vapor infiltration,CVI)并经不同热处理温度制备的碳纤维增强碳(carbon fiber reinforced carbon,C/C)复合材料进行模拟飞机正常降落制动试验.通过扫描电镜对摩擦后的表面及磨屑进行形貌观察;测试了不同热处理温度下样品的硬度和石墨化度,并对摩擦机理进行了初步的分析.结果表明:随热处理温度升高(1 600～2 600 ℃),材料的石墨化度升高,硬度降低,磨损减小;摩擦系数先增加后减小,在2 200 ℃左右出现峰值(0.42);刹车时间随摩擦系数增大而缩短,在2 200 ℃处理时,刹车时间最短.C/C复合材料的磨损属磨粒磨损类型,硬质磨粒主要为CVI无定形碳颗粒,摩擦面微观形貌呈现典型犁沟条纹.适当石墨相在磨损过程中由于它的柔软性,增加了摩擦有效接触面积,提高了摩擦系数;过多石墨相的自润滑性,降低了摩擦系数,同时,石墨相改善了材料的耐磨性.     

不同载荷条件下浸银石墨材料水润滑摩擦磨损性能研究

采用环-块式摩擦磨损实验机,研究了水润滑条件下不同载荷和滑动时间对浸银石墨材料摩擦磨损性能的影响,利用表面轮廓仪和扫描电子显微镜对浸银石墨材料在磨合阶段和稳定磨损阶段的磨损行为进行分析和探讨。结果表明:滑动时间1 h内为磨合阶段,随载荷增加浸银石墨在水润滑条件下的摩擦系数降低,比磨损率增大。滑动时间5 h达到了稳定磨损阶段,高载荷导致浸银石墨在水润滑条件下的摩擦系数和比磨损率降低。在浸银石墨的稳定磨损阶段,500 N载荷下的摩擦系数最低,为0.038,700 N载荷下的比磨损率最低,为2.26×10^(-7)mm^(3)/Nm。高载荷条件下,浸银石墨在磨合阶段和稳定磨损阶段展现出相似的磨损机制,浸银石墨表面石墨区域发生较大磨损,增强的银颗粒支撑了水润滑界面间的载荷作用,边界润滑状态的局部流体润滑作用和小尺寸磨屑的自润滑作用,降低了浸银石墨材料的摩擦系数和比磨损率。     

C／C复合材料摩擦磨损特性的研究

在Ａｍｓｌｅｒ环块式磨损试验机上，进行了Ｃ／Ｃ复合材料与Ｃ／Ｃ复合材料、聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）及不锈钢（１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ）三对摩擦副的摩擦磨损试验。测定了在相同转速、载荷、磨损时间条件下，三对摩擦副的摩擦系数及磨损率。用扫描电子显微镜（ＳＥＭＭ）观察了三对摩擦副的磨损表面形貌。初步探讨了Ｃ／Ｃ复合材料的摩擦、磨损特性及机理，为Ｃ／Ｃ复合材料磨擦件制作提供了实验依据。     

“三明治”C/C复合材料及其摩擦磨损性能

通过化学气相渗透法(CVI)制备出一种新型的"三明治"结构的C/C复合材料。其两侧是纯网胎结构的功能层,主要承担摩擦功能;中间为承担结构作用的结构层,与传统针刺毡结构一致。系统研究了材料的微观组织结构特征及其摩擦磨损性能。结果表明:"三明治"C/C复合材料各个区域的热解炭都为粗糙层结构;刹车性能较传统三维针刺结构C/C复合材料的摩擦性能稳定;在摩擦试验过程中,摩擦面能够形成一层连续均匀的薄膜,使材料在刹车过程中具有较稳定的摩擦系数并能够有效降低材料的磨损率。     

高温热处理对C/C复合刹车材料摩擦磨损性能影响的研究

分析讨论了高温热处理温度对C/C复合刹车材料石墨化度及摩擦磨损性能的影响规律。研究表明:通过化学气相沉积法制备的C/C复合刹车材料热解碳结构与最终热处理温度无关,均呈现典型的粗糙型结构;从裂解态至2600℃热处理状态,C/C复合刹车材料石墨化度由7.3%提升至67.2%,对应综合导热系数由11.3 W·m~(-1)·k~(-1)增加至50.1 W·m~(-1)·k~(-1);材料摩擦系数随着刹车压力、单位面积能载和速度的升高呈现出逐渐降低的趋势,且相同条件下,石墨化度越高,摩擦系数及磨损率越高。     

3DN C/SiC-MoS2 self-lubricating composites with high friction stability and excellent elevated-temperature lubrication

Aerospace lubrication system requires materials with stable service life and excellent elevated-temperature lubrication performance. Herein, MoS₂ lubricants were used to fill the pores of three-dimensional needled (3DN) C/SiC to prepare 3DN/SiC-MoS₂ self-lubricating composites. The effects of 3DN C/SiC-MoS₂ self-lubricating composites under different friction time and temperatures were investigated. Results reveals that the average friction coefficients of 3DN C/SiC-MoS₂ self-lubricating sample fluctuated between 0.118 and 0.202 under different friction time, and the wear rate maintained about 10⁻⁴ mm³/(N m). Especially, the sample under the long friction time of 7200s, with average friction coefficient of 0.161 and lowest wear rate of 3.57×10^-5 mm³/(N m), indicating that the self-lubricating sample has a stable service life. Additionally, the average friction coefficients of 3DN C/SiC-MoS₂ self-lubricating sample at 200℃ and 400℃ were lower than that of at 25℃, and the wear rate increased within the order of 10^-4 mm³/(N m) as the temperature increased.     

炭布高温预处理对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

采用炭布叠层为坯体，经等温ＣＶＤ工艺制备Ｃ／Ｃ复合材料，并对其摩擦磨损性能进行初步探讨，结果表明，炭布高温预处理能改善Ｃ／Ｃ复合材料的摩擦磨损性能，随着刹车压力的增大，试样的磨损率增大而摩擦系数则减小。     

致密工艺对C/C复合材料摩擦性能的影响

采用针刺全炭纤维网胎无纬布整体结构预制体为骨架，经化学气相沉积（CVD）、树脂浸溃（RD固化致密及炭化、石墨化制得C／C复合材料。研究了粗糙层（RL）和树脂炭（RC）对摩擦性能的影响。结果表明，RL结构的C／C复合材料的摩擦性能较好，稳定性较高，是用作飞机刹车材料的前提；采用CVD＋RI制备且石墨化后的C／C复合材料具有优良的摩擦磨损特性；CVD试样的密度较低时，摩擦系数较高，但磨损较大，较难形成完整的摩擦膜。     

沥青炭基C/C复合材料的载流摩擦磨损性能

通过对纯沥青炭基C/C复合材料、含炭黑沥青炭基C/C复合材料和添加氯化铁的沥青炭基C/C复合材料的载流摩擦磨损实验,发现含炭黑沥青炭基C/C复合材料的摩擦系数和磨损量最大,纯沥青炭基C/C复合材料的摩擦系数和磨损量次之,添加氯化铁的沥青炭基C/C复合材料的摩擦系数和磨损量最小,并对3种沥青炭基C/C复合材料的摩擦磨损机理进行了讨论。     

刹车速度对C/C-SiC复合材料摩擦磨损性能的影响

对反应熔体渗透工艺制备的C/C-SiC复合材料,在MM-1000型摩擦磨损试验机上进行了模拟飞机制动刹车实验,重点研究了C/C-SiC复合材料在不同刹车速度下的摩擦磨损性能.研究表明:随着刹车速度的增加,C/C-SiC复合材料的摩擦系数先少许增加然后再减小,在10 m/s时达到最大值0.52.磨损率在低速时保持较低的数值,随着刹车速度的增加呈线性增加,但仍小于C/C复合材料的磨损率,表明C/C-SiC复合材料具有优良的耐磨损性能.当刹车速度超过20 m/s时,由于能载水平较高,摩擦表面出现犁沟现象并形成大量球状磨屑,摩擦系数急剧减小.     

摩擦参数、环境及表面状况对C/C复合材料摩擦学性能的影响分析

影响C/C复合材料摩擦性能的因素较多,本论文综述了国内外的研究现状,评价了摩擦参数、环境及表面状况对C/C复合材料摩擦摩损性能的影响。就能量、转速、压力、湿度、温度、气氛、表面粗糙度和润滑条件等因素展开阐述。C/C复合材料的摩擦摩损是多种因素综合作用的结果,在材料性质确定的情况下,合理的摩擦参数设计、环境条件和摩擦的表面状况能优异地发挥C/C复合材料的摩擦摩损物性。但对于各因素的影响程度,还有待进一步的研究。C/C复合材料在摩擦领域得到了广泛的应用,但有必要进一步扩大摩擦优势,提高摩擦稳定性,降低摩损,尤其是高温氧化摩损。     

氧化处理对MC尼龙/C3D复合材料摩擦磨损性能的影响

以己内酰胺单体和经氧化处理的碳纤维三维编织物(C3D)为原料,采用原位聚合方法制备了C3D增强浇铸尼龙(MC尼龙/C3D)复合材料。在磨损试验机上进行了滑动摩擦试验,采用扫描电子显微镜对磨痕和磨屑形貌进行观察和分析,研究了氧化处理对MC尼龙/C3D复合材料摩擦学性能的影响。结果表明,C3D经过氧化处理后所制MC尼龙/C3D复合材料的摩擦系数明显小于C3D未经氧化处理的MC尼龙/C3D复合材料。随着载荷的增加,材料的摩擦系数增大,而磨损率减小;在较高滑动速度下,摩擦系数和磨损率均较小;从磨痕和磨屑形貌观察到,C3D经氧化处理后与基体结合好,而未经氧化处理的C3D与基体剥离,但是C3D经氧化处理的复合材料的磨损率在较高载荷下略有增大。表明,C3D的氧化处理提高了碳纤维与基体间的结合强度,同时在一定程度上提高了复合材料的摩擦学性能。     

Braking behaviours of C/C–SiC mated with iron/copper-based PM in dry,wet and salt fog conditions

C/C–SiC composites have enormous potential as a new generation of brake materials. It is worth studying the friction and wear behaviours of these materials in special environments to ensure the safe and effective braking of trains in practical applications. In this study, the braking behaviours and wear mechanisms of C/C–SiC mating with iron/copper-based PM in dry, wet and salt fog conditions are compared in detail. The results show that the coefficient of friction (COF) in the wet condition is reduced by 14.13% compared with that under the dry condition. The COF value of the first braking under salt fog condition is increased by 12.27% and 30.75% compared to the dry and wet conditions, respectively. Additionally, the tail warping phenomenon of the braking curve disappears in wet condition, which is attributed to the weak adhesion of friction interfaces and the lubrication of the water film. The main wear mechanisms of C/C–SiC mating with iron/copper-based PM under dry condition are adhesive, fatigue and oxidation wear. However, the dominant wear in wet condition is abrasive wear. The cooling and lubrication of water reduce the tendency of thermal stress, and weaken adhesive and fatigue wear. Furthermore, salt fog can accelerate the corrosion of alloy friction film, leading to the damage of friction film. Meanwhile, the third body particles formed in salt fog condition participate in the braking process. The wear mechanisms in salt fog condition are dominated by abrasive and delamination wear.     

密度对与40Cr镀Cr钢配副的C/C复合材料滑动摩擦行为的影响

在M2000型摩擦机上,与表面Cr的40Cr钢配副,测试两种C/C复合材料不同密度试样的摩擦磨损性能。结果表明:随载荷增加,在两种材料中,低密度试样的摩擦系数较高且波动幅度大,1.8g/cm3以上试样的摩擦系数、波动幅度较低。其中A、B材料低密度试样摩擦系数波动幅度最大,分别可达0.02、0.038,而高密度试样的分别为0.012、0.012。随时间延长,A材料低密度试样摩擦系数升高,高密度试样的保持稳定;B材料低密度试样的变化不规律,高密度试样能基本保持稳定。SEM观察表明,随密度增加,材料B的磨损表面由粗糙、充满磨屑逐渐向较完整、致密的磨损表面转变。     

Tribological behavior of Ti3SiC2 and Ti3SiC2/Pb composites sliding against Ni-based alloys at elevated temperatures

The Ti₃SiC₂ and Ti₃SiC₂/Pb composites were tested under dry sliding conditions against Ni-based alloys (Inconel 718) at elevated temperatures up to 800 °C using a pin-on-disk tribometer. Detailed tribo-chemical changes of Pb on sliding surface were discussed. It was found that the tribological behavior were insensitive to the temperature from 25 °C (RT) to 600 °C (friction coefficient ≈0.61–0.72, wear rate ≈10⁻³ mm³ N m⁻¹). An amount of Pb in the composites played a key role in lubricating with the temperature below 800 °C. The friction coefficient (≈0.22) and wear rate (≈10⁻⁷ mm³ N m⁻¹) at elevated temperatures were both decreased by the added PbO. The wear mechanisms of Ti₃SiC₂/Pb-Inconel 718 tribo-pair at elevated temperatures were believed to be the combined effect of abrasive wear and tribo-oxidation wear. During the sliding, two oxidization reactions proceed, 2Pb+O₂=2PbO (below 600 °C) and 6PbO+O₂=2Pb₃O₄ (800 °C). The friction coefficient and wear rate of the composites were reduced due to the self-lubricating effect of the tribo-oxidation products.