铜表面纳尺度沟槽织构的摩擦学性能

目的 通过分子动力学（MD）模拟,揭示了纳尺度沟槽织构对单晶铜摩擦磨损的影响机理,为设计高耐磨超声电机（USM）定子材料提供理论指导方法 建立了金刚石-铜摩擦配副模型,首先研究了金刚石下压深度对铜基体摩擦学性能的影响,随后重点研究了铜表面沟槽织构的角度、深度、宽度对摩擦学性能的影响。通过提取摩擦过程中的摩擦因数、磨损原子数目、摩擦界面温度、体系能量、界面间相互作用力以及观察摩擦前后界面形貌变化,从原子尺度揭示沟槽织构对铜的减摩机理。结果 对于无织构铜表面,摩擦因数和磨损率等性能参数随着下压深度的增加而增加;有沟槽织构的铜表面,摩擦因数和磨损率相较于无沟槽织构有显著下降。在沟槽织构与摩擦方向成90°时,效果最佳,摩擦因数下降25%左右,磨损率下降50%。同时,摩擦因数和磨损率还随沟槽深度和宽度的增大而减小。其主要原因是：沟槽织构的引入,使得在金刚石和铜基体的摩擦过程中相互作用的原子数量明显减少,相互犁削和接触原子的数量也减少,从而导致摩擦因数、磨损率下降。结论 在铜表面进行沟槽织构化处理能够减少摩擦过程中的磨损,提高铜基体的耐磨性能。     

多组分协同改性聚酰亚胺复合材料的高温摩擦学性能

通过提高聚酰亚胺(PI)的耐热性和导热性,从而提高其高温摩擦学性能。首先选择笼形聚倍半硅氧烷(POSS)和SiO₂提升其耐高温性能,碳纳米管(CNTs)和Cu粉提升热导率。然后选择分子模拟和实验相结合的方法研究各组分对其性能的影响。结果表明,POSS和SiO₂能够提升PI的耐高温性能和杨氏模量,但降低了热导率和冲击强度。Cu提高了PI的耐高温性能和热导率,但降低了力学性能。低含量的CNTs改性效果良好,但高含量时表现不佳。随后根据单组分改性实验的结果设计了多组分复合改性PI复合材料。结果表明,改性配比为3wt%POSS、3wt%SiO₂、0.5wt%CNTs和3wt%Cu的复合材料综合性能最优,在高温下的摩擦性能表现最佳,200℃时的摩擦系数为0.65,比纯PI降低了27.8%;磨损率为5.11×10^-5 mm³/(N·m),降低了19.3%。