炭纤维增强聚醚醚酮复合材料在水润滑下的摩擦学行为

考察了炭纤维及PTFE增强PEEK复合材料在干摩擦和水润滑下的摩擦学性能,并研究了该复合材料在两种条件下的磨损机理.结果表明,干摩擦下复合材料的摩擦系数和磨损率随负荷的增加不断减小;水润滑下复合材料的摩擦系数随负荷的变化不大,磨损率随负荷的增加而增大.干摩擦下,复合材料的磨损以粘着磨损和磨粒磨损为主.水润滑条件下,磨损表面比较光滑,仅有微切削的痕迹,磨损方式以轻微磨粒磨损为主.干摩擦条件下,摩擦对偶表面仅有轻微的犁沟形成,表面形成一层薄而均匀且结合紧密的转移膜.水润滑下,对偶表面犁沟较深,犁削作用明显,转移膜的形成被明显抑制.水的冷却作用使得向摩擦对偶的粘着转移明显减轻,同时由于摩擦表面吸附水膜的边界润滑作用,显著改善复合材料的摩擦磨损性能.     

水/油润滑条件下PTFE复合材料的摩擦学性能

将碳纤维(CF)和锡青铜粉(Cu)分别添加到聚四氟乙烯(PTFE)中制备了两种PTFE复合材料,并将其与42CrMo钢环形成摩擦副,研究了两种PTFE复合材料在干摩擦、水润滑和油润滑条件下的摩擦学性能,并用扫描电子显微镜观察了两种复合材料的磨损表面形貌,分析了磨损机理。结果表明:在干摩擦和油润滑条件下,随着碳纤维含量的增加,CF/PTFE复合材料的摩擦因数增大,磨痕宽度减小;两种PTFE复合材料在干摩擦条件下的摩擦因数最大,油润滑条件下的摩擦因数最小;而且在油润滑条件下,两种PTFE复合材料的磨痕宽度最小;水润滑条件下的摩擦因数比干摩擦的的要小,但磨痕宽度比干摩擦时的要大;CF/PTFE复合材料的磨损机理主要为疲劳磨损,犁沟形貌不明显;Cu/PTFE复合材料的磨损机理主要为磨料磨损,犁沟形貌明显,伴有疲劳磨损。     

莫来石与碳纤维协同填充的聚四氟乙烯基复合材料及其摩擦学性能

为了提高聚四氟乙烯（PTFE）的摩擦学性能,采用机械混匀、带温预压及烧结等工艺制备了莫来石和碳纤维填充的PTFE基复合材料,并通过FTIR、XRD、万能材料试验机、洛氏硬度计、DSC及热机械分析分别表征了PTFE基复合材料的显微结构、力学性能和热学性能;然后,使用MRH-3 型高速环块磨损试验机测定了复合材料的摩擦系数和磨损率,通过自制的硅油砂浆磨损装置测定了复合材料在不同温度下的耐砂浆磨损性能;最后,借助3D测量激光显微镜研究了复合材料摩擦面形貌,并分析了摩擦磨损机制。结果表明:莫来石和碳纤维在PTFE体系中起到填充增强作用,20wt%莫来石-10wt%碳纤维/PTFE复合材料的弹性模量由364 MPa增加至874 MPa;20wt%莫来石-10wt%碳纤维/PTFE复合材料的干摩擦系数较大,但其磨损率与纯PTFE相比降低了3个数量级以上,且此复合材料在水摩擦条件下仍能保持较好的摩擦系数和磨损率,摩擦系数为0.157,磨损率为7.40×10-6 mm3·N-1·m-1;此外,20wt%莫来石-10wt%碳纤维/PTFE复合材料在较高温度下仍能表现出良好的耐砂浆磨损性能。所得结论表明改性得到的PTFE 基复合材料的摩擦学性能显著提高,复合材料可用于有杆抽油井防偏磨。      

PTFE微粉/CF改性PEEK复合材料的摩擦磨损性能

为解决核电水循环系统中鼓型旋转滤网驱动装置的耐腐蚀问题,本文研究了碳纤维和聚四氟乙烯微粉改性的聚醚醚酮复合材料在干摩擦、水润滑和油润滑条件下的摩擦磨损性能.通过机械共混、高温模压的方法,制备了不同质量分数的聚四氟乙烯(PTFE)微粉/碳纤维(CF)/二硫化钼(MoS_2)/聚醚醚酮(PEEK)复合材料.采用拉伸试验机和塑料洛氏硬度计测试其力学性能,采用摩擦磨损试验机测试了复合材料在干摩擦、水润滑和油润滑条件下的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜对其摩擦表面形貌进行分析.结果表明:复合材料在水润滑和油润滑时摩擦系数及磨痕宽度均较小,但水润滑时摩擦系数波动幅度较大且磨痕宽度略高;复合材料在干摩擦条件下的磨损机制以磨粒磨损为主,伴有疲劳磨损,油润滑时摩擦面可形成连续的润滑膜而保持光滑,水润滑时水流冲刷破坏了摩擦面上固体润滑膜的稳定性;CF质量分数增加时,复合材料的洛氏硬度和压缩强度递增,压缩强度达到164 MPa,PTFE微粉质量分数增加时,复合材料的洛氏硬度和压缩强度递减;CF质量分数增加时,复合材料的干摩擦系数及磨痕宽度下降,PTFE微粉质量分数增加时,复合材料的干摩擦系数下降,达到0.17.     

PEEK与纳米TiO_2填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能研究

采用高速机械搅拌的方式充分混合原料,然后用模具将混合好的材料冷压成型,再通过一定的烧结程序制备不同体积含量的聚醚醚酮(PEEK)和纳米TiO2协同填充改性的聚四氟乙烯(PTFE)复合材料试样。利用MRH-3摩擦磨损实验机在不同实验条件下对试样进行摩擦学性能的测试。磨损后用QuantaFEG450扫描电镜对钢环表面的摩擦形貌进行观察与分析。实验结果表明,填充PEEK可大幅降低PTFE复合材料的体积磨损率,但复合材料的摩擦系数却随PEEK含量的增加而表现出逐渐上升的趋势。用不同含量的纳米TiO2填充10%PEEK/PTFE,摩擦系数和体积磨损率都表现出随纳米TiO2含量的增加而逐步上升的趋势,其中2%Nana-TiO2/10%PEEK/PTFE复合材料的摩擦系数和体积磨损率最小。当滑动速度和载荷分别超过2m/s和200N后对复合材料的磨损率有显著地影响,而环境温度在25~120℃范围内变化对磨损率和摩擦系数的影响均不明显。     

基于正交设计的纳米蛇纹石-纳米氧化镧/聚四氟乙烯复合材料在沙尘环境下的摩擦学性能

以聚四氟乙烯(PTFE)为基体,采用正交实验法研究了纳米蛇纹石(nano Serpentine)、纳米氧化镧 (nano La₂O₃)和环境三种因素对nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料摩擦学性能的影响。采用自制沙尘模拟装置改进现有的 MMU-5G摩擦磨损试验机对nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料进行摩擦学实验。通过SEM观察试样磨损表面和转移膜形貌,分析nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料磨损机制。结果表明:环境因素对nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料的摩擦系数影响最大,干摩擦摩擦系数比沙尘环境下摩擦系数低;nano Serpentine含量对nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料的磨损率影响最大,当nano Serpentine质量分数为9wt%时,nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料的总体磨损率最低。nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料的干摩擦的磨损机制主要为黏着磨损,沙尘环境的磨损机制主要为磨粒磨损。      

镍基复合材料在水环境中的摩擦学性能及磨损机理研究

本文考察了Ni-SiC-石墨系复合材料在水环境中的摩擦学性能,并研究其磨损机理.结果表明:复合材料在水环境中的摩擦系数比干摩擦降低了一半左右,磨损率仅为干摩擦下的1/15,水环境中,负荷和速度的变化对摩擦系数的影响不大,摩擦系数基本保持在0.28～0.32之间,磨损率随负荷和滑动速度的增加而不断增加.磨损表现为机械微切削;摩擦副表面吸附水的边界润滑作用以及水的冷却作用使材料容易耗散摩擦热,塑性变形减小,严重粘着磨损明显减轻.水的存在使不锈钢偶件更容易发生氧化,同时暴露于磨损表面的SiC以及由于水的渗透而导致与基体脱粘的SiC,易被氧化生成SiO2,进而SiO2发生水合反应在磨擦对偶表面生成不均匀的SiO2·nH2O水合反应膜,起到了一定的减磨润滑作用,显著降低摩擦系数和磨损率.     

PEEK与纳米SiO_2填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能研究

通过机械共混、冷压成型、烧结的方法制备聚醚醚酮(PEEK)与纳米Si O2颗粒共同填充改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料试样。利用MRH-3型环-块摩擦磨损实验机对不同配方比例的复合材料在不同实验条件下进行摩擦学性能实验。利用扫描电镜对试样磨损后的摩擦表面形貌和钢环表面的转移膜进行观察和分析。结果表明,填充5%PEEK的PTFE复合材料的摩擦系数达到最低值;10%PEEK/PTFE复合材料中添加不同体积比的纳米Si O2填料可以显著地降低材料的体积磨损率,其中5%Nano-Si O2/10%PEEK/PTFE复合材料的体积磨损率最小;载荷和速度的变化对Nano-Si O2/PEEK/PTFE复合材料的摩擦磨损性能的影响显著,而环境温度的变化对该复合材料的摩擦系数与磨损率的影响不明显。     

纳米ZrO_2和聚醚醚酮填充聚四氟乙烯的摩擦学性能基于环-块摩擦模型的演变过程

用不同体积分数的纳米ZrO_2和聚醚醚酮(PEEK)颗粒填充改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料。使用环-块摩擦磨损试验机测试PTFE复合材料在滑动速度为2 m/s、载荷为200 N的试验条件下的摩擦学性能。获取不同阶段摩擦学性能的数据,计算出在整个试验过程中样品的瞬时磨损率。利用扫描电镜观察不同试验阶段对偶钢环表面形貌的变化图像并进行分析。利用仿真模拟软件(ABAQUS)对摩擦过程中PTFE复合材料的接触应力变化进行分析。结果表明,纳米ZrO_2和PEEK颗粒可以协同改善PTFE复合材料的摩擦学性能。特别是添加8%的纳米ZrO_2和20%的PEEK能使PTFE复合材料同时获得最佳的耐磨性(1.29×10~(-6) mm~3/Nm)和较低的摩擦系数。在摩擦试验的后期PTFE复合材料的瞬时磨损率突然急剧上升。根据瞬时磨损率、磨损表面、转移膜形貌和磨屑形态特征的变化规律,将整个磨损过程分为3个阶段(低磨损阶段、过渡磨损阶段和严重磨损阶段)。     

玻璃纤维增强聚醚醚酮复合材料在水润滑下的摩擦学性能

利用球盘式摩擦磨损试验机考察了玻璃纤维(GF)增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能,并探讨了其磨损机理。结果表明:在干摩擦和水润滑条件下,PEEK和GF/PEEK的摩擦因数和磨损率均随载荷和对磨时间的增加逐渐增大并趋于稳定,GF的加入可以显著降低GF/PEEK复合材料的摩擦因数和磨损率;在水润滑条件下,PEEK和GF/PEEK的摩擦因数和磨损率比干摩擦下显著降低。干摩擦下,PEEK以黏着磨损和磨粒磨损的混合磨损形式为主,水润滑条件下,磨损方式主要是以轻微的黏着磨损为主;干摩擦下,GF/PEEK磨损表面有大量的微观断裂裂纹和破碎,以磨粒磨损和疲劳磨损为主,水润滑条件下,磨损表面仅有微观切削的痕迹,磨损方式以轻微磨粒磨损为主。由于水的冷却和润滑作用,使得复合材料向对偶钢球的黏着转移明显减弱,同时阻止了对偶钢球上的Fe向复合材料磨损表面转移,从而减轻摩擦、降低摩擦表面温升,显著改善复合材料的摩擦磨损性能。     

A Comparative Investigation of the Tribological Behavior of Short Fiber Reinforced Polyimide Composites Under Dry Sliding and Water-Lubricated Condition

The friction and wear behavior of high performance polyimide (PI) and its composites reinforced with short cut fibers such as carbon fiber, glass fiber and quartz fiber was comparatively evaluated under dry sliding and water-lubricated condition, aiming at selecting matching materials for the pumps of pure water power transmission. The wear mechanisms of the composites under the two different sliding conditions were also comparatively discussed, based on scanning electron microscopic examination of the worn composite and steel counterpart surfaces. As the results, the PI composites reinforced with carbon fiber have the best mechanical and tribological properties compared with glass fiber and quartz fiber. PI composites sliding against stainless steel register lower friction coefficients and wear rates under water-lubricated condition than under dry sliding though the transfer of PI and its composites was considerably hindered in this case. PI and its composites are characterized by plastic deformation, micro cracking, and spalling under both dry-and water-lubricated sliding. Such plastic deformation, micro cracking, and spalling is significantly abated under water-lubricated condition. The glass and quart2 fibers were easily abraded and broken when sliding against steel in water environment, the broken fibers transferred to the mating metal surface and increase the surface roughness of mating stainless steel. This is probably the cause of the increased wear rate of glass fiber and quartz fiber PI composites in this case.     

纤维增强聚酰亚胺复合材料的摩擦学行为

本文研究了碳纤维、玻璃纤维及石英纤维增强的PI复合材料在于摩擦和水环境下的摩擦磨损行为。研究表明,碳纤维增强PI复合材料在两种摩擦条件下的摩擦系数和磨损率都随碳纤维含量的增加而不断降低。而玻璃纤维和石英纤维增强PI复合材料的摩擦系数和磨损率则随纤维含量的增加而增大。材料的磨损均以塑性变形、微观破裂及破碎为主导,相同纤维种类和含量增强PI复合材料在水环境下的磨损率均较干摩擦下的低,这主要归因于摩擦副表面吸附或存留的水分的边界润滑作用。     

Impact of lubrication on the tribological behaviour of PTFE composites for guide rings application

In this study, the friction and wear behaviours of polytetrafluoroethylene (PTFE)-based composites were comparatively evaluated under dry sliding and oil-lubricated conditions. Two PTFE composites filled with bronze and bronze + molybdenum disulfide (MoS₂) were considered. These composites were used as guide rings for hydraulic actuating cylinder. Friction and wear tests of the composite specimens sliding against high chromium steel ball were conducted using reciprocating linear tribometer. The wear mechanisms of the composites under the two different sliding conditions were analysed and discussed based on scanning electron microscopic (SEM) examinations of the worn surface and optical micrographs of the steel counterface. Under the oil-lubricated condition, the friction and wear behaviours of the composites were considerably improved if compared to that under the dry sliding. The oil adsorbed layer limited the transfer of the composite to the steel counterface and avoided the oxidation of the MoS₂ during the sliding test.     

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。     

二硫化钼填充聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能

利用MM-200型摩擦磨损试验机,对不同体积含量MoS2填充聚酰亚胺（PI）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研究,并利用扫描电子显微镜对PI复合材料及其偶件的磨损表面进行了分析。研究发现,添加MoS2可有效降低PI复合材料的摩擦系数,且PI复合材料的摩擦系数随MoS2含量的增大而减小。除PI＋10％MoS2外,其它含量MoS2填充PI复合材料的耐磨性能均明显优于纯PI材料,但当MoS2的含量超过30％后,PI复合材料的磨损率基本不随MoS2含量变化。在较高的载荷条件下,MoS2填充PI复合材料均呈现出良好的减摩耐磨性能。     

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。     

Friction and wear studies of polyimide composites filled with short carbon fibers and graphite and micro SiO2

Polyimide (PI) composites filled with short carbon fibers (SCFs), micro SiO₂, and graphite (Gr) particles were prepared by means of hot press molding technique. The friction and wear properties of the resulting composites sliding against GCr15 steel were investigated on a model ring-on-block test rig. Experimental results revealed that single incorporation of graphite and SCF significantly improve the tribological properties of the PI composites, but micro SiO₂ was harmful to the improvement of the friction and wear behavior of the PI composite. It is found that a combinative addition of Gr, SCF and micro SiO₂ was the most effective in improving the friction-reducing and anti-wear abilities of the PI composites. Research results also show that the filled PI composites exhibited better tribological properties under higher PV-product.     

PTFE基复合材料摩擦磨损特性研究

用机械共混、冷压成型自由烧结的方法制备了PTFE基复合材料;用M-2000型磨损试验机测试了在干摩擦定载荷条件下各试样的磨损性能;用扫描电子显微镜(SEM)对磨损试样的表面形貌进行了观察和分析.结果表明:在实验条件下,复合材料的抗磨性能,随青铜粉用量的增大逐渐增强,当青铜粉的用量大于20vol.%后,抗磨损性能增强的趋势明显减缓,在干摩擦条件下复合材料主要发生粘着磨损和磨粒磨损,且随青铜粉用量的增加,磨粒磨损也越明显.研究发现,当青铜粉:氧化镉:二硫化钼为20:6:4(体积比)时,复合材料的摩擦磨损性能最佳.     

PTFE复合材料的摩擦学性能及力学性能

利用MM-200型磨损试验机,对不同填料填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能进行了研究,并探讨了淬火处理对PTFE复合材料摩擦学性能及力学性能的影响.研究发现,几乎所有填料均可大大降低PTFE复合材料的磨损,但其对PTFE复合材料性能的影响差别较大.聚苯脂填充PTFE复合材料虽然具有良好的摩擦磨损性能,但是其拉伸强度较小.PI增大了PTFE复合材料的摩擦系数,随着PI含量的增加,PTFE复合材料的拉伸强度增大,而其伸长率则减小.CdO填充PTFE复合材料虽具有良好的摩擦性能,但其伸长率较大.淬火处理使PTFE复合材料的结晶度下降,从而导致PTFE复合材料的硬度减小、耐磨性变差.