碳纳米管掺杂Fe3Al基复合摩阻材料的摩擦磨损特性研究

采用冷压烧结法制备了CNTs-Fe3Al基复合摩阻材料。经添加0.5%~5%CNTs、1%~5%Al2O3,研究了掺杂物含量及摩擦载荷对摩阻材料摩擦磨损性能的影响,并采用SEM对材料初始表面形貌及磨损形貌进行了观测。结果表明,随着CNTs及Al2O3含量的逐渐增加,磨损方式将由磨粒磨损向疲劳磨损转变。添加CNTs时,摩擦系数先降低后升高再降低;添加Al2O3时,摩擦系数不断升高。加入0.5%CNTs、3%Al2O3可制备平均摩擦系数0.7,硬度295.8HV的摩阻材料。     

Ti_3SiC_2-Ag复合材料与不同摩擦配副的摩擦磨损性能

采用放电等离子烧结技术制备了Ti3Si C2-Ag复合材料,研究了其在室温下与Si3N4、Al2O3、Si C等摩擦配副对摩时的摩擦磨损性能,并与纯Ti3Si C2材料在相同摩擦配副条件下的摩擦磨损性能进行了对比。运用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪等对磨损表面的形貌组织和元素价态等进行了表征分析,并探讨了摩擦磨损机理。结果表明:摩擦配副材料的不同对Ti3Si C2-Ag复合材料的摩擦磨损行为有显著影响,Ti3Si C2-Ag复合材料与Si C和Si3N4对摩时,磨损率均较低,尽管存在晶粒拔出等机械磨损,但Ti O2和Si Ox等摩擦氧化膜的形成有效地抑制了晶粒拔出并起到了减摩作用;Ti3Si C2-Ag复合材料与Al2O3对摩时磨损率则较高,以脆性断裂、晶粒拔出为主的机械磨损是该摩擦副的主要磨损机制。Ti3Si C2材料与Si3N4和Al2O3对摩时,包含脆性断裂、晶粒拔出、脱落以及磨粒磨损在内的机械磨损是其主要的磨损机制;Ti3Si C2材料与Si C对摩时,磨损表面的塑性变形和氧化膜起到了抑制晶粒拔出的作用,使得Ti3Si C2的磨损率相对较低。     

半金属摩阻材料中铜纤维摩擦磨损行为的研究

用扫描电子显微镜(SME)和X-射线能谱分析法(EDX)对铜纤维增强的半金属摩阻材料与灰铸铁对偶滑摩后的摩擦表面进行了分析,研究了摩阻材料中铜纤维的摩擦磨损行为.结果表明,在摩擦磨损过程中,摩阻材料摩擦表面上铜的分布更加弥散化,并且铜纤维具有集铁作用,因而摩阻材料摩擦表面上形成了富铁贫铜表面工作层;铜能从摩阻材料摩擦表面转移到对偶摩擦表面,故对偶摩擦面上分布一定量铜,这是摩擦副具有稳定摩擦系数和良好耐磨性的关键因素;铜纤维取向对摩阻材料摩擦磨损行为有显着影响.     

多层石墨烯对钛合金摩擦学性能的影响EI北大核心CSCD

采用液相剥离法制备多层石墨烯(MLG)及MLG/Fe_(2)O_(3)复合纳米材料,将MLG,MLG/Fe_(2)O_(3)及MLG+Fe_(2)O_(3)直接添加至钛合金与钢的滑动界面上,通过干滑动摩擦磨损实验测试TC11合金的摩擦磨损行为。采用X射线衍射仪、激光拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、3D激光扫描显微镜及能谱仪对磨损表面及亚表面的结构、形貌、成分进行分析。结果表明:只添加MLG时,TC11合金磨损失重及摩擦因数的变化趋势与未添加时类似,但磨损更严重。磨面上只含金属Ti,呈现出黏着痕迹、塑性撕裂、犁沟等黏着、磨粒磨损特征,基体发生塑性变形。添加MLG/Fe_(2)O_(3)复合和MLG+Fe_(2)O_(3)机械混合纳米材料时,磨损失重及摩擦因数在一定滑动转数范围内始终保持极低值,处于0附近。磨面上留有MLG和Fe_(2)O_(3)等物相,摩擦层为双层结构,呈现出典型的黑色、灰色区域。转数增至25000转时,添加复合材料时形成的双层摩擦层消失,转变为严重磨损,而添加混合材料时形成的双层摩擦层仍稳定存在。单独的MLG不能改善钛合金的摩擦磨损性能,在含Fe_(2)O_(3)摩擦层基础上添加MLG,形成的双层摩擦层兼具润滑和承载功能,可显著提高钛合金的减摩性和抗磨性。机械混合添加剂诱导形成的双层摩擦层中,因MLG层多且相对含量较高,钛合金表现出更为优异的摩擦学性能。     

Mg合金基体表面碳增强Al-Si复合涂层摩擦学性能研究

利用等离子体喷涂技术在镁合金基体表面制备三种含有不同成分增强剂的Al Si复合涂层,并研究了增强剂对复合涂层微观结构和摩擦磨损行为的影响。结果表明,不同形态的碳材料的添加可以有效的改善涂层的摩擦学性能。多壁碳纳米管(CNT)的添加效果要明显优于片状石墨,仅0.5%的CNTs就使得Al Si复合涂层的摩擦系数明显降低,耐磨性提高60%。Al Si复合涂层的摩擦系数主要取决于材料的减摩性能,而耐磨性能受材料的减摩性和硬度的共同影响,其中减摩性占主导地位。     

包埋法制备Zn-Ni渗层的结构及摩擦学行为研究

为了改善45钢表面摩擦磨损性能,采用粉末包埋法,在45钢表面制备出Zn-Ni渗层.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪研究了Zn-Ni渗层的厚度、显微形貌、物相组成和元素分布,采用显微维氏硬度计测定渗层的硬度,并通过多功能材料表面性能测试仪测试渗层与3种不同对摩球GCr15、Al2O3、Si3N4之间在不同正压力下的摩擦磨损性能.结果 表明:Zn-Ni渗层的厚度约为98 μm;渗层物相组成主要为FeZn10.98和FeZn8.87;Zn-Ni渗层截面硬度范围为358～615 HV0.98N;Zn-Ni渗层在往复摩擦试验中,与GCr15对摩球进行往复摩擦时主要是黏着磨损和磨粒磨损,与Al2O3对摩球进行往复摩擦时主要是磨粒磨损,与Si3N4对摩球进行往复摩擦时主要是摩擦化学过程.     

Al_2O_3颗粒镀铜对铜基粉末冶金摩擦材料Al_2O_3-Fe-Sn-C/Cu摩擦磨损性能的影响

通过对陶瓷摩擦组元的表面进行化学镀铜来改善铜基粉末冶金摩擦材料中陶瓷相与基体间的结合效果,从而提高材料摩擦磨损性能。分别采用镀铜Al2O3颗粒和未镀铜Al2O3颗粒与铜粉和铁粉等经混合、压制、加压烧结制备Al2O3-Fe-Sn-C/Cu摩擦磨损试样。测试并分析了摩擦材料的微观结构、力学性能及摩擦磨损性能。结果表明:摩擦组元镀铜可使硬质颗粒与铜基体结合紧密;摩擦材料的布氏硬度增加了12%,弹性模量提高了约7%,摩擦系数提高了5%~10%,线磨损量降低了20%~50%;表面镀铜后的Al2O3颗粒不易脱落,摩擦系数稳定性提高了13%~23%。研究结果表明,摩擦组元表面镀铜可提高材料的综合性能。     

高速电弧喷涂Fe-Al/WC复合涂层的高温摩擦磨损特性

采用滑动磨损试验方法研究在室温至650℃温度下高速电弧喷涂Fe—A1／WC金属间化合物复合涂层与Si3N4陶瓷球配副时的摩擦磨损特性，并探讨复合涂层的高温摩擦磨损机理。结果表明，随着试验温度的升高，Fe—Al／WC复合涂层的摩擦系数降低，而磨损率仍保持在较低的水平。高温下复合涂层滑动摩擦系数降低的主要原因是由于磨损面发生摩擦氧化反应而形成的起到固体润滑的作用氧化物保护层。剥层磨损是Fe—Al／WC复合涂层高温磨损的主要机理。涂层中Fe3Al和FeAl金属间化合物相较高的高温强度和硬度，能有效地阻碍裂纹的产生、扩展及扁平颗粒的断裂，从而使复合涂层表现出优异的高温耐磨性。650℃时Fe—Al／WC复合涂层的磨损率有所提高，这可能与高温下涂层表面WC颗粒的氧化和脱碳分解有关。     

树脂基纤维增强摩阻材料研究进展

综述了国内外目前树脂基纤维增强摩阻材料的研究进展,主要介绍了树脂基摩阻材料的摩擦学特性及摩擦磨损机理;树脂基体的改性研究成果,归纳了填料种类对摩阻材料摩擦学特性的影响.对常用的增强纤维性能作了对比,尤其是对天然植物剑麻纤维及其增强材料特性作了总结.笔者首次研究了剑麻纤维增强汽车刹车片,认为将剑麻纤维应用于摩阻材料将会是一个新的研究热点.     

多层石墨烯/纳米Fe_2O_3复合材料对TC11合金干滑动磨损行为的影响

钛合金综合性能优异,被广泛应用于航空航天、化工等领域,但是其耐磨性较差,又严重阻碍了它更广泛的应用。在TC11合金/GCr15钢摩擦界面添加多层石墨烯(MLG)/纳米Fe_2O_3复合材料,采用MPX-2000型摩擦磨损试验机研究了其对TC11合金磨损行为的影响,并与未添加及只添加MLG或纳米Fe_2O_3时的状况进行了对比;采用XRD,SEM,EDS等分析技术对磨损表面物相、形貌和成分进行了系统分析,并探讨了各添加物的作用机制。结果表明:在TC11合金表面添加MLG形成的摩擦层不能稳定存在,无法提高其耐磨性;添加纳米Fe_2O_3仅能在低载荷下形成稳定的摩擦层,高载荷时逐渐被破坏;添加MLG/纳米Fe_2O_3复合材料,在磨损表面形成了双层摩擦层,能起到保护基体的作用,使之磨损量显著下降,原因是MLG的润滑性与纳米Fe_2O_3承载性的协同作用。     

Al2O3纳米粒子增强锌铝基耐蚀涂层的制备及性能研究

为解决锌铝基耐蚀涂层在高速、强摩擦等特殊服役条件下的使用问题,将Al2O3纳米粒子添加到锌铝基耐蚀涂层中进行改性,以提高涂层的硬度和耐蚀性.研究了Al2O3纳米粒子及其添加量对涂层硬度、摩擦系数、附着强度、耐冲击性能和耐腐蚀性能的影响,并对涂层的微观组织和成分进行了分析.结果表明,添加Al2O3纳米粒子可显著提高锌铝基耐蚀涂层的硬度和耐蚀性能,降低摩擦系数,且对涂层的附着强度和耐冲击性能无负面影响.Al2O3纳米粒子在涂层中的均匀分散是获得涂层优异综合性能的必要条件.     

粉煤灰增强树脂基摩擦材料磨屑形貌及成分分析

通过干法热压工艺制备了粉煤灰增强树脂基摩擦材料,利用D-MS型定速式摩擦试验机测其在不同温度下的摩擦磨损性能,并收集磨屑。借助扫描电子显微镜观察、分析样品摩擦后的表面和磨屑形貌,研究了摩擦材料磨损的内在机制,并借助X射线衍射仪、X射线能谱仪、红外光谱仪进行综合表征。结果表明,添加粉煤灰的树脂基摩擦材料摩擦表面形成连续、稳定的摩擦膜,能够有效改善树脂基摩擦材料的摩擦磨损性能。对磨屑的分析实验证明摩擦膜的产生与粉煤灰中SiO2和Al2O3有关。     

缸套/活塞摩擦副激光束织构处理镀层的组织及摩擦学性能分析

为提高发动机用缸套/活塞摩擦副的润滑磨损性能,对缸套/活塞摩擦副进行激光束织构处理,之后于含颗粒质MoS2和Al2O3的镍基镀液中在其表面制备镀层,利用MoS2和Al2O3的自润滑功能降低活摩擦副的摩擦作用力,采用扫描电镜、X射线衍射仪及磨损试验研究了镀层的微观组织、成分及摩擦学性能。结果表明:镀层内形成了致密组织结构,其厚度约为35μm;在颗粒质浓度为6 g/L时制得了硬度最大的镀层;随着颗粒质浓度不断上升,制得的镀层内也形成了更高含量的MoS2和Al2O3;在颗粒质浓度6 g/L时,镀层达到最大硬度,磨损率也明显减小;没有经过激光束织构处理的镀层磨损得很严重,划痕较为密集,犁沟也较深,而且犁沟之间存在一定的黏连;经过激光束织构处理所得镀层的划痕深度明显降低,基本看不到犁沟现象。     

纳米ZnO和SiO2共混填充UHMWPE复合材料的摩擦磨损行为

以纳米ZnO和纳米SiO2作为复合填料,通过热压成型工艺制备了纳米ZnO-SiO2复合填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料;采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了复合材料在干摩擦条件下与45#钢配副时的摩擦磨损行为;采用扫描电子显微镜观察了复合材料磨损表面形貌。结果表明,适量的纳米ZnO-SiO2作为复合填料可有效地改善UHMWPE的摩擦磨损性能,其中填充2%ZnO 2%SiO2的UHMWPE基复合材料改性效果最为明显。与纯UHMWPE材料相比,其磨损率下降了84.7%。纯UHMWPE的磨损机制主要表现为粘着磨损和疲劳磨损,而不同含量的无机纳米微粒共混填充UHMWPE基复合材料的磨损机制主要表现为不同程度的粘着磨损、犁沟效应和塑性变形特征。     

Fe3Al高温抗磨损腐蚀材料研究

“九五”期间本项目取得的主要科技成果可归结为: (1)在“八五”工作的基础上,通过系统的高温磨损腐蚀试验表明,Fe_3Al基合金具有其它的高温合金不能与之相比的优异的抗高温磨损腐蚀性能,并发现钨、钼和铌等元素对进一步改善Fe_3Al的高温抗腐蚀磨损性能具有显著的效果。在系统总结系列实验结果后,优化了合金的成分,形成了Fe_3Al基抗磨损腐蚀材料的最佳成分配方。 (2)形成了制备和加工Fe_3Al材料大型零件或毛坯件的成套工艺,包括铸造、电渣重熔、锻造和切削加工。其中最具创新性     

SiCp/Al复合材料-半金属刹车材料干摩擦磨损性能研究

采用无压浸渗法制备15%(体积分数,下同),25%,35%,45%,55%的SiC颗粒(45,63μm)增强的铝基复合材料(SiCp/Al).在M-200型环块式磨损试验机上研究了SiCp/Al复合材料、灰铸铁(HT250)分别与半金属刹车材料配副的干摩擦磨损性能.结果表明,颗粒体积分数对复合材料摩擦系数的影响显著,而颗粒尺寸对复合材料摩擦系数影响不大.当颗粒体积分数从15%上升到55%时,SiCp(45μm)/Al复合材料的摩擦系数从0.319升高到0.385,提高20.7%,SiCp(63μm)/Al复合材料的摩擦系数从0.303升高到0.359,提高18.5%,且SiCp/Al复合材料摩擦系数的稳定性优于铸铁.HT250-刹车材料摩擦副的磨损率为7.09×10-6cm3m-1,是55%SiCp(45μm)/Al-刹车材料摩擦副的2.2倍,是55%SiCp(63μm)/Al-刹车材料摩擦副的2.7倍,SiCp/Al-刹车材料摩擦副的耐磨性明显优于铸铁-刹车材料摩擦副. SiCp/Al-刹车材料摩擦副的磨损率随着颗粒尺寸的增加而降低.     

复合Al_2O_3-SiO_2纳米颗粒的摩擦学性能研究

以硅烷偶联剂为改性剂对复合Al2O3-SiO2纳米颗粒进行原位改性,实现其在润滑油中均匀稳定的单分散。将改性后的复合Al2O3-SiO2纳米颗粒分别按质量分数为0、0.05%、0.1%、0.5%、1.0%的量加入到润滑油中制成试样,进行四球试验和止推圈试验。对摩擦实验中的摩擦系数、磨斑直径、磨损量、摩擦副表面形貌进行分析。结果表明:当复合Al2O3-SiO2纳米颗粒添加质量分数为0.5%时,摩擦系数和磨斑直径最小,止推圈的磨损量出现负磨损,摩擦表面的磨痕明显的变浅、变窄。说明摩擦过程中,复合Al2O3-SiO2纳米颗粒沉积在摩擦副表面,形成一层保护膜有效的保护了摩擦表面,抗磨减摩作用显著。     

氧化铝纤维含量对陶瓷基摩擦材料性能的影响

以工业废渣粉煤灰作为主要陶瓷组分,氧化铝纤维为增强相,采用冷压成型-热压固化两步法制备了氧化铝纤维增强陶瓷基摩擦材料,通过定速式摩擦磨损试验机研究了氧化铝纤维含量对陶瓷基摩擦材料性能的影响规律,并借助SEM观察磨损后样品的表面形貌,揭示了其摩擦磨损机理。结果表明:随着氧化铝纤维含量的增加,陶瓷基摩擦材料的孔隙率与密度不断增加,而硬度则先降低后上升然后再略降低;摩擦系数随氧化铝纤维含量的增加呈现出先降低后上升的趋势,当氧化铝纤维含量为25%时,样品的摩擦系数稳定在0.60左右;添加氧化铝纤维促进了陶瓷基摩擦材料的磨损,且随其含量增加,磨损率总体上呈增大趋势;未添加氧化铝纤维的陶瓷基摩擦材料磨损形式主要为磨粒磨损和接触疲劳磨损,而添加25%氧化铝纤维的陶瓷基摩擦材料磨损形式以磨粒磨损、粘着磨损和纤维的脆性断裂为主。     

石墨烯/纳米Al2O3增韧Ti(C,N)基金属陶瓷的力学及摩擦磨损性能

采用真空热压烧结工艺制备了石墨烯(GNPs)和纳米Al₂O₃增韧的Ti(C,N)基金属陶瓷复合刀具材料(TAG)。研究了GNPs和纳米Al₂O₃对复合陶瓷材料微观结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响。研究表明,GNPs和纳米Al₂O₃的添加对复合陶瓷材料的力学性能有明显的提高,当GNPs和纳米Al₂O₃含量(质量分数)为1%和5%时,复合刀具陶瓷材料(TA5G1)综合力学性能最优,其硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为21.50 GPa、810.80 MPa和10.51 MPa·m^1/2。研究了复合刀具材料的摩擦磨损性能和磨损机理,研究结果表明,在TAG复合刀具材料中,TA5G1的摩擦磨损性能最优,其摩擦系数和磨损率分别为0.338和4.921×10^-6 mm³/(N·m),复合刀具材料的主要磨损形式为磨粒磨损和黏着磨损。     

等温淬火球墨铸铁滚动磨损与损伤性能

利用不同热处理方式和球化工艺,获得两种显微组织和不同硬度的等温淬火球墨铸铁(Austempered Ductile Iron,ADI)材料,利用MMS-2A微机控制摩擦磨损试验机对比研究了两种等温淬火球墨铸铁材料、车轮材料与U71Mn钢轨匹配时的滚动磨损与损伤性能。结果表明:ADI材料与U71Mn钢轨匹配时的摩擦因数明显小于车轮材料;由于ADI材料具有自润滑效果导致其磨损率明显小于车轮材料,ADI材料的自润滑性能也降低了对摩副U71Mn钢轨的磨损率,其中含有较大球状石墨和较少残余奥氏体的ADI2材料和对摩副U71Mn钢轨的磨损率最小;ADI材料的磨损机制主要表现为轻微疲劳磨损,对摩副U71Mn钢轨的磨损机制主要表现为黏着和轻微疲劳磨损,而轮轨材料匹配时的塑性流动层显著,损伤以表面疲劳裂纹和剥层损伤为主。