碳纤维及石墨填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦学性能研究

利用M-200型环-块摩擦磨损试验机对石墨(Gr.)及碳纤维(CF)填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的摩擦磨损性能进行了研究,探讨了石墨及碳纤维的协同润滑效应.认为碳纤维的加入大大提高了复合材料的承载能力,石墨的加入减小了碳纤维表面与对偶的摩擦系数,从而降低了碳纤维的脱落趋势,提高了复合材料的耐磨性.利用扫描电子显微镜(SEM)对PTFE复合材料的摩擦面及对偶转移膜进行了观察.结果表明,本实验中20%的石墨和10%碳纤维填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能最好,且在高载荷下的摩擦磨损性能尤为突出,具有一定的应用价值.     

纳米SiC改性PTFE复合材料的力学与摩擦磨损性能

评价了用不同含量纳米SiC改性聚四氟乙烯（PTFE）复合材料的力学性能,利用MM-200型摩擦磨损试验机研究了纳米SiC含量对PTFE复合材料摩擦磨损性能的影响。借助于扫描电子显微镜观察分析了试样磨损表面形貌,并探讨其磨损机理。结果表明：纳米SiC能够提高PTFE复合材料的硬度,但复合材料的拉伸强度有所降低。纳米SiC能够增加PTFE复合材料的摩擦系数,降低其磨损量,当其质量分数为7％时,PTFE复合材料的耐磨损性能最佳。纳米SiC可以阻止PTFE带状结构的大面积破坏,以及在摩擦过程中于偶件表面能够形成转移膜并隔离复合材料与偶件的直接接触是减摩耐磨的主要原因。     

聚酰亚胺填充PTFE复合材料摩擦学性能的研究

将聚酰亚胺(PI)、石墨和铜粉按照不同比例混合填充聚四氟乙烯(PTFE)形成新的复合材料,分别在MMU-2端面摩擦磨损试验机上进行摩擦性能测试,并将磨损后的试样在JSM-5600LV扫描电子显微镜下观察摩擦表面的磨痕和复合材料的转移情况,确定出最佳配比。为了研究试验条件对材料摩擦学性能的影响,对最佳配比PTFE基复合材料通过改变试验条件再次进行试验。结果表明,聚酰亚胺可增强填充PTFE的耐磨性,Cu可增加转移膜与对偶件结合的强度,而石墨有利于转移膜的形成;当PI的质量分数为25%,石墨质量分数为5%,Cu粉质量分数为5%时,材料的摩擦学性能表现最好;当滑动速度4.5m/s,载荷300N时,试样表面温度均大于120℃,复合材料进入高温摩擦阶段,摩擦表面发生蠕变,转移膜出现灼烧现象。     

聚苯酯基复合材料的摩擦学性能

对比考察了炭纤维(CF)、聚四氟乙烯(PTEE)、单独和混合填充聚苯酯复合材料的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜(SEM)分析了磨损面形貌,并探讨了其摩擦磨损机理.结果表明,CF、PTEE填充Ekonol复合材料,比CF或PTEE单独填充复合材料的低摩擦系数、低磨损率还分剐降低了17%、48%,是纯Ekonol摩擦系数的58%,耐磨性的1.8×104倍.CF、PTEE二者表现出了协同润滑与减磨效应.PTEE改善了难熔基体颗粒之间以及基体与纤维之间的粘接,而含量适当的CF对Ekonol起到了承载作用,且协助形成连续、均匀的转移膜.     

2种改性聚四氟乙烯固体润滑剂的摩擦学二次转移行为

为改善聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的性能,将青铜粉(Bronze)、聚酰亚胺(PI)填充PTFE材料对其进行改性,采用冷压成型、自由烧结工艺分别制备了2种固体润滑剂,在改装的M-2000型摩擦磨损试验机上考察了2种固体润滑剂的二次转移性能;用扫描电子显微镜对上试样的磨损表面进行观察和分析。结果表明:PTFE复合材料作固体润滑剂所形成的二次转移能够改善体系的摩擦学性能,填料的加入增强了PTFE复合材料转移膜与底材的结合强度,起到了保护金属表面的作用;PTFE/Bronze比PTFE/PI的复合材料更适宜作润滑源使用。     

纳米Si3N4及其与石墨、MoS2混合填充PTFE摩擦磨损性能研究

用M-2000型摩擦磨损试验机对纳米Si3N4及其与石墨、MoS2混合填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料在干摩擦条件下与45#钢对磨时摩擦磨损性能进行了研究,用洛氏硬度仪对其进行了测量,用扫描电子显微镜对磨损表面进行了观察.结果表明:纳米Si3N4的加入能提高PTFE复合材料的硬度和耐磨性,纳米Si3N4与MoS2混合填充会使PTFE复合材料的耐磨性能提高更多,特别是在载荷增大时其耐磨效果更好.纳米Si3N4能阻止PTFE复合材料中磨损微裂纹的产生,在纳米Si3N4的富聚区,磨损微裂纹较少,在纳米Si3N4的贫聚区,磨损的微裂纹较多.纳米Si3N4填充PTFE复合材料的摩擦系数比纯PTFE大,且随着载荷增加有所减小,石墨的加入可降低PTFE的摩擦系数.     

聚苯酯、聚酰亚胺填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦学性能研究

利用M-2000型试验机考察了一种以聚苯酯、聚酰亚胺填充聚四氟乙烯复合材料，发现此复合材料具有优良自润滑性能，PTFE、EKONOL、PI之比为50：30：20是本实验的最佳配比。运用扫描电子显微镜(SEM)对磨损表面进行观察和分析。研究结果表明，聚酰亚胺可以增加转移膜与对偶的结合强度，聚苯酯可以有效降低复合材料的摩擦系数。     

纳米TiO2与炭纤维协同填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能

考察了不同含量的纳米二氧化钛对炭纤维/聚四氟乙烯复合材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜、光学显微镜分析了磨损面、磨屑及对偶面转移膜形貌,并探讨了其磨损机理。结果表明,纳米TiO2与炭纤维能够很好地协同增强聚四氟乙烯,改变磨屑形成机理,有利于形成均匀致密的转移膜,明显提高CF/PTFE复合材料的耐磨性。当纳米TiO2含量为5%时,10?/PTFE复合材料表现出最佳的耐磨性,耐磨性又提高了2.77倍,而磨屑尺寸只有未加时的1/20。     

纳米SiC与PI填充改性PTFE复合材料的摩擦磨损性能

以纳米碳化硅(Nano-SiC)和聚酰亚胺(PI)为填料,经过机械共混、冷压成型和烧结等工艺制备Nano-SiC与PI共同填充改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料。利用MRH-3型环-块摩擦实验机研究不同实验条件下复合材料的摩擦磨损性能并记录磨损表面温度变化。通过扫描电镜观察试样磨损表面和转移膜形貌,分析其磨损机理。结果表明:纳米粒子含量、载荷和速度的变化会引起磨损表面温度发生变化,影响复合材料的摩擦磨损特性,复合材料磨损表面形貌和转移膜形貌也随之改变;随着纳米粒子含量增加,摩擦温升更快进入平稳阶段,有利于降低复合材料的磨损率;载荷由100N增加至400N,速度由1m/s增加至4m/s时,复合材料的摩擦磨损特性大幅下降,磨损表面形貌和转移膜形貌有显著变化,重载和高速条件下复合材料的磨损率高;环境温度在室温到135℃变化时复合材料的摩擦性能变化不明显。     

莫来石填充的聚四氟乙烯复合材料及其摩擦学性能

采用机械混匀、带温预压、烧结等工艺制备了莫来石填充的聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,通过万能材料试验机、X射线衍射仪(XRD)、静态热机械分析仪(TMA)分别表征了复合材料的力学性能、物相和热学性质;研究使用MRH-3型高速环块磨损试验机来测试复合材料的耐摩擦磨损性能,借助场发射扫描电子显微镜研究了复合材料摩擦面形貌并分析摩擦磨损机理。结果表明:莫来石在PTFE体系中起填充增强作用,改性聚四氟乙烯复合材料的弹性模量显著增加;莫来石的填充提高了聚四氟乙烯的玻璃化转变温度,其平均线膨胀系数也呈下降趋势;当莫来石的质量分数由0增加至50%时,复合材料的摩擦系数呈先降低、后升高的趋势,复合材料的耐磨损性能显著改善;当莫来石的质量分数为40%时,其磨损率降低至纯聚四氟乙烯的1/530。     

稀土处理玻璃纤维填充PTFE复合材料的滑动磨损性能

研究了不同玻璃纤维表面处理对PTFE复合材料在干摩擦条件下滑动磨损性能的影响,并借助扫描电子显微镜(SEM)分析了磨损机理。结果表明:在干摩擦条件下,经表面处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料的摩擦系数和摩擦表面温度比未经处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料的低,且减磨性能优于未经处理的;而稀土处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料的摩擦系数和摩擦表面温度最低,减磨性能最好;未经处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料和偶联剂处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料都发生了剧烈的粘着转移;偶联剂与稀土处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料的磨损机理主要是明显的磨粒磨损;稀土处理玻璃纤维填充PTFE复合材料的磨损形式主要是粘着转移和轻微的磨粒磨损。     

PTFE基自润滑复合材料的干摩擦学特性

利用MPV-1500摩擦试验机研究了PTFE基自润滑复合材料在干摩擦时的摩擦、磨损及极限pv值,在研制高pv值的滑动轴承方面进行了探讨。利用EPM-810Q型电子探针对PTFE基自润滑复合材料的磨损农面及其在对偶表面的转移膜进行了考察,探讨了PTFE基自润滑复合材料的摩擦磨损机理。结果表明,PTFE自润滑复合材料中的填料不仅阻止了PTFE带状结构的破坏,而且促进了复合材料向对偶表面的转移,从而大大降低了复合材料的磨损。     

Self-lubricating properties of PTFE/serpentine nanocomposite against steel at different loads and sliding velocities

The influences of normal contact pressure and sliding velocity on self-lubricating property of PTFE-based composite filled with nano-serpentine particles were mainly studied in the range of 0.12–0.96 m/s and 1.43–8.55 MPa. For comparison, the friction and wear experiments of pure PTFE also were carried out under the same conditions. A scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) were employed to examine the worn surfaces of PTFE/serpentine nanocomposite and transfer films. The experimental results showed that normal contact pressure and sliding velocity had significant effects on the tribological performances of PTFE/serpentine composite. Under different loads, the nanocomposite suffered from abrasive wear, fatigue wear and adhesive wear successively. And at different sliding velocity, the main wear mechanisms were abrasive wear and adhesive wear. SEM and EDS analyses indicated that the continuous and uniform transfer film generated on counterfaces acted as a solid lubricant, which was important to improve the self-lubricating property of PTFE/serpentine nanocomposite.     

稀土改性玻璃纤维对PTFE复合材料摩擦磨损性能的影响

分别用硅烷偶联剂SG-Si900(SGS)、含SG-Si900的稀土溶液(SGS/RES)和稀土溶液(RES)对玻璃纤维进行表面改性,考察了稀土改性玻璃纤维填充的PTFE复合材料在油润滑条件下的摩擦磨损性能,并用扫描电子显微镜(SEM)分析了磨损表面形貌.结果表明:与未经表面改性玻璃纤维填充的PTFE复合材料相比,经表面改性玻璃纤维填充的PTFE复合材料的减摩耐磨性能得到提高,以RES的作用最明显,SGS/RES次之,SGS第三;在油润滑条件下,稀土改性玻璃纤维填充的PTFE复合材料只出现了轻微磨损,这是由于玻璃纤维经稀土表面改性后极大地改善了玻璃纤维与PTFE基体之间的界面结合力,使稀土改性玻璃纤维填充的PTFE复合材料具有优异的摩擦磨损性能.     

纤维及晶须增强PTFE复合材料的摩擦磨损性能研究

利用MHK－500型环－块磨损试验机,对炭纤维,玻璃纤维及钛酸钾（K2Ti6O13)晶须增强聚四氟乙烯（PTFE）复合材料在干摩擦条件下与GCr15轴承钢对磨时的摩擦学性能进行了较为系统的研究,并利用扫描电子显微镜（SEM）和光学显微镜对其磨屑和摩擦表面进行了观察。结果表明,炭纤维,玻璃纤维及K2Ti6O13晶须虽增大了PTFE的摩擦系数,但均可将PTFE的磨损量降低2个数量级,其中玻璃纤维的减磨效果最好,K2TiO13晶须的减磨效果最差,由于K2TiO13晶须的承载能力较差,致使K2Ti6O13晶须增强PTFE复合材料的磨损表面发生了明显的挤压变形,因而该复合材料具有较高的摩擦和磨损。     

Synergism of carbon fiber and polyimide in polytetrafluoroethylene-based composites: Friction and wear behavior under sea water lubrication

Polytetrafluoroethylene-based (PTFE-based) composites reinforced simultaneously with carbon fiber (CF) and polyimide (PI) of different volume fractions were prepared. The microstructure and phase composition of as-prepared PTFE-based composites were analyzed by means of scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). Besides, their friction and wear behavior under sea water lubrication was evaluated in relation to the synergistic effect between CF and PI using a ring-on-block test rig, and their worn surfaces were also analyzed using SEM. Results showed that the incorporation of PI induced loosening of the microstructure of PTFE but increased the wear resistance. Contrary to the above, the incorporation of CF led to increased compactness of PTFE, and the compactness as well as wear resistance of the PTFE-based composites increased with the increase of CF content. More importantly, the simultaneous incorporation of PI and CF at a proper volume fraction led to drastically reduced wear rate of PTFE under sea water lubrication. This implies that there exists synergistic friction-reducing and wear-resistant effect between PI and CF. As a result, the PTFE-based composite containing 5% PI (volume fraction) and 15% CF had the best wear resistance, showing promising application in ocean environment.     

数值模拟填料含量对Cu/PTFE复合材料摩擦性能的影响

为了探讨填料含量对Cu/聚四氟乙烯(PTFE)复合材料摩擦磨损的影响,运用二维颗粒流程序(PFC2D)对PTFE基复合材料在不同含量的Cu颗粒填充条件下与45#钢的摩擦磨损过程进行数值模拟分析,主要研究了Cu/PTFE复合材料的摩擦转移及磨损问题。模拟结果表明:Cu/PTFE复合材料与45#钢组成摩擦副时,会在45#钢表面形成一层转移颗粒层,转移颗粒层的形成能够有效地降低PTFE基复合材料的磨损。Cu颗粒的添加一方面可以通过自身转移的"钉扎"作用促进转移颗粒层的形成,另一方面由于提高了复合材料的整体强度,又对转移颗粒层的形成产生了一定的抑制作用。所以添加适量的Cu有利于转移颗粒层的形成,但Cu含量过高时其作用又会降低。Cu颗粒的加入降低了PTFE基复合材料的磨损量,且随着Cu含量的增加减磨效果增强。在Cu颗粒的质量分数为50%时,PTFE基复合材料的磨损颗粒数较纯PTFE的减少了近一半。     

金属填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能研究

利用ＭＨＫ－５００型环块磨损实验机,对金属Ｃｕ、ｐｂ及Ｎｉ填充改性的ＰＴＥＦＥ复合材料在干摩擦条件下与ＧＣｒ１５轴承钢对摩时的摩擦磨损性能进行了系统研究,并利用ＪＥＭ－１２００ＥＸ／Ｓ分析电子显微镜和光学显微镜对ＰＴＥＥ复合材料的磨屑及摩擦磨损表面进行了考察。摩擦磨损实验的结果表明,金属填料Ｃｕ、Ｐｂ及Ｎｉ大大改善了ＰＴＦＥ复合材料的耐磨性,ＰＴＦＥ复合材料的磨损量比纯ＰＴＦＥ降低了１－２个数量级     

纳米陶瓷颗粒填充PTFE基复合材料的干摩擦磨损性能

利用MM-200型环-块摩擦磨损试验机研究了纳米陶瓷颗粒SiC、Si3N4、AlN和TiN对聚四氟乙烯(PTFE)复合材料在干摩擦条件下与45#钢对磨时的摩擦磨损性能的影响,借助于扫描电子显微镜观察分析了试样磨损表面形貌,并探讨了磨损机理。结果表明:添加纳米TiN减少了PTFE的摩擦系数,而添加纳米SiC、Si3N4增大了PTFE的摩擦系数。与纯PTFE相比,PTFE复合材料的耐磨性能显著提高,其中以纳米AlN的减磨效果最好,纳米Si3N4的减磨效果最差。纯PTFE的磨损机制主要表现为粘着磨损和疲劳磨损,而纳米粒子填充PTFE基复合材料的磨损机制主要表现为不同程度的粘着磨损、犁沟效应和塑性变形特征。     

电刷镀Ni-CNTs/PTFE纳米复合镀层的摩擦磨损与耐腐蚀性能

再制造工程中很多表面镀层要求具有优异的摩擦磨损与耐腐蚀性能,利用纳米电刷镀技术在45钢基材上制备NiCNTs、Ni-CNTs/PTFE、Ni-WC/PTFE-CNTs复合镀层。采用XRD和SEM观察电刷镀复合镀层表面相结构和微观形貌,采用球盘式摩擦磨损试验机测试其在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,采用动电位极化曲线研究其在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀行为。结果表明:Ni-WC/PTFE-CNTs复合镀层耐磨性能最优,其次为Ni-CNTs/PTFE、Ni-CNTs复合镀层,均强于纯镍镀层;当CNTs质量浓度分别为1.5g/L和1.0g/L时,Ni-CNTs复合镀层分别表现出最优的摩擦磨损性能和最佳的耐腐蚀性能,Ni-WC/PTFE-CNTs、Ni-CNTs/PTFE复合镀层次之。纯镍镀层和Ni-CNTs复合镀层的磨损机制是粘着磨损,Ni-CNTs/PTFE复合镀层的磨损机制主要是粘着磨损,其次为磨粒磨损,Ni-WC/PTFE-CNTs复合镀层的磨损机制主要是磨粒磨损和接触疲劳磨损。