不同纤维增强和不同固体润滑剂改性PTFE复合材料的摩擦磨损性能

以碳纤维或玻璃纤维为增强纤维,二硫化钼(MoS_2)或石墨为固体润滑剂,制备了不同配方的聚四氟乙烯(PTFE)复合材料;在干摩擦和油润滑条件下对复合材料进行了摩擦磨损试验,观察了其磨损形貌,并分析了不同增强纤维和固体润滑剂对复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明:在干摩擦条件下,当固体润滑剂相同时,与玻璃纤维增强的相比,碳纤维增强PTFE复合材料的磨痕宽度更小、摩擦因数更大,而当增强纤维相同时,MoS_2改性PTFE复合材料的磨痕宽度比石墨改性的小,摩擦因数比石墨改性的大;在油润滑条件下,当固体润滑剂相同时,碳纤维增强PTFE复合材料的磨痕宽度比玻璃纤维增强的小,摩擦因数比玻璃纤维增强的大,当增强纤维相同时,MoS_2改性PTFE复合材料的磨痕宽度比石墨改性的略低,摩擦因数比石墨改性的大。     

润滑条件对黄豆/不锈钢摩擦副摩擦学行为的影响

食品机械加工中的摩擦磨损直接影响着食品安全问题。选用黄豆与316L不锈钢进行配副,采用滑动摩擦磨损试验机,研究干摩擦和水润滑条件对其摩擦学性能的影响。利用光学显微镜、光学三维形貌仪和红外光谱仪对试样的表面形貌、粗糙度和磨损表面成分进行了分析。结果表明：干摩擦条件下,黄豆/316L不锈钢摩擦副的平均摩擦因数波动较小,约为0.24,水润滑条件下其平均摩擦因数达到干摩擦条件下的4.4倍左右,且在摩擦过程中存在反复波动;与干摩擦相比,水润滑条件下不锈钢试样表面的磨痕宽度提高约10%,而黄豆试样表面的磨痕宽度的增加幅度约高达160%;水润滑摩擦过程中不锈钢磨痕表面产生更多黄豆分解的有机物,其磨痕表面的犁沟数量和深度均显著减少,黄豆试样磨痕表面基本没有犁沟;干摩擦条件下黄豆/不锈钢的磨损机制以磨粒磨损为主,而水润滑条件下,黏着磨损显著增加。     

AlNiZr非晶纳米晶复合涂层的腐蚀磨损行为研究

为提高海洋极端环境下钢结构材料的耐腐蚀磨损性能,采用高速电弧喷涂技术制备了一种AlNiZr非晶纳米晶复合涂层,并研究了该涂层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的腐蚀磨损行为。结果发现,AlNiZr涂层组织较为均匀,致密性较好,相结构由非晶、纳米晶及晶化相共同组成,涂层非晶体积分数约为64.93%,平均显微硬度值为363HV0.1,与45钢基体之间的平均结合强度约为30.8 MPa;在干摩擦条件下其平均摩擦因数约为0.125,磨损体积约为0.134 mm3,磨痕宽度约为882.4 μm,磨损失效机制以氧化磨损和脆性剥层磨损为主,并伴有轻微磨粒磨损;在腐蚀介质条件下,由于受到腐蚀介质的润滑减摩作用,导致涂层的平均摩擦因数、磨损体积、磨痕宽度均有明显减小,其平均摩擦因数约为0.058,磨损体积约为0.02216 mm3,磨痕宽度约为314 μm,腐蚀磨损失效机制主要表现为剥层磨损形式,同时磨损起主导作用、腐蚀次之。与纯铝涂层相比,AlNiZr涂层表现出优异的耐腐蚀磨损性能。     

碳纤维增强PTFE复合材料与不同铝合金配副的摩擦磨损性能

将碳纤维增强聚四氟乙烯(PTFE)复合材料分别与4032铝合金和阳极氧化4032铝合金组成摩擦副,在干摩擦和油润滑条件下进行摩擦磨损试验,对摩擦因数、磨痕宽度及磨损形貌进行了研究。结果表明:在干摩擦条件下,复合材料与铝合金配副时,产生了严重的磨粒磨损,复合材料的磨痕宽度较大;复合材料与阳极氧化铝合金配副时,磨损机理主要为黏着磨损,并伴随着轻微的磨粒磨损,复合材料的耐磨性能有所改善;在油润滑条件下,随着碳纤维含量增加,复合材料在与铝合金和阳极氧化铝合金配副时的磨痕宽度均下降,磨损过程未出现磨粒磨损。     

干摩擦下速度与载荷对AISI 1045钢磨损行为的影响

为探讨AISI 1045钢的切削、磨削加工过程中材料的磨损机制随加工参数的变化规律,采用CFT-1型多功能材料表面综合性能测试仪对AISI 1045钢进行干摩擦磨损实验,研究干摩擦条件下不同摩擦速度、不同载荷对AISI1045钢磨损行为的影响,并用扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)对磨痕表面进行分析。结果表明:随着摩擦速度增大,AISI 1045钢的摩擦因数显著减小,磨痕深度先增加后减少,磨损机制由黏着磨损、磨粒磨损与轻微氧化磨损共同作用转变为氧化磨损、磨粒磨损和局部疲劳剥落;随着载荷增大,摩擦因数均值变化不大,磨痕深度依次增加,磨损机制由轻微黏着磨损和磨粒磨损转变为黏着磨损、磨粒磨损和轻微氧化磨损的共同作用。     

聚丙烯、炭黑和碳纤维共混填充超高分子量聚乙烯复合材料的力学和摩擦磨损性能

采用模压成型的方式制备超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,通过AG-1型电子万能实验机和MM-200型摩擦磨损试验机分别研究填料对复合材料力学性能和摩擦磨损性能的影响,采用光学显微镜分析复合材料磨损表面的形貌。结果表明:聚丙烯(PP)和无机填料炭黑(CB)或CB与碳纤维(CF)混杂填料的加入使UHMWPE复合材料的拉伸强度降低,弯曲模量和硬度增加,其中UHMWPE/PP/CB/CF复合材料的弯曲模量和硬度增幅大于UHM-WPE/PP/CB复合材料。填料的加入可改善UHMWPE复合材料的摩擦磨损性能,当填料的质量分数为5%时,UHMWPE复合材料的摩擦磨损性能最好,且UHMWPE/PP/CB/CF复合材料的耐磨性能优于UHMWPE/PP/CB复合材料。与UHM-WPE相比,UHMWPE/PP/CB/CF复合材料的摩擦因数和磨痕宽度分别下降了10%和44%,UHMWPE/PP/CB复合材料则分别下降了12%和42%。光学显微镜观察表明填料的加入大大改善了UHMWPE的磨粒磨损,复合材料表面以较浅的犁沟磨损为主要特征。     

纳米锌填充超高分子量聚乙烯复合材料微动摩擦磨损性能

利用热压烧结法制备不同含量纳米锌填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,采用微动摩擦磨损试验机研究干摩擦条件下纳米锌含量对复合材料微动摩擦磨损性能的影响。利用场发射扫描电子显微对复合材料断面进行分析,采用扫描电子显微镜对材料磨损表面及钢球进行表征,探讨复合材料的磨损机制。研究结果表明:随着纳米Zn含量的增加,复合材料的摩擦因数和磨损率均表现为先降低后升高;当纳米Zn质量分数为1%时复合材料具有最低的摩擦因数和磨损率,且对偶钢球表面形成连续的转移膜;复合材料的磨损机制主要为黏着磨损和磨粒磨损。添加锌纳米颗粒,可以提高UHMWPE复合材料的微动摩擦磨损性能,当纳米锌质量分数为1%时,复合材料具有最低的摩擦因数和最优的耐磨损性能。     

TC4合金微动磨损过渡区摩擦行为

为研究TC4合金微动磨损过渡区摩擦行为特点,采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机,对球/平面接触的GCr15钢球/合金TC4摩擦副在100 N法向载荷下进行微动磨损试验,得到TC4合金微动磨损过渡区的范围,分析不同状态下摩擦因数演变及磨痕表面形貌特点,研究磨损机制的变化。结果表明:微动状态下,摩擦因数在磨合阶段波动剧烈,达到稳定磨损阶段后趋于稳定,且稳定状态下的摩擦因数随着位移幅值的增加而增加;往复滑动状态下,不同位移幅值下的摩擦因数曲线近乎重合且波动剧烈;微动磨损过渡区的摩擦因数变化处于2种状态的转变阶段。微动状态下,磨痕表面轮廓线粗糙,损伤轻微,磨损机制以黏着磨损和疲劳剥层为主;往复滑动状态下,轮廓线更光滑且损伤严重,磨损机制以磨粒磨损及塑性变形为主;微动磨损过渡区轮廓线由粗糙变为光滑,磨损深度及宽度突增,磨损机制由黏着磨损转变为磨粒磨损。     

TiN、CrN的环境摩擦磨损对比研究

采用直流叠加脉冲偏压电弧离子镀技术在45钢表面沉积了TiN、CrN薄膜。用显微硬度计测试了薄膜的硬度,用划痕仪测量了薄膜的膜基结合力,用球-盘式摩擦磨损试验机评价了不同介质条件下（干摩擦、水润滑、油润滑）TiN、CrN薄膜的摩擦学特性,用表面轮廓仪测试了薄膜磨痕处的磨损轮廓,用扫描电镜（SEM）观察了薄膜磨痕形貌。结果表明,相对于干摩擦条件下,在水润滑和油润滑条件下TiN和CrN薄膜的摩擦因数和磨痕深度都有所降低。在相同的介质条件下,CrN薄膜的摩擦因数和磨痕深度始终小于TiN薄膜。     

海水环境下2507超级双相不锈钢微动磨损性能研究

采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机研究在干摩擦和水溶液介质中微动振幅对2507超级双相不锈钢微动磨损行为的影响,利用三维轮廓仪和扫描电子显微镜分别对试样的磨痕深度、磨损体积和磨痕表面微观形貌进行表征分析。结果表明:在干摩擦下,随振幅增加微动运行区域发生了由部分滑移区向滑移区的转变,摩擦因数随振幅的增加先增大后趋于稳定,磨痕深度和磨损体积随振幅的增加而增大,磨损机制由局部氧化磨损、局部疲劳磨损转变为氧化磨损、黏着磨损和剥落磨损;水溶液中,海水中摩擦因数随振幅的波动较去离子水中的大,且海水中由于存在腐蚀与磨损交互作用,磨痕深度和磨损体积也都比去离子水中的略大,磨损机制主要是轻微氧化磨损、磨粒磨损伴随疲劳磨损。     

高温下轴向柱塞泵滑靴副干滑动摩擦磨损性能*

采用Rtec摩擦磨损试验机模拟不同温度、载荷和转速等工况,研究轴向柱塞泵滑靴副在高温下干滑动的摩擦学规律。通过试验测得的摩擦因数、磨损体积和借助白光干涉三维表面轮廓仪所测得的表面形貌以及磨痕截面曲线,分析其润滑行为及摩擦磨损规律。结果表明：高温下滑靴副的摩擦因数随温度和转速的增大逐渐减小,随载荷的增大而增大;磨损体积随温度的升高先增大后减小,随载荷的增大逐渐增大,随转速的增大先减小后增大;温度和载荷对高温下磨痕的深度影响显著,转速对磨痕的深度和宽度都有影响。研究表明：在高温条件下,在温度为300 ℃、载荷为50 N、转速为75 r/min工况下滑靴副的减摩抗磨效果最好。     

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。     

不同介质下CrN_X薄膜的摩擦学特性研究

采用电弧离子镀技术在45#钢衬底表面沉积了CrNX薄膜.用显微硬度计测试了薄膜的硬度,用X射线衍射仪分析了薄膜的相结构,用球-盘式摩擦磨损试验机评价了在不同介质条件下(干摩擦、水润滑、油润滑)CrNX薄膜的摩擦学性能,用表面轮廓仪测试了磨痕处的磨痕轮廓,用扫描电镜(SEM)观察了薄膜磨痕形貌.结果表明,相对于干摩擦,水润滑和油润滑条件下,CrNX薄膜的摩擦因数和磨痕深度都有明显降低的趋势.干摩擦条件下薄膜主要表现为磨粒磨损;水润滑条件下,主要表现为腐蚀磨损;油润滑条件下由于油膜在两摩擦表面的吸附,薄膜几乎无磨损.     

低含量磷片石墨填充改性PTFE复合材料的摩擦磨损性能

为了改善聚四氟乙烯高磨耗的缺点,通过冷压烧结成型工艺制备4种低含量鳞片石墨填充改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,探究其在较高载荷(0.8 MPa)及不同转速下的摩擦磨损情况。采用三维视频显微镜观察样品的表面磨痕深度,借助扫描电镜观察摩擦表面形貌并分析磨损机制。结果表明:在较高载荷下石墨填充PTFE复合材料的摩擦因数和体积磨损率都较纯PTFE有一定程度的降低;且当石墨填充质量分数为5%时,复合材料的摩擦因数和体积磨损率降到最低,在载荷为0.8 MPa、转速为80 r/min时较纯PTFE分别降低了19.7%和84.25%;在较高载荷下,随着石墨含量的增大,复合材料的磨损机制逐渐由犁耕磨损向黏着磨损转变,且当石墨质量分数为10%时,出现轻微的疲劳磨损。     

不同介质下ER8车轮钢滑动摩擦磨损性能

为探讨车轮在不同环境下服役时摩擦因数的变化机制，通过滑动摩擦试验机考察不同载荷下，ER8车轮钢分别在干燥空气、纯水、3.5%氯化钠溶液3种环境下的摩擦磨损性能。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、非接触三维表面轮廓仪、X射线衍射仪对磨痕及元素组成进行了分析，探讨不同环境下ER8车轮钢的摩擦磨损机制。结果表明：随着载荷的增大，ER8车轮钢的摩擦因数明显增大；列车的服役环境对车轮的摩擦磨损性能有较大影响，在干燥空气环境下，ER8车轮钢无腐蚀状况，磨痕宽度最小，但摩擦因数最大，可达0.503;在盐水环境下，ER8车轮钢出现腐蚀现象，磨痕宽度最大，但摩擦因数最小；干摩擦下ER8车轮钢的磨损机制为黏着磨损、磨粒磨损和氧化磨损，纯水摩擦和3.5%NaCl溶液环境下的磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。     

SLM成形表面织构对TC4钛合金干摩擦磨损性能的影响

基于一步法思路,采用金属3D打印机基于激光选区熔化（SLM）技术制备表面带有凹坑织构的TC4钛合金试样,采用光学相机、超景深显微镜和扫描电镜观察织构成形情况,利用激光共聚焦位移测试仪和显微维氏硬度计分别测试表面粗糙度和表面硬度,在干摩擦条件下采用摩擦磨损试验仪考察不同载荷下织构密度对TC4钛合金试样摩擦学性能的影响,并使用扫描电镜对摩擦实验前后的表面形貌进行分析。研究结果表明：一步法SLM成形能够在TC4钛合金表面获得成形良好的直径500 μm的织构;随着织构密度的提高,钛合金试样表面粗糙度增大,表面硬度有所降低;干摩擦条件下,提高TC4钛合金试样织构密度有利于磨屑的收集从而减少试样的三体磨损,提高载荷有利于改善摩擦副接触状态;5 N载荷下40%织构密度试样的平均摩擦因数和磨痕宽度均最小,与无织构试样相比,平均摩擦因数和磨痕宽度分别降低12%和16%;40%织构密度下,载荷提高会引起摩擦因数的降低和磨损量增大,磨损表面犁沟和片状剥落增多。在干摩擦条件下,3D打印一步法制备的表面织构可以显著改善TC4钛合金的磨粒磨损和黏着磨损。     

表面纳米化纯钛的摩擦磨损性能

利用阳极氧化法在钛表面制备具有不同管径的TiO2纳米管层,分别在大气及润滑液环境里,以球/平面接触方式,在PLINT高精度液压伺服式微动磨损试验机上,对经阳极氧化处理的纯钛(对磨偶件为12mmGCr15钢球)在40N的法向载荷下进行微动磨损试验,对试样表面形貌和显微硬度进行分析,采用轮廓仪、扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪对磨斑进行分析。结果表明:润滑时,试样的摩擦因数和磨损深度均小于干摩擦时;大管径试样在润滑下的摩擦因数最低,磨损程度也最小,当管径增至一定值(如100nm)时磨损趋缓;干摩擦下,钛表面纳米管的存在降低了摩擦因数,减小了磨损,但纳米管径大小对其磨损过程没有明显影响;纳米管层的磨损的机制为磨粒磨损、疲劳磨损、黏着磨损及氧化磨损。     

UHMWPE基复合材料在干摩擦和油田污水条件下的摩擦磨损性能

采用模压烧结法制备了超高分子量聚乙烯(UnMWPE)/聚苯酯(Ekonol)复合材料;采用45#钢为摩擦对偶件的往复滑动式摩擦磨损试验机,在室温下测试了Ekonol含量对UHMWPE在干摩擦和油田污水条件下的摩擦磨损性能影响,实验条件为:接触压力7.5 kN、滑动速度1.8 m/min、时间3 h;采用扫描电子显微镜观察复合材料磨损表面形貌并分析了磨损机制.结果表明:填充加%Ekonol可以显著改善UHMWPE的摩擦磨损性能.与干摩擦条件相比,在油田污水条件下,UHMWPE基复合材料摩擦因数提高不明显,但磨损率明显增大;在干摩擦条件下,纯UHMWPE的磨损机制主要为粘着和犁沟效应,UHMWPE/Ekonol复合材料的磨损机制为粘着和疲劳,而在油田污水条件下UHMWPE/Ekonol复合材料的磨损机制主要为磨粒磨损和疲劳.     

纳米SiO_2、玻璃微珠共混改性UHMWPE复合材料空蚀性能研究

通过模压成型工艺制备纳米SiO2、玻璃微珠颗粒共混改性UHMWPE复合材料,采用MRH-5A型环块磨损试验机研究载荷以及玻璃微珠含量对UHMWPE复合材料摩擦磨损性能的影响,利用转盘式空蚀磨损试验装置对复合材料进行空蚀磨损试验。结果表明,适量的纳米SiO2和玻璃微珠颗粒填充可以提高UHMWPE硬度,有效地改善UHMWPE的摩擦磨损性能和抗空蚀性能,质量分数10%纳米SiO2和2%玻璃微珠改性UHMWPE复合材料抗空蚀性能是纯UHM-WPE的3倍。     

不同工况下镍基自润滑材料的摩擦磨损性能

采用复压复烧工艺制备以Ni-Cu合金为基体的石墨自润滑复合材料,在Rtec高温摩擦磨损试验机上开展不同温度、载荷、介质环境条件下的摩擦磨损试验,利用三维形貌仪观察圆盘试样的磨损形貌并得出其材料的Archard磨损率。结果表明：随着载荷增大,摩擦因数略有减小,稳定性提高,磨损痕迹越来越明显;随着温度升高,摩擦因数先减小再增大,稳定性降低,磨损情况越来越严重;水介质环境下,摩擦因数变大,稳定性降低,磨痕宽度和深度明显变大;温度和介质环境对磨损率的影响更加明显,常温(25℃)水介质、高温(300℃)干摩擦、常温干摩擦工况下所得磨损率之比约为81∶37∶1。