石墨表面金属包覆处理对Cu基粉末冶金摩擦材料制动摩擦学行为的影响

分别以铜包覆石墨和普通石墨作为润滑组元,采用放电等离子烧结技术制备了两种铜基粉末冶金摩擦材料. 在对两种材料进行微观组织、力学及物理性能检测和对比之后,利用MM1000-Ⅱ型惯性制动试验台测试了不同条件下两者的制动摩擦磨损性能,并通过对试验后两种材料的摩擦表面及其三维形貌特征、表面及近表层主要元素分布特点、磨屑特征和摩擦表面物相进行微观分析,研究了石墨表面金属包覆处理对制动条件下铜基粉末冶金摩擦材料摩擦学行为的影响,并结合热力学相关理论解释了引起两种材料制动摩擦学行为差异的原因. 结果表明:石墨表面经铜包覆处理后,会使烧结时石墨与Cu基体间的界面结合得到明显改善,且材料的硬度、致密度和导热系数也可显著提高. 随着制动速度的提高,两种材料的平均摩擦系数和磨损率均逐渐降低;在相同的制动条件下,采用铜包覆石墨作润滑剂时,材料的平均摩擦系数和磨损率均较低,同时材料摩擦表面的几何质量较好. 提高制动速度均能够促进两种材料表面形成摩擦膜,但分别采用铜包覆石墨和普通石墨作润滑组元时,材料表面摩擦膜的形成机制存在明显差异. 采用铜包覆石墨时,材料表面主要形成氧化膜,而采用普通石墨时,由于材料表面存在的较多石墨对氧化反应具有较强的抑制作用,而使得此时表面主要形成石墨膜,且其对材料表面的保护效果不及氧化膜.      

界面闪温对ZDDP反应膜生成特性的研究

二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)作为最常见的发动机润滑油添加剂,通常认为ZDDP摩擦膜在较高的宏观环境温度下产生,而忽视了局部区域的闪温变化对于膜生长的影响. 本文作者结合应力促进的热活化理论和润滑界面闪温计算模型,以球-盘滑滚摩擦试验研究为主,进行了界面闪温对ZDDP摩擦膜生成特性的分析. 在载荷和环境温度恒定的条件下,计算了不同界面滑滚比的闪温大小与分布,采用球-盘试验测得了常温下不同滑滚比的ZDDP润滑剂摩擦系数变化趋势,并与计算得到的闪温模型对照,得到闪温对ZDDP反应膜生长的影响规律;为了改善ZDDP薄膜导致的高摩擦,测试了硬脂酸钙与ZDDP的协同减摩效果. 结果表明:界面闪温的升高同样可以促进一定厚度的ZDDP摩擦膜生长;硬脂酸钙润滑剂与ZDDP共同生成的边界膜可以有效地降低ZDDP带来的高摩擦力,可以用于改善ZDDP摩擦膜的摩擦性能.      

Q235钢高能喷丸纳米化表面的摩擦磨损行为

利用球盘式试验机研究了高能喷丸、喷丸抛光及原始样品在干摩擦和油润滑条件下的摩擦磨损行为.结果表明:高能喷丸使Q235钢表面纳米化的同时在表面产生大量凹坑,干摩擦下高能喷丸及其抛光样品的磨损量均大于原始样品;由于表面凹坑的储油作用,在液体石蜡润滑下高能喷丸样品的磨损量小于原始样品,3种样品的摩擦系数均接近0.1;当液体石蜡中加入ZDDP后,由于纳米化表面的活性高,高能喷丸样品的耐磨性提高幅度更为显著,在35 N载荷下是原始样品的1.63倍,是喷丸抛光样品的1.26倍.     

激光表面织构对不同材料干摩擦特性的影响

采用环-块线接触摩擦磨损试验,研究了经激光处理后不同织构面密度的45钢和12Cr凹坑形织构试件的干摩擦磨损特性.借助高精度天平分析了试件磨损量,采用三维形貌仪和扫描电镜对试件表面形貌进行了分析.研究结果表明:激光表面织构化使得45钢试件表面形成可以改善摩擦性能的高硬度质点;在相同试验条件下,与无织构试件相比,45钢织构环试件磨损量明显降低,而12Cr织构环试件磨损量却有所升高;织构试件的磨损量在一定范围内随着织构面密度的增加而降低;激光织构化对摩擦系数的稳定值影响不大.     

含Cr铜基粉末冶金摩擦材料的磨损图研究

利用粉末冶金技术制备出铜基粉末冶金摩擦材料,研究在干摩擦条件下,制动能量和摩擦组元Cr含量变化对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能及磨损图的影响.根据线磨损量的变化,构建出以制动能量和摩擦组元Cr含量为变量的线磨损量图,主要包含三个区域:低磨损区、中磨损区和高磨损区,并建立出各区域边界转变方程;结合磨损表面、亚表面以及磨屑形貌的观察与分析,确定线磨损量图中各区域的主导磨损机理,由此建立出对应线磨损量图的磨损机理图,即犁削和轻微氧化磨损(低磨损区);严重氧化磨损和犁削(中磨损区);剥层磨损(高磨损区).希望该磨损图为含Cr铜基粉末冶金摩擦材料的实际应用提供一定的理论参考.     

蛇纹石粉体作为自修复添加剂的抗磨损机理

在润滑油中添加蛇纹石粉体,采用MM-200摩擦磨损试验机研究了45#钢-45#钢摩擦副摩擦磨损特性,借助SEM、EDAX及XPS分析不同润滑条件下45#钢环的表面形貌和成分.实验结果表明:添加剂的加入能够有效地降低摩擦副的磨损量;所形成保护层的主要组成元素为Fe,O,C,Mg和Si,说明添加剂直接参与了膜的形成,而膜的形成不是添加剂粉体简单地附着在摩擦副表面,而是在摩擦磨损过程中发生了一定的分解及物理化学反应,从而形成自修复膜层.     

O''-Sialon-BN复合材料的摩擦磨损性能研究

考察了 O - Sialon- BN复合材料 /普碳钢摩擦副在室温条件下的摩擦磨损性能 ,采用扫描电子显微镜观察分析复合材料试样的微结构和磨损表面形貌 ,并分析了其磨损机理 .结果表明 :室温干摩擦条件下 ,O - Sialon- BN复合材料 /普碳钢摩擦副的磨合期长达 2 0 min;经过磨合期后摩擦系数稳定在 0 .82左右 ;复合材料的主要磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损 .O - Sialon- BN复合材料具有较高的强度、硬度和断裂韧性 ,这是其具有良好抗磨性能的重要原因 .在摩擦过程中 ,O - Sialon- BN材料磨损表面形成的铁及其氧化物转移膜起一定的减摩抗磨作用 ,而 O - Sialon- BN复合材料中的 BN起一定的固体润滑作用     

二硅化钼自配副在干摩擦条件下的摩擦学性能研究

在 MM- 2 0 0型摩擦磨损试验机上考察了不同载荷下金属间化合物二硅化钼自配副的干摩擦磨损性能 ,采用扫描电子显微镜和微探针观察与分析了其磨损表面形貌 ,并对材料的摩擦磨损机制进行了探讨 .结果表明 :干摩擦条件下 Mo Si2 自配副在载荷为 5 0～ 10 0 N时具有较好的综合摩擦磨损性能 ,摩擦系数和磨损率分别维持在 0 .11和 6 .0×10 - 5g/ min;随着载荷的增大 ,Mo Si2 自配副的主要磨损机理从塑性变形和疲劳磨损转变为氧化磨损     

固-液复合润滑对轴承钢摩擦学性能的影响

为了提高GCr15钢的耐磨性和承载能力,采用低温离子渗硫技术在GCr15钢的表面制备了FeS固体润滑薄膜,在球-盘摩擦磨损试验机上对比研究了在基础油及2种含硫极压抗磨添加剂(ZDDP和SO)润滑条件下GCr15钢渗硫前后的摩擦学性能.利用SEM观察了磨损表面的形貌,利用XPS分析了磨损表面边界润滑膜化合物的价态及元素随深度的变化.研究表明:在摩擦过程中,表面的硫化层会阻碍润滑油中的添加剂与基体之间的作用,当添加剂与基体直接接触时其作用才能发挥.只有当硫化层破坏程度较小时,与添加剂的复合作用效果才较为明显.含硫添加剂与基体之间的反应可以补充硫化层因磨损失去的FeS,体现了显著的复合润滑效果.其中,高活性的硫烯比需要温度催化的ZDDP对硫化层的补充作用更明显.     

MoSx掺杂DLC薄膜的摩擦磨损行为Ⅱ:速度的影响

采用RF-PECVD与磁控溅射复合技术制备了MoSx掺杂的DLC(a-C:H:Mo:S)薄膜,并对其组成、表面形貌、纳米硬度及热稳定性进行了分析.在QG-700摩擦试验机上考察了其在不同滑动速度下的摩擦行为.通过对摩擦表面的光学显微观察、扫描电镜(SEM)观察及能谱(EDS)分析,简单探讨了其摩擦磨损机理.结果表明:随着速度的增加,a-C:H:Mo:S/Si3N4体系的摩擦系数先升高后降低,而磨损率则表现出相反的变化趋势.分析认为摩擦系数的升高与高湿度下薄膜表面的氧化反应有关,而降低则主要是由于石墨化所致.     

电化学聚合沉积膜的摩擦磨损性能研究

利用电化学聚合沉积法分别制备了聚吡咯和聚队甲基吡咯薄膜，并对其摩擦磨损性能进行了试验研究，结果表明，两种聚合物薄膜的摩擦学性能与其单体类型、电解质成分、化学状态和膜厚等均有密切关系：聚Ｎ－甲基吡咯薄膜的摩擦磨损性能比聚吡咯薄膜的好，而且波动性也比后者的小；膜厚较小时，氧化态的聚吡咯薄膜之摩擦性能比还原态的好，但其耐磨性却远比后者的差，而两者在膜厚较大时的摩擦磨损性能之优劣与膜厚较小时的恰好相反，研究发现，高聚物薄膜在膜厚较小时发生的是粘着磨损，而在膜厚较大时既有粘着磨损，也有疲劳磨损．     

SiCH油/TiN薄膜复合体系的摩擦学性能研究

本文中采用多弧离子镀TiN薄膜对钢基体进行表面改性与SiCH润滑油相结合的方式,研究了SiCH油/TiN薄膜复合体系的真空摩擦学性能,并分析了该复合润滑体系的摩擦磨损机理.研究表明:在SiCH油/TiN薄膜复合体系中,摩擦副对偶双方表面均采用TiN薄膜进行改性后,由于TiN薄膜具有良好的稳定性和耐磨性,与SiCH润滑油构成的复合润滑体系在长寿命摩擦试验中表现出良好的减摩抗磨性能,平均摩擦系数约0.07,在经过1.8×10~6r的摩擦试验后,尽管SiCH油中形成了微量的多甲基基团的硅碳化合物Si-[R-(CH_3)_3]_3并未影响其良好的润滑性能,表明SiCH油/TiN薄膜复合体系耐磨寿命高达1.8×10~6r以上.     

MoSx掺杂DLC薄膜的摩擦磨损行为Ⅰ:载荷的影响

采用射频等离子体增强化学气相沉积与非平衡磁控溅射复合技术制备了MoSx掺杂的DLC薄膜(a-C:H:Mo:S),在QG-700摩擦试验机上考察了其在不同载荷下的摩擦磨损行为.通过对摩擦表面的扫描电镜(SEM)观察及能谱(EDS)分析,简单探讨了其摩擦磨损机理.结果表明:随着载荷的增加,a-C:H:Mo:S/Si3N4体系的摩擦系数及磨损率均呈先降后升的趋势,在高速下尤为明显.初步分析认为该现象与摩擦热效应导致的接触层结构转化相关.     

润滑条件下金刚石薄膜及石墨／金刚石复合薄膜的摩擦学性能

利用SRV摩擦磨损试验机对比考察了液体石蜡润滑时硬质合金基体上金刚石薄膜和石墨 /金刚石复合薄膜的摩擦学性能 ,采用扫描电子显微镜对试样和磨痕表面形貌进行了观察分析 ,并进而探讨了磨损机理 .结果表明 ,在润滑条件下 ,石墨 /金刚石复合薄膜的摩擦系数和磨损体积损失均较金刚石薄膜的小 ,金刚石薄膜和石墨 /金刚石复合薄膜的主要磨损机理均为亚微断裂磨损 ,而石墨膜可以有效地减轻亚微断裂磨损     

类金刚石多层膜在不同环境下的摩擦磨损行为研究

采用等离子体辅助化学气相沉积法在单晶硅表面制备由硬／软亚层交替构成的类金刚石多层膜，通过调整工艺参数获得亚层厚度在25～1000nm之间的DLC多层膜，采用球-盘摩擦磨损试验机探讨了DLC多层膜在真空、氧气及干燥空气下的摩擦磨损行为．结果表明，在不同摩擦环境下，多层结构对DLC多层膜的摩擦系数影响较小，但对其磨损率影响较大．多层结构可以有效抑制DLC膜的磨损，特别是在氧气和干燥空气环境中，DLC多层膜的磨损率明显低于DLC单层膜．特定亚层厚度的DLC多层膜在不同摩擦环境中均具有稳定的耐磨性能，磨损率约在10^-8mm^3／Nm数量级．     

Cr掺杂对GLC薄膜结构及其摩擦学性能的影响

采用磁控溅射方法制备类石墨碳膜(GLC)及掺杂金属Cr的类石墨碳膜(GLC-Cr),利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)、纳米压痕仪等测试技术对比分析两薄膜样品的结构及机械性能,利用UMT-3多功能摩擦磨损试验机考察其在大气、去离子水、发动机油3种环境下的摩擦学性能.结果表明:本实验参数下制备的类石墨碳膜中,Cr的掺杂促使了类石墨碳膜中sp2杂化键的形成,降低了GLC薄膜的硬度及弹性模量,但在3种不同环境下均使得类石墨碳膜的摩擦学性能得到明显改善.其中水介质的存在可明显降低类石墨碳膜的摩擦系数,而油润滑介质虽未使得其摩擦系数明显降低,但其摩擦曲线波动性及磨损率均最小.     

中频磁控溅射制备不同S/W原子比WSx薄膜的结构和摩擦学性能研究

采用中频磁控溅射制备了WS_x薄膜,通过X射线衍射 (XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱 (XPS)对其结构进行了分析,采用纳米压入仪(Triboindenter)和真空球-盘摩擦试验机分别考察了薄膜的力学性能和摩擦磨损性能.结果表明:改变溅射功率密度和气压,将引起选择性溅射与薄膜氧化程度的变化,致使薄膜S/W原子比随之变化,薄膜的S/W原子比随着溅射功率密度的增加先减小后增大,而随着溅射气压的增大逐渐增大.薄膜S/W原子比较低时,薄膜W含量较高,薄膜结构较致密、硬度较高,但摩擦系数较大、耐磨性能较差;随着S/W原子比的增大,薄膜中WS₂含量显著增加,W含量明显下降,摩擦系数降低,耐磨性能明显改善.     

运动黏度在FLC薄膜-白油固液复合润滑体系中的作用

利用直流等离子体沉积技术制备了含氢类富勒烯碳膜(FLC),在工业级白油润滑条件下考察了FLC薄膜润湿性、摩擦学特性和白油运动黏度对整个固液复合润滑体系的影响。研究结果表明:在5~150 mm~2/s的考察范围内,白油的运动黏度越小,其对FLC薄膜的润湿性越好;随着运动黏度的增大,白油分子量增加且分子链变长,在薄膜表面油膜吸附增强,油膜厚度增加,FLC薄膜摩擦系数逐渐减小,于32 mm~2/s时达到最小值(0.114),随着黏度进一步增大,过高的运动黏度增加了黏性阻力和摩擦阻力,FLC薄膜摩擦系数反而上升;同时,FLC薄膜的磨损率随黏度增大而减小,当黏度超过26 mm~2/s之后,变化幅度趋缓。     

TiN薄膜的应力状态对摩擦学性能的影响

用Ｘ射线衍射仪测定了在５２１００钢基体上离子束增强沉积ＴｉＮ膜、等离子体化学气相沉积ＴｉＮ膜和离子镀ＴｉＮ膜的应力状态，分析了不同工艺方法制取的ＴｉＮ薄膜的应力形成的影响因素，比较了３种薄膜在不同载荷和摩擦速度条件下的摩擦学性能，分析了膜－基界面两侧应力状态对膜－基结合力、薄膜的耐磨性能和磨损机理的影响．结果表明：３种ＴｉＮ／５２１００钢试样在薄膜内的应力均为压应力，但在界面附近基体一侧的应力状态是随着工艺方法的不同而不同，３种膜的硬度和膜－基结合力都依次下降，而其内应力与膜－基应力的差值则是依次增大，分别为２６９．０ＭＰａ，６６０．５ＭＰａ和１０６３．３ＭＰａ，因而前者显示出最高的膜－基结合力和最佳的摩擦学性能；而后２种膜则显示出依次渐差的膜－基结合力和摩擦学性能