Schiff碱铜(Ⅱ)配合物改性超高分子量聚乙烯的低速滑动摩擦研究

采用微摩擦试验机,在干摩擦和植物油润滑条件下分别考察了法向载荷、滑动速度和试验持续时间对含质量分数5%、10%及15%乙二胺缩水杨醛西佛碱(Schiff碱)铜(Ⅱ)配合物的改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE)与铬钢(100Cr6)配副在50~1 600μm/s滑动速度范围的摩擦系数的影响,并与纯UHMWPE进行了对比.结果表明:在低速滑动条件下,含质量分数5%~15%乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜(Ⅱ)配合物的改性UHMWPE在植物油润滑或干摩擦时的摩擦系数与法向载荷无关,摩擦系数明显小于纯UHMWPE,尤其是在干摩擦时的摩擦系数均较纯UHMWPE降低29%;当改性UHMWPE中乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜(Ⅱ)配合物含量足够大(如15%)时,可减小植物油润滑时的滑动速度对摩擦系数的影响;而含5%~15%乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜(Ⅱ)配合物的改性UHMWPE在干摩擦时的摩擦系数基本与滑动速度、试验持续时间无关.乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜(Ⅱ)配合物改性的UHMWPE在干摩擦条件下稳定的低速滑动摩擦特性,符合纳米定位对摩擦副材料所期望的性能.     

Schiff碱铜（Ⅱ）络合物和甘油-聚乙烯微胶囊改性超高分子量聚乙烯的磨损机理研究

将所合成的乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜（Ⅱ）络合物和甘油-聚乙烯微胶囊与超高分子量聚乙烯（UHMWPE）共混制备出改性UHMWPE材料，利用销-盘式摩擦磨损试验机评价Schiff碱铜（Ⅱ）络合物和甘油．聚乙烯微胶囊改性UHMWPE／GCr15钢配副在高速干摩擦条件下的摩擦磨损性能，利用扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌，采用电子能谱仪分析磨损表面的主要元素组成并探讨其磨损机理．结果表明，由于其独特的自身选择性转移效应使得耐磨性提高，在高速干摩擦条件下没有严重的粘着磨损．     

不同年龄段天然牙的摩擦磨损行为研究

采用往复滑动摩擦磨损试验台考察了不同年龄段的天然牙同钛合金配副时的摩擦学性能.结果表明:天然牙的摩擦磨损行为同年龄密切相关,早期和中期恒牙的摩擦磨损行为相似,磨损表面主要呈现轻微擦伤迹象,中期恒牙的抗磨性能最佳;乳牙及晚期恒牙的摩擦系数变化波动较大,抗磨性能不佳,磨损表面主要呈现严重犁削和剥落特征.     

超高分子量聚乙烯/Al_2O_3生物摩擦学特性的研究

在自制销 -盘摩擦磨损试验机上评价了超高分子量聚乙烯 (UHMWPE)与 Al2 O3陶瓷摩擦副在干摩擦和生理盐水、蒸馏水及人血浆润滑条件下的摩擦学特性 ,用扫描电镜观察试样磨损表面形貌并分析磨损机理 .结果表明 :在干摩擦和生理盐水及蒸馏水润滑条件下的起始摩擦系数较接近 ,血浆润滑条件下的起始摩擦系数最低 ;稳态摩擦系数在干摩擦时最大 ,蒸馏水润滑条件下最小 ,生理盐水和人血浆润滑条件下较接近并比蒸馏水润滑下的高 ;干摩擦下UHMWPE的磨损率最大 ,血浆润滑条件下的最小 .干摩擦下 UHMWPE磨损表面可见大量不规则的细小纤维状磨屑 ,蒸馏水润滑下 UHMWPE磨损表面可见明显的塑性变形和疲劳剥落迹象 ,而血浆润滑条件下 UHMWPE磨损表面则可见大量的疲劳微裂纹     

人牙釉质在人工唾液润滑下与不同偶件对摩时的摩擦学性能研究

在往复滑动摩擦磨损试验台上对比考察了人牙釉质自配副及其同钛合金和纯钛配副时的摩擦学性能.结果表明:牙釉质/牙釉质的稳态摩擦系数约为1.00,其磨损表面釉柱清晰可见,磨损机制表现为剥落和轻微犁削并存;牙釉质/钛合金的稳态摩擦系数约为0.92,磨损表面既有犁沟又有剥落,可以看到轮廓分明的釉柱;牙釉质/纯钛的稳态摩擦系数约为0.87,磨损表面存在纯钛转移膜.从摩擦系数的变化趋势、稳态摩擦系数的大小、磨损表面形貌和磨痕深度等角度来看,牙釉质/钛合金与牙釉质/牙釉质的摩擦磨损行为较为相似.     

纳米氧化锌填充超高分子量聚乙烯复合材料的摩擦磨损性能研究

采用热压成型工艺制备了纳米ZnO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纳米粒子对复合材料摩擦磨损性能的影响;采用扫描电子显微镜观察复合材料磨损表面形貌.结果表明:填充15%～20%的纳米ZnO可以显著改善UHMWPE的摩擦磨损性能;复合材料的磨损机理随纳米粒子含量的增加而变化,纯UHMWPE的磨损机理主要为粘着磨损和疲劳磨损,随着复合材料中纳米粒子含量增加,疲劳磨损特征逐渐消失,当其纳米粒子含量大于15%时,其磨损机理主要为粘着磨损;复合材料磨损表面出现了贫ZnO区和富ZnO区,且富ZnO区以"岛"的形式分布在贫ZnO区中.     

超高分子量聚乙烯对聚酰胺摩擦磨损行为的影响

采用双螺杆挤出机制备聚酰胺/超高分子量聚乙烯(PA66/UHMWPE)和聚酰胺/超高分子量聚乙烯/马来酸酐接枝高密度聚乙烯(PA66/UHMWPE/MAH-g-HDPE)共混物,采用傅立叶转换红外光谱仪分析共混体系的结构,同时评价其机械性能及摩擦磨损性能.结果表明:加入MAH-g-HDPE相容剂可以使共混体系的相容性得到改善,提高共混物的机械性能;具有平整分子结构的UHMWPE有利于改善PA66的摩擦磨损性能,当摩擦偶件的转移层达到饱和状态后,共混物的耐磨性与其力学性能相关;共混物在摩擦过程中表现出严重的塑性变形和粘着磨损,但在共混体系的摩擦过程中,对摩擦磨损性能起主要作用的是受热软化的UHMWPE在磨损表面形成低剪切强度的界面层,从而使得PA66的摩擦磨损性能明显改善.     

表面粗糙度对UHMWPE微动摩擦磨损性能的影响

采用SRV-4微动摩擦磨损试验机,研究了在干摩擦和水润滑条件下,表面粗糙度对UHMWPE微动摩擦磨损性能的影响.结果表明:干摩擦时,随着UHMWPE表面粗糙度的增加,摩擦系数先降低后升高,比磨损率则单调递增.利用光学显微镜和扫描电子显微镜对磨损表面形貌进行分析观测,发现干摩擦时表面粗糙度较小的UHMWPE磨损表面有少量犁沟,并伴随轻微的塑性变形,随着表面粗糙度的增加,摩擦副接触表面间的黏合点增多,黏着磨损加剧,且在对偶钢球的表面形成转移膜.而在水润滑条件下,摩擦系数和比磨损率显著降低,随着表面粗糙度的增加,摩擦系数和比磨损率同干摩擦时的变化趋势一致,磨损以磨粒磨损为主.     

摩擦热对UHMWPE/钢摩擦副摩擦性能的影响

通过控制销盘试验中的散热条件测定了摩擦热对UHMWPE/钢摩擦副摩擦性能的影响;利用统计学相关系数理论对摩擦系数和表层温度的相关性进行定量比较,发现不良散热条件使其相关系数显著增大;根据Taylor Hobson轮廓仪测量试样表面形貌三维初始表面高度,尝试用元胞自动机方法进行了摩擦表面温度分布模拟计算,并结合磨损表面形貌分析探讨摩擦热对UHMWPE磨损机理的影响.结果表明:摩擦系统的热传导条件严重影响UHMWPE的摩擦性能;摩擦热效应使得局部接触表面温度超过熔点,摩擦热的积累效应使UHMWPE的磨损机理由粘着磨损变为熔融剪切磨损;在聚合物材料的摩擦试验及应用研究中必须考虑摩擦热的影响.     

纳米铜添加剂改善钢-铝摩擦副摩擦磨损性能的研究

采用环-块摩擦磨损试验机对比考察了钢-铝摩擦副在液体石蜡与含纳米铜颗粒液体石蜡润滑下的摩擦磨损特性,研究了对纳米铜添加剂添加量与载荷对其摩擦磨损性能的影响,通过对磨损表面粗糙度、形貌及其主要元素的能谱分析,探讨了纳米铜颗粒作为添加剂时钢-铝摩擦副的润滑机制.结果表明:含0.25%纳米铜颗粒液体石蜡时,钢-铝摩擦副的摩擦磨损性能最优;在不同载荷下纳米铜颗粒可以改善铝的摩擦磨损性能,特别在中等载荷(50～125 N)下,其抗磨减摩作用更明显;纳米铜颗粒能够在磨损表面形成一层低剪切强度的铜保护膜,有效地避免粘着磨损,同时阻止铝元素向钢表面的转移,从而显著改善钢-铝摩擦副的摩擦磨损性能.     

油溶性纳米Cu在微动磨损条件下的自修复行为与机理研究

将质量分数为1%的油溶性纳米铜分散于SJ 15W/40汽油机油中并以SJ 15W/40汽油机油为参比油、采用SRV型微动摩擦磨损试验机考察了油溶性纳米铜添加剂的摩擦磨损自修复行为.用表面轮廓仪、显微硬度计、扫描电子显微镜以及X射线光电子能谱仪等对摩擦副磨损表面进行了分析.结果表明,在本试验条件下,与参比油相比,添加油溶性纳米铜的SJ 15W/40汽油机油的摩擦系数和磨损体积损失均有大幅降低,且在达到一定试验时间和载荷后出现磨损负增长,表现出了明显的磨损自修复效应.油溶性纳米Cu能够改善摩擦副的表面磨损状况,使其得到整平和修复,其机理主要为软金属纳米颗粒(纳米Cu颗粒)在摩擦过程中由于物理、化学和电化学等作用而沉积于摩擦表面,形成含有单质铜的自修复沉积膜,从而起到了磨损自修复作用.     

聚丙烯和二硫化钼对超高分子量聚乙烯复合材料摩擦磨损性能的影响

采用模压法制备了聚丙烯(PP)和MoS2填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料;在MM-200型摩擦磨损试验机上考察了UHMWPE/PP/MoS2复合材料的摩擦磨损性能;采用扫描电子显微镜观察分析复合材料磨损表面形貌.结果表明:单独添加MoS2可以提高UHMWPE的抗磨性能,但摩擦系数增大、力学性能降低;而采用PP和MoS2对UHMWPE进行改性可以显著改善加工性能;72.7%UHMWPE/18.2%PP/9.1%MoS2三元复合材料的加工性能、承载能力和长时抗磨性能明显优于UHMWPE;UHMWPE主要发生粘着磨损和疲劳磨损;而72.7%UHMW-PE/18.2%PP/9.1%MoS2三元复合材料在相同试验条件下同钢对摩时仅发生轻微塑性变形.     

仿生多孔超高分子量聚乙烯的摩擦磨损性能研究

模拟天然关节软骨中"多孔可渗透软垫层"的特征,采用模板-滤取工艺制备具有多孔结构的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)仿生人工软骨材料,采用改进的四球摩擦磨损试验机研究多孔结构和UHMWPE分子量对试样摩擦磨损性能的影响,利用扫描电子显微镜观察多孔材料的表面形貌并分析其磨损机理.结果表明,多孔结构能够提高UHMWPE试样在牛血清润滑条件下的耐磨性.试样的孔隙率约为27%,UHMWPE分子量的改变对试样的失重和孔隙率影响不大,但能够略微降低多孔UHMWPE试样的磨损量.在干摩擦条件下,多孔试样的磨损量比普通试样高66.9%,在牛血清润滑下的磨损量比普通UHMWPE低46.6%.UHMWPE的多孔结构能够提高UHMWPE试样表面的润滑性能,降低其磨损量.     

石墨结构层包覆铜纳米粒子的摩擦磨损性能研究

在硼氢化钠/乙二胺体系中还原一阶CuCl2石墨层间化合物前驱体制备石墨结构层包覆铜纳米粒子复合材料(GECNP),采用MQ-800型四球摩擦磨损试验机和XP型销-盘摩擦磨损试验机测定GECNP作为润滑油添加剂的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌,采用X射线能量色散谱仪分析磨损表面元素组成.结果表明,GECNP的鳞片厚度为几十纳米,直径≤5 μm.GECNP添加剂可以提高润滑油的承载能力,降低其摩擦系数,提高耐磨性.在载荷1 667 N下,当GECNP质量分数为3%时,其摩擦系数和磨斑直径达到最小值,并且在摩擦副表面检测出铜元素沉积,形成了磨损自修复层.     

硼化菜籽油润滑添加剂的摩擦磨损性能研究

对菜籽油进行化学改性制备出硼化改性菜籽油,利用红外光谱仪对其主要官能团进行鉴定,分别采用四球摩擦磨损试验机和SRV摩擦磨损试验机考察了以菜籽油为基础油,以硼化改性菜籽油为添加剂润滑下钢-钢摩擦副和钢.铝摩擦副的抗磨减摩性能,采用扫描电子显微镜观察钢球磨斑表面形貌,通过对铝合金磨痕表面分析,探讨硼化改性菜籽油添加剂的抗磨减摩机制.结果表明:以硼化改性菜籽油为添加剂,以菜籽油为基础油时钢·钢摩擦副和钢.铝摩擦副均具有良好的抗磨减摩性能,其润滑作用机制是由于长链菜籽油分子的载体作用、硼的缺电子性能及其二者的协同作用而在金属摩擦表面形成含硼、氧及碳等元素的表面保护膜.     

老化状态下的UHMWPE干摩擦行为研究

利用CBZ-1摩擦磨损试验机对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)在老化状态下的干摩擦性能进行分析与研究.考察了试样在不同老化状态的硬度及不同滑动速度下所产生的摩擦热,利用扫描电镜(SEM)观察了试样的磨损形貌,通过表面轮廓仪分析对偶件的表面粗糙度,探讨了不同老化状态试样的磨损机理.结果表明:老化对不同分子量UHMWPE干摩擦性能产生了明显的影响;随着老化温度的升高及老化时间的延长,UHMWPE干摩擦性能逐渐恶化;在一定的老化状态下,高转速所产生的摩擦热会进一步加剧UHMWPE摩擦性能的恶化;在40℃,60℃以及120 h,240 h的老化条件下UHMWPE磨损机制以疲劳磨损与磨粒磨损为主.在80℃以及480 h,600 h的老化条件下,磨损机制主要是黏着磨损与疲劳磨损.     

45~#钢/GCr15钢摩擦副的滚动磨损特性研究

通过对液压式试验台夹具进行改造 ,研制了往复滚动试验装置 ,以实现对运动位移和表面摩擦力的精确控制 .利用该装置考察了表面摩擦力变化对 45 #钢 / GCr15钢摩擦副滚动磨损特性的影响 .结果表明 :随着表面摩擦力的增加 ,钢的滚动磨损明显加剧 ,磨损机制亦发生变化 .     

ATP改性UHMWPE水润滑轴承材料的摩擦学特性研究

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)轴承材料在低速重载工况下常发生严重磨损,通过添加改性填料能够显著提升其摩擦学性能. 凹凸棒土(ATP)作为一种改性填料能够增强基体材料的机械性能进而改善其摩擦特性,但是ATP作为填料往往会因为团聚效应而降低材料的补强效果. 通过对ATP进行表面改性处理可克服团聚效应,实现ATP与基体间的均匀共混. 通过表面化学包覆改性法制备由硅烷偶联剂KH570改性处理的ATP与UHMWPE共混制成复合材料,并与纯UHMWPE材料作对照试验. 利用RTEC摩擦试验机研究复合材料在水润滑条件下摩擦系数随载荷和转速的变化,以及材料填充含量对复合材料在低速重载(v=0.55 m/s、F_z=55 N)工况下磨损性能的影响. 利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)与电子万能材料试验机分别对ATP改性效果、熔融结晶行为及复合材料的重要力学性能进行表征测试. 试验结束后,利用表面轮廓仪与激光共聚焦显微镜观察复合材料表面形貌并分析其磨损机理. 结果表明:硅烷偶联剂KH570对ATP的改性效果良好,填充改性ATP能提高材料的邵氏硬度,且材料的拉伸性能随填充含量的提高呈下降趋势;对比纯UHMWP材料,复合材料的摩擦系数更低,适量的ATP填充能改善材料磨损性能,减小体积磨损率;试验中改性ATP质量分数为1%的复合材料其摩擦学性能最优,在低速重载时的摩擦系数及体积磨损率与纯UHMWPE相比分别降低了52.45%和37.58%.      

离子注入超高分子量聚乙烯的摩擦磨损性能研究

对人工关节软骨材料——超高分子量聚乙烯(UHMWPE)进行O+和C+离子注入改性,采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了离子注入UHMWPE试样在血浆润滑条件下同Si3N4陶瓷球对摩时的摩擦磨损性能;用扫描电子显微镜观察分析了注入和未注入试样及其磨痕表面形貌,用红外光谱仪(IR)分析了注入和未注入试样的化学特征.结果表明:经O+和C+离子注入处理的UHMWPE试样表面发生了碳化并形成了类金刚石结构;O+和C+注入处理均有利于增强UHMWPE的耐磨性能,而O+离子注入试样的耐磨性能优于C+离子注入试样,经450keV、5×1015/cm2的O+离子注入试样的耐磨性能最佳;未注入UHMWPE试样在血浆润滑条件下同陶瓷对摩时主要呈现粘着、塑性变形和犁沟特征,而注入UHMWPE试样在相同条件下主要呈现表面硬化层疲劳裂纹萌生、扩展、剥落及磨粒磨损特征.     

1种双配副摩擦试验机及其在多孔聚酰亚胺摩擦磨损测试方面的应用

在轴承中存在2类摩擦副,滚动体与内外沟道以及滚动体与保持架,尤其在采用聚合物保持架的轴承中,这2类摩擦副的性质完全不同,2类配副之间的相互影响不可忽略.目前,市面上的标准摩擦试验机均采用单配副,并不能很好地模拟轴承内部的摩擦.针对此问题,本文中研制了双配副摩擦试验机,并对该试验机进行了标定和校准.采用该试验机研究了多孔含油聚酰亚胺(iPPI)轴承保持架材料的发黑过程,对比了单配副和双配副下iPPI材料的摩擦磨损特性.结果表明,研制的双配副摩擦试验机能够较为真实地模拟保持架材料表面的磨损发黑现象,而单配副摩擦试验难以重现这种发黑现象.采用能谱分析(EDS)和拉曼(Raman)光谱分析单配副和双配副下iPPI的磨损表面,发现iPPI表面的发黑物质为α-Fe₂O₃和Fe₃O₄.研制的双配副摩擦试验机测试精度高、重复性好,是1种模拟轴承内部摩擦的有效工具.