纳米复合材料摩擦磨损性能研究进展

介绍了纳米复合材料的组成、分类和制备方法,评述了纳米复合材料的摩擦磨损性能研究进展,总结了纳米复合材料摩擦学性能的主要影响因素,分析了纳米复合材料的摩擦磨损机制,指出了当前纳米复合材料摩擦学研究领域的发展趋势和有待于研究和解决的问题.     

高承载下自润滑纤维织物复合材料摩擦磨损性能研究

采用轴-瓦式摩擦磨损试验机研究高载荷条件下自润滑纤维织物复合材料的摩擦磨损性能;利用扫描电子显微镜（SEM）观察复合材料以及对偶轴套磨损表面的形貌,并分析探讨摩擦磨损机制。结果表明：自润滑纤维织物复合材料能够承受载荷400 MPa、摆动次数25 000次的摩擦磨损试验,且摩擦磨损性能与载荷有明显的相关性;其摩擦因数随着载荷的增加而变小,磨损深度随着载荷的增加而变大;低载荷条件下,其磨损机制以黏着磨损为主,高载荷条件下,磨损机制以磨粒磨损为主。     

芳纶纤维在制动摩擦过程中的摩擦磨损特性研究

将芳纶纤维作为摩擦材料增强材料,通过摩擦磨损试验,借助于扫描电镜和X射线能谱仪,研究了芳纶纤维在制动摩擦表面的形貌特征和摩擦残留物,探讨了芳纶纤维在制动摩擦过程中所起的作用,分析了在高强度的制动条件下,芳纶纤维的摩擦磨损机制.结果表明:在高强度的制动摩擦条件下,处于表面层的芳纶纤维由于局部的过热,软化、熔化,芳纶纤维完全失去原有的机械强度,此时熔融的芳纶纤维在摩擦界面起到一定的润滑作用,这时摩擦材料的摩擦因数会显著降低.     

剑麻纤维和低密度聚乙烯填充聚甲醛复合材料的摩擦磨损性能

通过双螺杆挤出熔融共混的方法制备剑麻纤维(SF)和低密度聚乙烯(LDPE)共同填充的聚甲醛复合材料,在HT-500型高温摩擦磨损试验机上考察其干滑动摩擦条件下的摩擦磨损性能,并通过扫描电子显微镜(SEM)观察其磨损表面形貌,分析磨损机制。结果表明:添加适量的LDPE能显著降低POM的摩擦因数和磨损率,当LDPE质量分数为5%时,复合材料的摩擦因数下降21.7%,磨损率降低10%;随SF质量分数的增加,POM/5%LDPE/SF复合材料的摩擦因数和磨损率呈现先增大后减小再增大的趋势,当SF质量分数为5%时,复合材料摩擦磨损性能优异,在转速为1 120 r/m in,恒定载荷为8 N的实验条件下,其稳定摩擦因数为0.16,磨损率为1.61×10-6mm3/(N.m)。纯POM磨损方式以黏着磨损为主,POM/5%LDPE/SF复合材料以疲劳磨损为主,伴随有转移膜的剥落。     

纳米晶粉末制备复合材料的摩擦磨损性能

本文研究了用机械合金化方法制备出Ｓｉ３Ｎ４／Ｆｅ基纳米晶复合粉末，用常规粉末冶金工艺烧结出试样，测试了复合材料的常温摩擦磨损性能，并对其显微组织进行了分析，认为纳米晶的界面确实机改善Ｓｉ３Ｎ４与Ｆｅ的结合强度。     

环氧树脂聚脲复合材料的摩擦磨损性能研究

利用MM-200型摩擦磨损实验机,研究了环氧树脂/聚脲复合材料在98N载荷下干摩擦条件下的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜和傅立叶变换红外光谱仪对环氧树脂磨损后的表面形貌、化学键和官能团进行了观察与分析。发现环氧树脂/聚脲复合材料中聚脲颗粒的分布比较均匀,而且形状比较规则,磨损表面部分粒子发生了塑性变形,聚脲颗粒的加入,提高了复合材料的耐磨性。     

碳锌复合材料的摩擦磨损性能

研究了碳纤维增强模用锌合金复合材料在干摩擦条件下的摩擦磨损特性。试验结果表明:该复合材料的摩擦磨损性能比单一锌合金的有明显改善,且碳纤维取向明显影响着该复合材料的这些特性,其中以Ⅱ型纤维取向的性能为最佳。扫描电镜对磨痕观察发现,磨痕上裸露的纤维数目与该材料的摩擦磨损性能有直接的关系。本文还对影响该材料摩擦磨损性能的因素进行了分析和讨论。     

Cu/FeS复合材料的摩擦磨损性能

采用原位反应合成法制备的Cu/FeS复合材料经真应变为6.4的挤压变形加工后,对其摩擦磨损性能进行研究。并利用扫描电镜观察磨损后试样的形貌,分析该材料磨损过程中的影响因素及磨损机制。结果表明,无论是试验过程中的载荷、滑动速度,还是材料本身的硬度都将影响材料的磨损性能,在该试验过程中材料磨损的机制以粘着磨损和磨粒磨损为主。     

PTFE复合材料高温摩擦磨损性能研究

研究了高温条件下不同填料填充的PTFE复合材料的摩擦磨损性能,并与常温下的摩擦磨损性能进行了比较.结果表明青铜粉、纤维填充的复合材料在高温下表现出与常温相反的摩擦磨损规律;碳类填充复合材料在不同温度下则表现出较为稳定的规律;特种塑料改性的PTFE复合材料,具有极好的综合性能.     

碳陶复合材料的摩擦磨损性能

在碳碳坯体的基础上,通过液相渗硅法制备了密度为2.0～2.2 g·cm-3、用于飞机刹车片的碳陶复合材料,研究了该材料的物相组成、微观结构、力学性能,通过模拟飞机不同制动条件,利用大样试验台架对1.4 MJ能载下该材料摩擦副的干、湿态摩擦磨损性能进行了研究.结果表明:该材料由碳相、β-SiC相及硅相组成,SiC相主要分...     

碳纤维粉增强氟橡胶复合材料摩擦学性能研究

采用液相氧化法对碳纤维进行不同时间表面刻蚀,利用扫描电镜分析碳纤维的表观形貌;采用开炼共混和平板硫化方法制备改性后碳纤维/氟橡胶复合材料,研究改性碳纤维用量对复合材料硫化特征、力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明：随着氧化时间的增加,碳纤维表面沟槽纹路变深变宽,从而与橡胶基体有更好的界面结合性;随着碳纤维用量的增加,复合材料交联密度增大,而拉伸性能降低;碳纤维的加入使复合材料摩擦磨损性能明显提高,最高可使材料摩擦因数降低近45%,耐磨性提高近1倍;经过表面改性的碳纤维能使复合材料的摩擦因数和磨损率更低,耐磨性能更好。     

聚四氟乙烯填充含量对钢背超高分子量聚乙烯纤维织物复合材料摩擦学性能的影响

为改善广泛应用于船舶苛刻环境无油/脂润滑摩擦配副材料的摩擦学性能,将聚四氟乙烯（PTFE）按不同质量分数与钢背超高分子量聚乙烯纤维织物复合材料结合,研究它与45钢盘在变转速环环端面干摩擦状态下的摩擦学特性。对试验过程中摩擦因数及磨损量进行测量,利用表面轮廓仪、扫描电子显微镜与超景深显微镜对复合材料及对磨件磨损表面形貌进行了观察与分析。结果表明：所有填充PTFE的复合材料摩擦学性能均表现优异,随着PTFE含量的增加,复合材料摩擦性能变差,其中1 %（质量分数） PTFE填充复合材料综合摩擦性能最好,在试验工况下主要发生磨粒磨损,PTFE填充量较高的复合材料在高速下由于团聚及摩擦热量积聚主要经历黏着磨损与疲劳磨损。     

Influence of Concentration of Aramid Fabric on Abrasive Wear Performance of Polyethersulfone Composites

In this work, three composites of polyethersulfone (PES) containing Aramid (Kevlar 29) fabric with concentration 64, 72 and 83% (by weight) were developed by the compression molding technique. These composites were characterized for their mechanical and physical properties. The abrasive-wear performance of the composites was evaluated by abrading 1 × 1 × 1 cm³ samples against silicon carbide paper under various loads. The fabric reinforcement enhanced the abrasive-wear resistance of PES significantly (approximately 3–8 times depending on the operating conditions). It was observed that the 80% fabric composite showed the highest resistance to wear and impact along with the best tensile strength and elongation properties. Its flexural strength and ILSS value, however, were lowest. The 64% fabric composite, on the other hand, showed an exactly reverse trend among the three composites. Considering all the properties simultaneously, it was concluded that in the selected range of composites 72% fabric inclusion was the optimum for the best combination of tribological and mechanical properties. Ratner–Lancaster plots showed good linearity indicating that ultimate tensile strength and elongation to break were the prominent factors controlling the abrasive-wear behavior of the composites.     

芳纶纱的结构形貌对芳纶/PTFE织物复合材料摩擦学性能的影响

为了研究纱线结构形貌对织物复合材料摩擦学性能的影响,选用对位芳纶纤维,制备成3种具有不同结构形貌的芳纶纱,分别为长丝平行纱、长丝加捻纱和短纤维加捻纱。以相同的制备工艺得到3种芳纶/PTFE织物复合材料,采用多试件摩擦磨损试验机测试复合材料的摩擦学性能,并对芳纶/PTFE混编织物及相应复合材料的结构形貌、力学性能和磨损表面进行分析与探讨。实验结果表明：芳纶纱的结构形貌可直接影响纱线的断裂强度、纱线拔出强力、纱线与树脂的界面结合力,进而影响织物复合材料的摩擦学性能;在不同的磨损条件下3种混编织物的耐磨性表现有所不同,当载荷相对较低时,芳纶短纤维加捻纱/PTFE织物复合材料磨损率更低,而当载荷较高时,芳纶长丝加捻纱/PTFE织物复合材料耐磨性更好。     

纳米Cu粉填充碳纤维/PTFE复合材料的摩擦磨损性能

考察纳米Cu粉含量、粒径对碳纤维/PTFE复合材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜分析磨损面和对偶面转移膜形貌,并探讨其磨损机制。结果表明:纳米Cu粉能提高碳纤维/PTFE复合材料的耐磨性,在高载荷下,纳米Cu粉的增强效果更加明显;纳米Cu粉的粒径越小,复合材料的耐磨性越好;添加质量分数0.3%纳米Cu粉的碳纤维/PTFE复合材料耐磨性最优,1.4 m/s,200 N下实验条件下,其磨损率比未添加时降低了45%;SEM分析显示纳米Cu粉能在对偶面上形成平整致密的转移膜,具有显微增强作用。     

铝-塑自润滑材料的结构分析设计与摩擦磨损性能

对高强铝合金(7075)———超高分子量聚乙烯(UHMWPE)自润滑材料进行结构分析设计,通过压缩试验与往复式滑动摩擦磨损试验测试了新材料的承载力、摩擦热、摩擦因数与磨损率;用扫描电镜观察了磨损表面的磨痕形貌并分析了磨损机理。结果表明:这种新型自润滑材料的比强度较高,抗压强度达到100MPa,摩擦因数小于0.16;在正压力P=8.5kN、往复频率300次/min(30mm/s)、滑动行程S=324m的室温干摩擦条件下,磨损率为1.7×10-6mm3/(N.m),摩擦温度为65℃;这种新型自润滑材料在磨合期主要表现为犁沟和粘着磨损,磨损后期表现为表层和亚表层的脆性断裂。     

TC4-PTFE复合材料的结构设计与摩擦磨损性能

利用Ansys有限元法对钛合金(TC4)-聚四氟乙稀(PTFE)自润滑复合材料进行结构分析与设计,通过压缩试验与摩擦磨损试验测试了两种不同TC4-PTFE面积比新材料的承载力、摩擦系数和磨损曲线。结果表明,新型复合材料的比强度高,抗压强度达到400MPa,摩擦系数为0.1左右;在承载力为80MPa压应力、摆动频率8次/min及摆角±30°的苛刻条件下,摆动2000次后,达到稳定磨损阶段,磨损率较低(0.0094mg/摆次)。试验证明新型复合材料可用于航空宇航工程。     

铜锡铅锌合金的摩擦磨损性能

利用MMU-200型摩擦磨损试验机研究了铜锡铅锌合金与GCr15钢对磨时的摩擦磨损特性,利用扫描电子显微镜对合金的磨损表面形貌进行了观察。结果表明:铜锡铅锌合金的磨损率随载荷和摩擦速度的增加而增大;其摩擦因数随摩擦速度的增加而减小,随载荷的增加先增大后减小;其磨损机制主要为磨粒磨损和粘着磨损;合金中的铅相起到了润滑作用,有利于提高合金的耐磨性能。     

纳米Al2O3填充LDPE/POM复合材料的力学和摩擦性能研究

采用挤出混合与注塑成型制备出不同含量的纳米Al2O3填充LDPE/POM复合材料,并进行力学和摩擦磨损性能实验。结果表明,随着纳米Al2O3的增加,LDPE/POM复合材料的缺口冲击性能先提高后降低,其中添加8%纳米Al2O3后复合材料的缺口冲击强度提高了近3倍;添加Al2O3纳米粒子后增加了复合材料的摩擦因数,但对耐磨性影响不大。由于纳米Al2O3作为刚性粒子可以提高材料的硬度,因此复合材料仍表现出良好的耐磨性;然而纳米粒子在摩擦表面富集,产生了犁沟现象,因此提高了材料的摩擦因数。     

混杂填料改性UHMWPE复合材料的摩擦学性能

采用热压成型工艺制备铜粉、石墨粉、碳纤维混杂改性的UHMWPE复合材料,采用WDW-20电子万能实验机测量其力学性能,采用MM-2000试验机考察其摩擦学性能,用扫描电子显微镜观察复合材料磨损表面形貌能。结果表明:混杂填料的加入增加复合材料的硬度和弹性模量,降低复合材料的抗剪强度、抗拉强度;混杂填料对复合材料的摩擦因数影响很大,填充比例适当时能有效改善复合材料的耐磨损性能;改性后复合材料的磨损机制主要表现为磨料磨损、疲劳磨损和塑性变形;15%Cu+2%Gr+6%CF复合材料具有良好的摩擦学性能。