载流条件下铜-石墨复合材料摩擦学性能研究

在载流高速摩擦磨损试验机上进行试验,研究了不同电流和速度对铜-石墨复合材料摩擦系数和磨损率的影响,并对摩擦表面的形貌进行了观察和分析。结果表明:电流、速度是影响铜-石墨复合材料载流摩擦磨损性能的重要因素。在速度一定的条件下,随着电流增大,铜-石墨复合材料的摩擦系数减小,磨损率增大;在电流一定的条件下,材料的摩擦系数随速度的增大先升高后降低,磨损率随速度的增大先升高后降低,然后迅速增大,在速度为40 m/s时,材料的磨损机制出现了明显的变化。     

二硫化钼-铜-镀铜石墨复合材料的载流磨损性能研究

采用粉末冶金方法制备了不同二硫化钼质量分数的二硫化钼-铜-镀铜石墨（A组）复合材料和二硫化钼-铜-石墨（B组）复合材料,在自制的磨损试验装置上考察两组复合材料机械磨损和载流磨损性能。结果表明,加入2％（质量分数）的二硫化钼,可使两类复合材料在机械磨损和载流磨损的磨损量减小j并且二硫化钼一铜一镀铜石墨复合材料在机械磨损和载流磨损时,磨损量均比二硫化钼-铜-石墨复合材料小,耐磨性好;在载流磨损条件下,两组复合材料的磨损量比其机械磨损量大,且正刷磨损量比负刷磨损量大。     

烧结温度对铜-石墨复合材料性能的影响

采用放电等离子烧结技术(SPS)制备铜基石墨复合材料,研究不同烧结温度对铜-石墨复合材料的致密度、维氏硬度、电导率和载流摩擦磨损性能的影响。结果表明:在所制备的铜-石墨复合材料中,石墨均匀分布,铜与石墨界面结合紧密;随着烧结温度的升高,复合材料的致密度、维氏硬度和电导率均升高,但摩擦系数和磨损率均先减小后增大,其中烧结温度为780℃时,摩擦系数和磨损率同时达到最小值;同时,在设定的烧结温度范围内,载流效率和载流稳定性在很小的范围内波动。在设定工况下,载流摩擦损伤机理主要为磨粒磨损,烧结温度在780℃左右时摩擦损伤较轻,烧结温度超过780℃时所制备的材料,磨损时伴有严重电弧烧蚀现象。综合考虑,780℃为制备铜-石墨复合材料的最优烧结温度。     

梯度铜碳复合材料的载流摩擦磨损性能

基于放电等离子烧结(SPS)技术,采用粉末冶金的方法制备梯度铜碳复合材料和非梯度铜碳复合材料。并在专用销-盘高速摩擦磨损试验机HST-100上进行摩擦磨损试验,研究载流条件下,梯度铜碳复合材料的摩擦磨损性能。结果表明:梯度铜碳复合材料(5 mass%C-10 mass%C)的摩擦系数平均值与同浓度(7.5 mass%C)非梯度铜碳复合材料相差不大,但其动态摩擦系数的波动性明显减小。其摩损率与碳含量7.5 mass%C非梯度铜碳复合材料相比明显降低,与碳含量为10 mass%的铜基复合材料相差不大,磨损率约为7 mg/m。梯度材料的载流效率和载流稳定性和10 mass%C铜基复合材料的相近,分别约为74%和73%。对于非梯度材料:随着石墨含量的增加,铜基复合材料的摩擦系数降低,摩擦系数波动幅度也减小,磨损率降低,载流效率和载流稳定性增加。采用放电等离子烧结(SPS)技术制备的铜基复合材料,磨损过程主要表现为机械磨损和电弧侵蚀。其中电弧侵蚀的行为主要是熔融、喷溅。非梯度复合材料的电弧侵蚀区域分布比较分散,在摩擦出口区域和材料的其他部位也都有存在,而梯度铜基复合材料的电弧烧蚀区域明显减小,仅出现在出口区域。     

电流对碳纳米管增强铜基复合材料载流摩擦学性能的影响

采用粉末冶金方法在相同的工艺条件下制备纯铜和碳纳米管含量为10%（体积分数）的铜基复合材料。在一种销盘式载流摩擦磨损试验机上考察了不同电流条件下2种材料的载流摩擦磨损性能。结果表明：纯铜和铜基复合材料的摩擦系数和磨损率均随电流的增大而增大,但是电流对纯铜材料的影响更加显著;纯铜材料的主导磨损机制是电弧烧蚀磨损,而铜基复合材料的主导磨损机制是塑性流动变形;碳纳米管可以改善铜基复合材料的载流摩擦磨损性能。     

石墨粒度对C/Cu复合材料载流摩擦磨损性能的影响

分别采用45、150 μm两种粒度的镀铜石墨经粉末冶金法制得C/Cu复合材料,借助销-盘式载流摩擦磨损试验机研究了石墨粒度对C/Cu复合材料载流摩擦磨损性能的影响,利用电镜对磨擦表面进行微观分析.结果表明,45μm石墨颗粒较150 μm石墨颗粒能够减少电弧发生,并提高该复合材料的力学性能和增强摩擦面润滑膜的形成,能有效降低该复合材料的摩擦系数和磨损率.     

铜镀层对石墨-铜复合材料摩擦磨损性能的影响

通过在石墨表面镀铜预处理获得Cu包覆的石墨粉末,并以电解铜粉、鳞片石墨粉和Cu包覆石墨粉末为原料,利用ZT-40-20Y真空热压烧结炉制备了鳞片石墨-铜和镀铜石墨-铜复合材料,随后在不同载荷(5、7、9和11N)下对复合材料进行往复摩擦磨损试验,研究两种复合材料的微观结构、力学性能和不同载荷下的摩擦磨损性能.结果 表明:在相同的制备条件下,镀铜石墨有效地改善了镀铜石墨-铜复合材料中C、Cu之间润湿性的问题,使得其致密度、硬度显著提高;在相同的摩擦条件下,镀铜石墨-铜复合材料平均摩擦系数略有提高、而磨损率显著降低,表现出优良的耐摩擦磨损性能;在不同载荷下的往复摩擦试验中,鳞片石墨-铜复合材料主要磨损机制为磨粒磨损、剥落磨损和粘着磨损;而镀铜石墨-铜复合材料主要的磨损机制为磨粒磨损和少量剥落磨损.     

离子液体润滑下非晶碳膜的载流摩擦磨损行为

目的考察非晶碳膜(amorphous carbon film,a-C)在干摩擦和在离子液体(IL)润滑下的载流摩擦磨损行为特点。方法选取不锈钢、涂覆离子液体的不锈钢、a-C薄膜和涂覆离子液体的a-C薄膜(a-C-IL)分别与不锈钢小球对磨,在直流电流为0.2 A的条件下进行摩擦磨损测试,对比了各种试样的摩擦学行为。通过扫描电镜、表面三维轮廓仪和拉曼光谱对磨痕和磨斑进行分析表征,并讨论各种摩擦副的磨损机制。结果非晶碳膜与离子液体均能有效地降低钢-钢摩擦副在载流条件下的摩擦系数,使得稳定摩擦系数从～0.8分别降低到～0.2和～0.15。当a-C膜与IL进行复合后,进一步降低了a-C膜的载流摩擦系数(～0.1),但是a-C膜的耐磨性能降低。结论在载流摩擦磨损测试下,钢-钢摩擦副的摩擦系数大,磨损严重,伴随轻微的粘着磨损;离子液体可以明显减小摩擦副之间的粘着,降低钢-钢摩擦副的摩擦系数和磨损率。在钢基底上镀a-C薄膜,摩擦过程中a-C磨屑形成的转移膜发生了石墨化,能显著降低摩擦系数,减小磨损率。a-C-IL固液复合薄膜具有比a-C膜更低的载流摩擦系数,但其耐磨性能不如a-C膜。     

有无电流条件下石墨自润滑铜基粉末冶金材料的摩擦磨损行为研究

以石墨自润滑铜基粉末冶金材料/铬青铜和纯铜基粉末冶金材料/铬青铜为摩擦副,采用销-盘式载流高速摩擦磨损试验机对材料的摩擦学特性进行研究.结果表明,材料的磨损率随滑动速度的增大而减小,电流对摩擦副的摩擦学特性有显著的影响;相同条件下,石墨自润滑铜基粉末冶金材料/铬青铜摩擦副的摩擦系数和磨损率都明显小于纯铜基粉末冶金材料.无电流条件下,摩擦面上出现了明显的粘着痕迹,摩擦副的摩擦磨损机理主要为粘着磨损;在电场作用下,摩擦表面产生熔融孔洞和犁沟现象,磨损机理主要为电气磨损和磨粒磨损.     

成分变化对铜-二硫化钼-石墨复合材料电磨损性能的影响

采用粉末冶金法在H。保护气氛下制备铜-二硫化钼一石墨复合材料,对其进行物相分析,并通过改变材料中Mo岛与石墨的含量,研究成分变化对复合材料电磨损性能的影响。结果表明：石墨在烧结过程中不参与反应,而MoS2与基体反应生成新相。随着复合材料中MoS2含量的增加和石墨含量的降低,电刷与换向器之间的接触电压降上升,摩擦系数增大,石墨含量最低时磨损量值最大并且出现火花磨损现象。     

CNTs-Cu和C-Cu复合材料的载流摩擦学行为(英文)

采用粉末冶金方法在相同的工艺条件下制备CNTs-Cu和C-Cu复合材料。采用销盘式载流摩擦磨损试验机对两种材料的载流摩擦学行为进行研究。结果表明:铜基复合材料的摩擦因数和磨损率均随着增强体含量的增加而减小,随着电流密度的增加而增大;电流对C-Cu复合材料的影响更加显著;C-Cu复合材料的主导磨损机制是电弧烧蚀和粘着磨损,而CNTs-Cu复合材料的主导磨损机制是粘着磨损和塑性流动变形。     

含MoS2的超音速喷涂WC-10Co-4Cr复合涂层摩擦性能研究

利用超音速火焰喷涂方法,以WC-10Co-4Cr为基体,添加MoS2以制备WC- 10Co-4Cr/MoS2自润滑复合涂层;对比分析了添加不同含量MoS2涂层的微观组织结构和物相;重点进行了摩擦磨损试验,研究润滑相MoS2对超音速喷涂WC涂层摩擦学特性的影响机理.研究结果表明:引入的MoS2一少部分转化成新态,其余则进入WC涂层空隙中,在摩擦过程中形成润滑膜起到润滑作用,并有效地降低了摩擦因数,使摩擦磨损过程中温升降低,有效减少热损伤,提高了涂层的耐磨性能;WC-10Co-4Cr/MoS2复合涂层具有很好的自润滑性,w(MoS2)15％时WC-10Co-4Cr/MoS2复合涂层的摩擦磨损性能最佳.     

MoS2-Zr复合薄膜的摩擦学性能研究

目的改善MoS_2薄膜的疏松结构,提高其硬度及摩擦磨损性能。方法采用离子源辅助磁控溅射技术在GCr15基体上沉积不同Zr含量的MoS_2-Zr复合薄膜,通过SEM分析薄膜的表面及截面形貌。采用EDS检测薄膜的成分,采用显微维氏硬度计测试薄膜的硬度,采用Rockwell-C硬度计进行压痕测试实验,采用球-盘式旋转摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能。结果 MoS_2-Zr复合薄膜的致密程度和硬度随着Zr含量的增加而增大,其硬度值为300~500HV。复合薄膜与基体的结合力随着Zr含量的增加而增强,但当Zr含量过高时,结合力下降。含Zr原子数分数为15%的MoS_2-Zr复合薄膜具有最好的摩擦学性能,其平均摩擦系数为0.09,磨损率为9.33×10~7 mm~3·N~(–1)·m~(–1),耐磨寿命达5.25×105 r。结论 Zr的掺杂改善了纯MoS_2薄膜的疏松结构,提高了MoS_2薄膜的硬度和结合力,合适的Zr掺杂可以获得较低的摩擦系数和较长的耐磨寿命。     

Effect of TiB2 Particles on the Tribological Properties of Stainless Steel Matrix Composites

The AISI316L stainless steel composites reinforced with 2,4,6,and 8 vol%titanium diboride（TiB₂） particles were sintered by the high pressure-high temperature method.Ball-on-disk method was carried out to study wear behavior of the composites.Tests were carried out at room temperature.The TiB₂ particles improved the hardness and tribological properties of the composites.The friction coefficient of the composites decreased with the increasing content of TiB₂.The reduction of the wear rate with the increasing of the content of TiB₂ particles in the steel matrix was also observed.It is demonstrated that the friction coefficient of composites with the same content of TiB₂ particles depend on the sintering conditions.     

活塞环表面织构化镀层的摩擦性能研究

目的以缸套/活塞环为试验对象,研究激光织构化与固体润滑镀层的协同减摩作用。方法采用脉冲激光在活塞环表面进行微孔化处理,利用电脉冲沉积法在微孔内制备具有不同MoS_2微粒浓度的Ni-MoS_2复合镀层,通过往复式摩擦试验研究织构化表面沉积固体润滑剂对活塞环-缸套的影响机制。结果镀液中MoS_2微粒浓度对镀层的硬度和摩擦学性能影响较大,相同电流密度下,电镀液中MoS_2微粒的质量浓度为5g/L时的镀层硬度最高,该浓度下Ni-MoS_2复合镀层在干摩擦下具有最佳的摩擦系数和最低的磨损率。织构化复合镀层可以显著改善接触面间的摩擦性能,相比未织构化摩擦配副,摩擦系数降低约0.2,磨损率下降50%。结论干摩擦条件下,表面织构可以有效地储存摩擦副之间的固体润滑剂和磨粒,在接触表面形成连续润滑膜,减少磨粒磨损。     

二硫化钼含量对自润滑涂层组织及性能的影响*

利用超音速火焰喷涂技术制备了4种不同MoS2含量的镍基自润滑涂层,并对涂层进行了组织和性能研究.结果表明：随着自润滑材料MoS2含量的增加,涂层的显微硬度、结合强度和滑动摩擦因数都明显降低;当MoS2含量由6%增加到9%时,涂层滑动摩擦因数由0.18减小到0.16,变化处于平稳,但磨损量却由0.5 mg/m突然增大到1.6mg/m;涂层中条状未熔MoS2和孔洞的存在,是其显微硬度、结合强度和摩擦因数减小的主要原因.     

WS2增强CoCrTi复合材料的制备及高温摩擦学性能

采用热压烧结技术制备了CoCrTi-(2.5, 4.0, 6.0)WS₂复合材料,并优化了WS₂的含量。通过球-盘式高温摩擦试验机研究了复合材料在室温至1000 ℃范围内的摩擦学性能。使用X射线衍射仪和扫描电镜等分析了复合材料的显微组织和物相组成。结果表明:适量WS₂的添加显著提高了材料的硬度与摩擦学性能。3种复合材料的摩擦因数和磨损率均表现出大致相同的变化趋势:在室温至400 ℃的试验条件下,摩擦因数随温度的升高而降低,磨损率变化趋势则相反。在400 ℃到1000 ℃,摩擦因数随温度的升高小幅增大;磨损率随温度的升高先减小后增大最后减小,在800 ℃时达到最大值。在给定的试验条件下,WS₂含量为4.0wt%的复合材料具有最佳的高温摩擦学性能。在低温下试样表现出不同程度的磨粒磨损,在高温下的磨损机理为氧化磨损。     

磁控溅射MoS2-Ni复合膜的结构与性能研究

目的提高MoS_2薄膜在大气环境下的摩擦学性能。方法采用离子源复合磁控溅射技术制备了Mo S2-Ni复合膜,通过改变Ni靶功率获得不同Ni掺杂量的复合膜,研究不同Ni掺杂量对复合膜结构及摩擦学性能的影响。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、洛氏硬度计、球-盘式摩擦磨损试验机以及3D轮廓仪,对复合膜显微结构和性能进行研究。结果复合膜以柱状晶结构生长,增加Ni含量可以细化晶粒,使复合膜的结构更加致密。复合膜硬度在250~446HV之间,且随Ni含量的增加,复合膜的硬度提高。复合膜具有良好的膜/基结合力,结合力达到HF1级。MoS_2-Ni复合膜的摩擦系数在0.10~0.23之间,随Ni含量的增加,虽然复合膜的摩擦系数增加,但由于磨损过程形成稳定的转移膜粘着在对磨球表面,因而使得磨损率降低,耐磨寿命提高。结论 Ni掺杂可以提高复合膜的致密度、硬度以及结合力,增强复合膜的耐磨性能。