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。     

不同摩擦层对TC11合金干滑动摩擦磨损行为的影响

通过在TC11合金/GCr15钢摩擦界面上添加各种纳米材料而形成不同摩擦层,研究其对TC11合金磨损行为的影响,并与未添加纳米材料时进行对比。采用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等微观分析手段对磨面物相、形貌和成分进行了分析,并探讨了各摩擦层的作用机制。结果表明:只添加Fe_2O_3纳米颗粒时形成的单层摩擦层在二次磨损中不能起到保护作用,与TC11合金自身一样具有较差的耐磨性。添加MoS_2与Fe_2O_3机械混合材料时,在磨面形成机械混合摩擦层,添加多层石墨烯(MLG)/Fe_2O_3复合材料、MLG与Fe_2O_3机械混合材料时,形成双层摩擦层,但两种双层摩擦层在结构上存在差异性。这些摩擦层均能在一定程度上起到保护作用,使得TC11合金的耐磨性得以提高。特别地,添加MLG与Fe_2O_3机械混合材料形成的上、下层基本为MLG、Fe_2O_3的双层摩擦层,因其分别具有优良的润滑性能与良好的承载能力,能最高效地改善TC11合金的耐磨性。     

多层石墨烯和Fe_2O_3纳米颗粒对TC11合金磨损行为的影响

通过在TC11合金摩擦界面添加机械混合的多层石墨烯和Fe_2O_3纳米颗粒,研究其对TC11合金磨损行为的影响,并与未添加及只添加多层石墨烯或Fe_2O_3纳米颗粒时进行对比。利用XRD、SEM和EDS等微观分析手段对磨损表面的物相、形貌和成分进行检测分析,并探讨摩擦层的形成过程及纳米材料的作用。结果表明:添加多层石墨烯或Fe_2O_3纳米颗粒时形成的摩擦层不能稳定存在,无法改善TC11合金较差的耐磨性。而添加机械混合的多层石墨烯和Fe_2O_3纳米颗粒时,在磨面形成同时具有良好润滑性和优异承载能力的双层摩擦层,能有效地阻止金属间相互接触,对基体起到保护作用,使得TC11合金的磨损量显著下降。