PMMA转动微动摩擦学行为的研究

在新型转动微动试验机上,进行了 PMMA与GCr15钢球(40mm直径)在转动角位移幅值为0.25～ 2.5°和法向载荷为100N的转动微动试验.在摩擦动力学行为研究的基础上,结合磨痕的微观分析,研究了其转动微动磨损机理.结果表明:随转动角位移幅值的增加,PMMA的转动微动会依次呈现三个区域,即部分滑移区、混合区和完全滑移区;相比部分滑移区和完全滑移区,混合区的摩擦系数明显较高;部分滑移区摩擦系数保持在较低水平且损伤轻微,微动的相对运动由弹性变形协调.在混合区和滑移区PMMA的转动微动磨损机制为伴随黏性流动的颗粒剥落和磨粒磨损.研究发现在混合区和滑移区的磨斑中央产生因黏性流动造成的损伤累积所致的材料隆起.     

水润滑条件下氧化锆颗粒及碳纤维共混增强聚醚醚酮复合材料的摩擦性能研究

通过熔融共混法制备了碳纤维(CF)和氧化锆颗粒(ZrO_2)共混增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料,并对其水中的摩擦学性能进行了研究。实验结果表明,该混杂增强复合材料在水中具有优异的摩擦学性能,其摩擦系数随载荷的增加无明显变化,而磨损率则随着载荷的增加而逐渐降低。该材料在水中的磨损机制主要表现为轻微的磨粒磨损和疲劳磨损,碳纤维是复合材料耐磨性得到增强的主要原因,其作为复合材料摩擦面表层的主要承载相,承担了两摩擦面之间的大部分载荷,并保护聚合物基体免于受到对磨副的严重磨损。氧化锆颗粒的加入则有效抑制了摩擦过程中碳纤维的破损与脱落,从而使得混杂增强PEEK复合材料比单纯碳纤维增强的PEEK复合材料具有更加优异的耐磨性能。但过多颗粒的加入会加剧疲劳磨损,从而降低材料的耐磨性。     

5083铝合金/35CrMo钢线接触切向微动磨损行为

研究钢/铝配副的线接触微动磨损具有重要的理论意义和工程价值,过去对其报道不够。在电磁激振微动磨损试验机上,采用自调节式线接触夹具,对5083铝合金/35Cr Mo钢摩擦副进行线接触式切向微动磨损,研究了其在线接触条件下的切向微动磨损行为。结果表明:在线接触条件下,5083铝合金/35Cr Mo钢的微动运行区域存在部分滑移区、混合区和滑移区;部分滑移区摩擦系数较小,混合区摩擦系数峰值最大;部分滑移区损伤轻微,接触呈不连续特征,混合区和滑移区磨损严重;5083铝合金的磨损体积随着位移幅值的增加而增加,磨痕表层有微裂纹;5083铝合金/35Cr Mo合金钢的磨损机制主要为磨粒磨损和疲劳磨损。     

酸性介质中不同聚醚醚酮纳微复合材料的耐蚀与耐磨性能

分别研究了不同质量分数的纳米SiC填充碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)和钛酸钾晶须/聚醚醚酮(PTW/PEEK)复合材料在pH=1的硫酸溶液中的耐蚀性能和摩擦学性能。采用电化学工作站评价复合材料的耐蚀性能,使用差热分析仪与扫描电镜分析了复合材料的玻璃化转变温度与磨损面的形貌,并讨论了复合材料的防腐和耐磨机理。结果表明,在腐蚀性介质中质量分数2.5%纳米SiC增强复合材料的耐蚀性最佳,此时纳米SiC增强PTW/PEEK复合材料的耐蚀性能优于纳米SiC增强CF/PEEK复合材料。在酸性环境下,2.5%纳米SiC增强复合材料的摩擦学性能最佳,在滑动摩擦过程中,PTW不但起到了承载的作用,而且暴露的PTW可以填充到对偶面的划痕之中,减小了纤维对复合材料的刮擦以及磨粒磨损程度,所以相同含量纳米SiC增强PTW/PEEK复合材料优于CF/PEEK的摩擦学性能,其耐磨性是CF/PEEK复合材料的5倍。     

5083铝合金扭动微动磨损实验研究EI北大核心CSCD

采用球-平面接触的模式,对GCr15钢球与5083铝合金在角位移幅值0．1°～10°和法向载荷15,50N时的扭动微动磨损进行实验研究。结果表明：摩擦扭矩-角位移幅值曲线（T-θ曲线）随着循环次数的增加有规律地发生变化,呈现3种基本类型,即直线状、椭圆状和平行四边形状。5083铝合金的扭动微动运行区域分为部分滑移区、混合滑移区、完全滑移区,部分滑移区的摩擦扭矩值持续较低,混合滑移区以及完全滑移区的摩擦扭矩值呈一定规律变化。结合SEM磨斑形貌分析可知部分滑移区损伤轻微,混合滑移区以及完全滑移区损伤较严重。通过研究确定了5083铝合金的运行工况微动图。     

空心微珠-碳纤维共混改性聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能

通过模压成型制备了碳纤维与空心微珠共混改性的聚酰亚胺复合材料, 采用MRH-3型摩擦磨损试验机研究了空心微珠含量、滑动速度及载荷对复合材料摩擦学性能的影响, 并对其磨损形貌及机制进行了分析。结果表明: 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料摩擦学性能优于其单独填充的聚酰亚胺基复合材料; 空心微珠含量对共混改性的复合材料摩擦系数影响不大, 但其磨损率随着空心微珠含量的增加先减小后增大; 15%空心微珠-10%碳纤维(质量分数)共混增强的复合材料的减摩耐磨性能最佳; 随着滑动速度提高, 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料的摩擦系数下降, 磨损率增大; 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料摩擦系数随着载荷增加先下降后上升, 而磨损率则随着载荷增加而增大; 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺的主要磨损机制在较低载荷时为磨粒磨损, 在较高载荷时为粘着磨损和磨粒磨损。     

空心微珠-碳纤维共混改性聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能

通过模压成型制备了碳纤维与空心微珠共混改性的聚酰亚胺复合材料,采用MRH-3型摩擦磨损试验机研究了空心微珠含量、滑动速度及载荷对复合材料摩擦学性能的影响,并对其磨损形貌及机制进行了分析.结果表明:空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料摩擦学性能优于其单独填充的聚酰亚胺基复合材料;空心微珠含量对共混改性的复合材料摩擦系数影响不大,但其磨损率随着空心微珠含量的增加先减小后增大;15％空心微珠-10％碳纤维(质量分数)共混增强的复合材料的减摩耐磨性能最佳;随着滑动速度提高,空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料的摩擦系数下降,磨损率增大;空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料摩擦系数随着载荷增加先下降后上升,而磨损率则随着载荷增加而增大;空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺的主要磨损机制在较低载荷时为磨粒磨损,在较高载荷时为粘着磨损和磨粒磨损.     

3.5% NaCl溶液中Inconel 690合金微动腐蚀与磨损的交互作用特性

使用PLINT微动腐蚀试验机,位移幅值(D)为100~250μm,法向载荷(Fn)为20~80N,频率(f)为2 Hz,循环次数(N)为10 000次,在3.5%的NaCl溶液中进行了Inconel 690合金微动腐蚀试验。结果表明:微动腐蚀与磨损成正交互作用,腐蚀对磨损的促进量是交互作用量增加的主要部分;微动引起腐蚀电位负移,载荷和位移幅值增加均引起腐蚀电流及腐蚀速率增加;磨痕表面可观察到磨损与腐蚀共同作用及相互促进的形貌特征。Inconel 690合金在3.5%的NaCl溶液中的微动腐蚀机理主要是磨损腐蚀、剥层和磨粒磨损的递进及协同作用。     

激光熔覆MoNbTaVW难熔高熵合金涂层微动磨损性能

研究了采用激光熔覆技术制备的MoNbTaVW难熔高熵合金涂层在不同载荷(10N、20N、30N)、不同微动磨损幅值(50μm、150μm、250μm)、不同循环次数(5 000、10 000、15 000)下的微动磨损性能及微动磨损机制。结果表明:所制备的MoNbTaVW难熔高熵合金涂层由Fe₇Ta₃型HCP固溶体相、FCC固溶体相及(Fe,Ni)基体相组成,其中FCC相为未熔的高熵合金粉末。根据正交实验极差分析可知,微动磨损幅值对磨损体积的影响最大,微动磨损载荷对磨损体积的影响次之,微动磨损循环次数对磨损体积的影响最小,其中MoNbTaVW难熔高熵合金涂层在15 000次、20N、250μm微动磨损条件下的磨损体积达到最大值;微动磨损载荷对摩擦系数的影响最大,微动磨损幅值对摩擦系数的影响次之,微动磨损循环次数对摩擦系数的影响最小,其中MoN bTaVW难熔高熵合金涂层在10 000次、30 N、150μm微动磨损条件下的摩擦系数达到最大值。MoNbTaVW难熔高熵合金涂层的微动磨损机制主要为氧化磨损和黏着磨损,磨损产生的磨损碎片主要为Ta、...     

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。     

聚醚醚酮与髌骨软骨间的生物摩擦学特性

以聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)与天然软骨为研究对象,医用CoCrMo和天然软骨作为PEEK的对比材料,开展往复滑动摩擦磨损实验,研究法向载荷、滑移速率、摩擦配副对其摩擦磨损行为的影响。结果表明:在小牛血清润滑的条件下,天然股骨软骨/髌骨软骨的摩擦因数最小,PEEK/髌骨软骨摩擦因数明显低于CoCrMo/髌骨软骨,PEEK/髌骨软骨配副的软骨表面磨损轻微,CoCrMo/髌骨软骨配副的软骨表面损伤严重;PEEK/髌骨软骨配副间的摩擦因数随法向载荷的增大而减小,在低载荷条件下(10～20N)表现明显,且法向载荷越大,PEEK表面磨痕越深,摩擦副磨损越严重;PEEK/髌骨软骨配副间的摩擦因数随滑移速率的增大而增大,在高滑移动速率条件下(10～20mm/s)明显,且滑移速率越大,PEEK表面磨痕越深,摩擦副磨损越严重;相对于滑移速率,载荷对摩擦因数的影响更大。     

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)。     

碳纤维酚醛树脂基复合材料制备及摩擦磨损性能研究

以酚醛树脂为基体,碳纤维为增强纤维,石墨和聚醚醚酮(PEEK)为固体润滑剂,通过热压成型方法制备复合材料。通过多功能立式摩擦磨损试验机对复合材料进行摩擦磨损测试,扫描电子显微镜观察复合材料的磨损表面。结果表明,石墨的加入能够降低复合材料的摩擦系数和磨损率,当加入15%(wt,质量分数)石墨的复合材料的摩擦系数为0.1,磨损率为0.37×10~(-6)g/N·m。PEEK的加入能够增加复合材料的摩擦系数,降低复合材料的磨损率,当加入10%(wt,质量分数)PEEK的复合材料表现出最好的摩擦性能,摩擦系数为0.28,磨损率为0.92×10~(-6)g/N·m。     

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。     

TC21钛合金微动磨损特性的研究

采用SRV磨损试验机研究了TC21钛合金与0Cr13Ni8Mo2Al不锈钢配副件的微动磨损特性;用正交实验法设计实验,系统研究了微动频率、法向载荷、微动振幅对钛合金磨损量的影响,测试了不同实验条件下摩擦系数与循环次数的关系。结果表明:微动振幅对磨损量的影响高度显著,法向载荷的影响显著,微动频率有影响但不显著;在微动过程中摩擦系数呈现出阶段性变化,同时变化幅度随着微动频率的增加逐渐减小。TC21微动磨损发生的初期,其磨损机制主要以磨粒磨损为主,随着微动的进行剥落磨损和粘着磨损的作用逐渐明显。     

仿生多孔润滑耐磨CF/PTFE/PEEK复合材料的设计及其摩擦学性能

采用模压-滤取和高温真空熔渍工艺制备了自身发汗式润滑耐磨多孔CF/PTFE/PEEK复合材料。考察了造孔剂(NaCl)、PTFE的含量及炭纤维层间间距对多孔PEEK复合材料结构和摩擦学性能的影响。结果表明,当PTFE含量为20%(质量分数,下同)、NaCl为30%、炭纤维层间间距为0.4mm所得多孔CF/PTFE/PEEK复合材料摩擦因数和磨损率最低,200N下摩擦因数、磨损率分别为0.0192,3.47×10-16 m3/Nm,较经典CF/PEEK复合材料摩擦因数降低了9倍,耐磨性提高了25倍。原因在于复合材料中PTFE能形成连续的转移膜,降低了材料摩擦因数;NaCl形成的多孔结构能储存住一定润滑油脂,摩擦过程中在载荷和温度的作用下能形成稳定润滑油膜,明显降低了材料磨损量;炭纤维布起到支撑骨架作用,并协同PTFE,NaCl提高多孔PEEK复合材料摩擦磨损性能。     

石墨烯/聚酰亚胺复合材料的力学和摩擦学性能

采用氧化石墨烯还原法制备了石墨烯,通过溶液共混法制备了石墨烯增强聚酰亚胺复合材料;研究了石墨烯/聚酰亚胺复合材料的力学和摩擦学性能及摩擦学作用机制。结果表明,随着石墨烯含量增加,复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和硬度均呈先上升后下降的趋势,而冲击强度呈先升高而后降低,再升高的趋势。当添加1.0%(质量分数)的石墨烯时,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率达到最大值,分别比纯聚酰亚胺提高了149%和652%。石墨烯的加入显著降低了聚酰亚胺复合材料的摩擦系数和磨损率;随石墨烯含量增加,复合材料的磨损率先下降后上升,而摩擦系数先显著降低,尔后平缓减小。随载荷增加,复合材料的磨损率呈平缓下降的趋势;而随滑动速率增加,磨损率呈上升趋势。石墨烯增强的聚酰亚胺复合材料的磨损机理为粘着磨损。     

Ti6Al4V合金在血清溶液中的扭动微动腐蚀行为研究

在新型恒温扭动微动腐蚀实验装置上,通过改变角位移幅值,在恒温37℃的25%血清溶液中对Ti6Al4V合金的扭动微动腐蚀行为进行了研究。实验结果表明,角位移幅值对扭动微动的运行区域及腐蚀行为有重要的影响,摩擦扭矩-角位移幅值(T-θ)曲线分别呈直线型、椭圆型和平行四边形型,Ti6Al4V合金的扭动微动运行区分别呈现部分滑移区、混合区及滑移区等3个微动运行区。当角位移幅值较小时,扭动磨损发生在接触边缘,损伤轻微;扭动微动对腐蚀几乎不产生影响,腐蚀电流和腐蚀电位随时间的曲线波动不大;随着角位移幅值的增大,接触表面产生强烈的塑性变形,损伤严重。腐蚀电流和腐蚀电位随时间的变化曲线表明,扭动微动对腐蚀的影响较大,呈磨损加速腐蚀的特征。     

SiC颗粒增强PEEK树脂基复合材料的制备与性能EI

以纯PEEK粉,粒径为10μm的SiC粉为原料,在360℃热压制备了纯PEEK树脂和SiC体积比分别为10%,20%及30%的SiC/PEEK复合材料,并测试了材料的硬度、压缩性能、冲击性能以及摩擦磨损性能,用扫描电镜(SEM)观察了复合材料的断口以及磨损表面.实验结果表明:随着SiC添加量的增加复合材料的相对密度和硬度同时下降;SiC/PEEK复合材料的强度以及韧度随着SiC颗粒添加量的增加逐渐提高,当SiC达到某一含量时可以获得最佳的综合力学性能,此后随着SiC含量的进一步增多,复合材料的脆性增大,强度急剧下降;SiC/PEEK复合材料的摩擦系数随SiC的添加先增大后减小,磨损率逐渐变大,磨损机制由粘着磨损转向粘着磨损与犁削磨损共存最后变成全部的犁削磨损.     

SiC颗粒增强PEEK树脂基复合材料的制备与性能

以纯PEEK粉,粒径为10μm的SiC粉为原料,在360℃热压制备了纯PEEK树脂和SiC体积比分别为10%,20%及30%的SiC/PEEK复合材料,并测试了材料的硬度、压缩性能、冲击性能以及摩擦磨损性能,用扫描电镜(SEM)观察了复合材料的断口以及磨损表面.实验结果表明:随着SiC添加量的增加复合材料的相对密度和硬度同时下降;SiC/PEEK复合材料的强度以及韧度随着SiC颗粒添加量的增加逐渐提高,当SiC达到某一含量时可以获得最佳的综合力学性能,此后随着SiC含量的进一步增多,复合材料的脆性增大,强度急剧下降;SiC/PEEK复合材料的摩擦系数随SiC的添加先增大后减小,磨损率逐渐变大,磨损机制由粘着磨损转向粘着磨损与犁削磨损共存最后变成全部的犁削磨损.