铌钛碳氮析出物对硬面合金耐高温磨损行为的影响

本文采用氮代替部分碳,通过铌、钛固氮形成氮合金化硬面合金,进行了耐高温磨损性能试验,研究了铌钛碳氮析出物对硬面合金耐高温磨损行为的影响.结果表明:在高温磨损过程中,MX(M为Nb、Ti;X为C、N)复合碳氮化物沿马氏体基体和晶界弥散析出,起到沉淀强化的作用,提高了硬面合金的高温硬度和抗裂性能,增强硬面合金的耐高温磨损性能,其磨损特征表现为磨损表面磨粒导致的窄浅犁沟.     

含内生硬质碳化物颗粒的金属堆焊层的抗磨性能及磨损机理

利用钛铁(Fe-Ti)、钒铁(Fe-V)、石墨和金红石等组分的电弧冶金反应合成了含TiC和VC硬质碳化物颗粒的金属堆焊层；采用MLD-10型动载荷摩擦磨损试验机考察了金属堆焊层的抗磨性能，探讨了其磨损机理．采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了堆焊层的相组成＼微结构及磨损表面形貌．结果表明：含硬质碳化物颗粒的金属堆焊层具有良好的耐磨粒磨损性能，其单位面积磨损质量损失仅为EDZCr-C-15焊条相应金属堆焊层的约1／9；所制备的金属堆焊层基体组织为低碳马氏体，内生硬质碳化物颗粒弥散分布于基体组织中；硬质碳化物颗粒同低碳马氏体基体表现出良好的韧性和硬度复合效果，从而有利于显著提高金属堆焊层的抗磨性能．     

等离子堆焊Stellite合金高温摩擦磨损特性研究

采用等离子堆焊技术在气门用钢基体上制备了Stellite 1和Stellite F合金堆焊层,对堆焊层的金相组织、物相组成和硬度等进行了研究,在MMU-10G高温端面摩擦磨损试验机上考察了不同温度条件对2种堆焊层摩擦磨损性能的影响,并分析了堆焊层的磨损机理.结果表明:高温条件下,随着温度的上升,2种合金堆焊层的摩擦系数增大,磨损体积减小;温度为400℃时,Stellite 1和Stellite F合金堆焊层分别产生了大量的疲劳裂纹和宽大的犁沟,磨损较为剧烈;温度为500和600℃时,2种合金堆焊层磨损机制相似,主要磨损机制分别为疲劳剥落和磨粒磨损;氧化膜的快速形成以及上试样硬度的下降减小了磨损,磨痕中心区域变窄,磨痕边缘的磨屑不断堆积并被碾压产生了严重的黏着磨损,导致摩擦系数增加.     

AISI 4340钢干滑动摩擦磨损特性研究

室温条件下,采用CFT-Ⅰ型多功能材料表面综合性能测试仪对AISI 4340钢进行了往复干摩擦磨损试验,研究了其摩擦磨损特性.采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对磨痕和亚表层进行了观察和检测,分析了磨损表面微观形貌、亚表层塑性变形和碳氧元素含量演化.结果表明:磨损形式以磨粒磨损为主,并伴随轻微黏着磨损和剥落磨损;磨损表面分布着长度、宽度、深度不一的划痕以及鳞片状和颗粒状磨屑;磨损表面出现轻微氧化,磨屑呈现不同程度的碳富集和氧化;亚表层出现明显摩擦影响层,距表层越近,塑性变形越明显,晶界角逐渐汇聚于表面,在表面处趋于平行;往复运动导致塑性变形方向不一致,磨痕中部,塑性变形向某位置聚集.     

载荷对304不锈钢微动磨损性能的影响

采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机,研究了在干摩擦和水介质润滑条件下,载荷对304不锈钢微动磨损行为的影响,用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱(EDS)对磨损表面形貌和成分进行分析.结果显示:载荷和介质对微动摩擦行为和磨损机理有显著影响.在干摩擦下,载荷明显改变了微动运行区域,当载荷增大到50 N时微动运行区域由滑移区变为部分滑移区.摩擦系数和磨痕深度随着载荷的增加依次减小.磨损机理由黏着、磨粒和氧化磨损转变为局部疲劳和轻微氧化.同干摩擦相比,由于水介质的润滑和冷却作用,表面黏着被抑制,摩擦系数显著减小,两接触面间易滑移,部分滑移区消失.随载荷的增大磨痕深度增大,因腐蚀与磨损的交互作用,在海水中的磨痕深度比去离子水中略大.磨损机理主要为磨粒磨损和轻微的腐蚀磨损.     

γN相/Si3N4陶瓷球摩擦副在干摩擦条件下的磨损机制转变图

采用等离子体源渗氮技术在AISI 316奥氏体不锈钢表面制备γN相层.研究了γ_N相层/Si_3N_4陶瓷球摩擦副在球-盘式磨损仪、载荷2~8 N、滑动速度0.15~0.22 m/s干摩擦条件下的磨损行为,基于详细的磨痕表面和磨屑显微分析,通过响应面分析法建立γ_N相层在此状态下的磨损机制转变图.结果表明:γ_N相层在低载荷下的磨损机制主要是氧化磨损;而在较高载荷下的磨损机制主要是塑性变形和磨粒磨损.     

关节软骨模拟运动摩擦磨损行为研究

采用牛关节软骨与不锈钢摩擦副在人工膝关节模拟运动试验机上进行模拟膝关节运动的摩擦学试验研究,探讨载荷和时间对摩擦磨损行为的影响并分析其作用机理,同时对软骨表面进行分析。结果表明：随着载荷从640增至1000 N,牛软骨表面磨痕的宽度的深度均增大;在同样载荷下,随着模拟运动时间从20增至60 min,牛软骨表面磨痕的宽度和深度增大。软骨磨损表面的磨痕和破损表面检测有铁元素的存在,表明不锈钢材料在摩擦过程中发生转移。试验后得到的磨粒包括长条形的金属磨粒和圆形的软骨成分磨粒。     

P110油管钢表面镀Cu与镀Ni-P摩擦磨损性能的比较

在P110油管钢表面分别制备了Cu镀层和Ni-P镀层,采用SEM、EDS和STM等方法对比研究了P110油管钢基体、Cu镀层和Ni-P镀层的摩擦磨损性能,分析了磨痕形貌、磨损率和摩擦系数的异同,探讨了磨损机理.结果表明:Cu镀层和Ni-P镀层的耐磨性均明显优于P110油管钢基体,且Ni-P镀层的耐磨性优于Cu镀层;P110油管钢基体的磨痕呈磨坑形貌,磨损机理为剥层磨损和磨粒磨损;Cu镀层的磨痕表面附着Cu磨屑,磨屑受压发生塑形变形,磨损机理为疲劳磨损和黏着磨损;Ni-P镀层的磨痕呈细小的犁沟形貌,磨损机理为轻微磨粒磨损.     

近单一FCC相AlCoCrFeNi高熵合金的常温摩擦学行为及典型磨损机制

采用SRV-Ⅳ型微动摩擦磨损试验机对近单一面心立方(FCC)相AlCoCrFeNi高熵合金及其抛丸试样在常温下的摩擦磨损性能和行为进行了较详细的考察. AlCoCrFeNi高熵合金的磨损量随摩擦频率和法向载荷的变化均大体呈现正相关性.随着摩擦频率升高(6～40 Hz)，该高熵合金摩擦界面的原子排列由主要沿(100)晶面逐渐转变为沿(111)晶面，表现出显著的择优取向，其主要磨损机制由氧化磨损和分层磨损逐步过渡到塑性变形和分层磨损；拉曼光谱分析表明该合金在各摩擦频率(除30 Hz外)下形成的磨痕中存在复杂氧化物，其结晶构造与Al₂O₃和Cr₂O₃相似.随着法向载荷不断增大(10～200 N)，该合金摩擦界面的晶粒更加细化，摩擦界面的原子排列更加趋向沿(111)晶面，其主要磨损机制由氧化磨损过渡到疲劳磨损，最终转变为黏着磨损.由于细晶强化作用，经抛丸处理后该AlCoCrFeNi高熵合金表面显微硬度达403 HV，相比抛丸前提高近1倍.抛丸处理形成的表面强化层有利于降低合金的磨损，其厚度约为25μm.随着...     

苜蓿草粉对金属材料磨损性能的影响

采用正交试验法在磨料磨损试验机上考察了不同粒度苜蓿草粉对45#钢和HT200灰铸铁磨损性能的影响,研究了不同载荷和转速等条件下的磨料磨损行为,采用扫描电子显微镜对其磨损表面形貌进行观察.结果表明:影响材料磨损性能的因素由大到小依次为转速、磨粒粒度和载荷;苜蓿草粉磨粒对金属材料表面的磨损为硬、软磨粒共同作用的结果;45#钢在硬磨料磨损条件下以显微切削为主要磨损机制,在软磨粒磨损条件下以多次塑性变形和低周期疲劳为主要磨损机制;HT200灰铸铁以塑性变形而产生的脆化剥落为主要磨损机制.     

沙水润滑下纳米改性NBR材料的摩擦学性能

丁腈橡胶(NBR)是一种优异的水润滑减摩耐磨材料,但硬质颗粒的介入对其产生较大的材料损失. 利用硅烷偶联剂TESPT改性纳米SiO₂颗粒,并填充至NBR基体,获得改性纳米SiO₂/NBR标记为NBR-1. 改性后的纳米SiO₂颗粒在NBR基体中均匀分散. 将纳米SiO₂颗粒、微米SiO₂颗粒填充至NBR基体标记为NBR-2、NBR-3作为对照组. 三种复合材料在武汉理工大学自制的SSB-100型摩擦磨损试验机上进行沙水润滑工况下的摩擦磨损试验. 结果表明:三种复合材料在沙水工况下摩擦系数均随载荷和转速的增加而下降. 在相同的载荷和转速条件下,NBR-1的摩擦性能最为优异. 对比三种材料的耐沙磨损性能,沙粒对NBR表面的磨损主要为犁沟磨损,NBR-2和NBR-3材料磨损量远远大于NBR-1,NBR-1材料更适用于含沙水区域.      

原位生成MoB增强Cu-Sn-Al合金复合材料的摩擦学性能研究

采用快速热压烧结方法成功制备了原位生成MoB增强的Cu-Sn-Al合金复合材料,研究了增强体添加含量对复合材料体系摩擦学性能的影响,并对其摩擦磨损机制进行了分析.研究表明：在Cu-5Sn合金基体中添加MoAlB陶瓷颗粒后,烧结过程中,层状结构MoAlB陶瓷中的Al元素能够扩散到基体中,生成原位MoB增强Cu-Sn-Al合金复合材料.此外,复合材料体系的硬度随着MoAlB添加量的增加逐渐提高,与Cu-5Sn合金相比,当添加MoAlB质量分数为30%时,复合材料硬度值提高了约5倍.同时,随着添加MoAlB陶瓷颗粒含量的增加,复合材料体系摩擦系数和磨损率逐渐降低,当添加的MoAlB陶瓷颗粒质量分数为30%时,复合材料摩擦系数和磨损率分别低至0.33和5.4×10^-5 mm³/(N·m).由于原位生成MoB颗粒的钉扎效应,在摩擦过程中能够抑制基体材料的塑性变形,使得材料体系的硬度显著提高,磨损率明显降低,摩擦过程中表面生成的摩擦氧化物,能够降低材料体系的黏着磨损和二体磨粒磨损,可以起到优异的抗磨减摩效应.     

一种自润滑陶瓷摩擦磨损性能的研究

采用热压成型工艺制备了Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料,测试了其机械性能,并在MRH-3型摩擦磨损试验机上研究了其在室温下的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜观察分析了磨损表面形貌,进而研究了其摩擦磨损机理.结果表明:当CaF2含量为10%时,Al2O3/TiC/CaF2材料具有较好的力学性能;Al2O3/TiC/CaF2材料的摩擦系数随CaF2含量、载荷和速度的增加而降低;Al2O3/TiC/CaF2材料在高速摩擦条件下能够在磨损表面形成一层固体润滑膜,正是由于这层膜的存在使得其在高速、高载荷下具有较低的摩擦系数,而低速下其磨损机理主要是磨粒磨损,很难形成较完整的润滑膜,由于机械应力和热应力的共同作用,自润滑膜在反复摩擦下产生裂纹,从而导致其破坏.     

轮胎磨损颗粒物形貌及产生机理的实验研究

采用自行设计的磨损试验机采集轮胎-路面摩擦副产生的轮胎磨损颗粒物,通过光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)分析和讨论了不同负载、速度和胎压工况影响下磨损颗粒物的表面形貌、粒度及磨损胎面形貌,建立了磨损颗粒物与胎面磨损形态的关系.结果表明:轮胎磨损颗粒物的粒度和数量类似正态分布,粒度主要集中在100~300μm.轮胎磨损颗粒物的主要产生机理是胎面疲劳剥落,形式主要为片状剥落和卷曲磨损共存,卷曲磨损会导致更多的磨损颗粒物脱离.载荷可使两种磨损形式的主导地位发生转变.接触界面应力提高会使团絮状胎面磨损颗粒物增多,速度增大会明显减小磨损颗粒物粒度.对小于10μm颗粒物来说,工况对其数量影响的主次顺序依次为速度、胎压和载荷.本研究可以为减少因轮胎磨损而导致的磨屑次生危害提供可供借鉴的理论指导.     

规则多孔铜基自润滑材料的干摩擦磨损性能

采用液态金属浸渗法制备了以规则多孔铜为基体,纯铅为润滑相的新型自润滑材料,利用MMU-5G高温端面摩擦磨损试验机测试了新型自润滑材料在不同载荷下的摩擦系数与磨损率,并借助SEM、EDS、XRD等表征手段分析了新型自润滑材料试样在不同载荷下的摩擦磨损机理.结果表明:新型自润滑材料的整体摩擦磨损性能优于同等铅含量的铸造铜铅合金;新型自润滑材料在载荷大于200 N时,摩擦系数小于0.08,磨损率仅为铸造铜铅合金的1/10～1/5;增大铅含量,能够进一步降低摩擦系数;随着试验载荷的增加,磨损机制从磨粒磨损转变为塑性变形和粘附作用.     

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%.      

石墨相形态对铜/石墨复合材料摩擦学性能和可靠性的影响

采用真空热压烧结工艺制备了石墨相形态为粉体(粒径约5 μm)、鳞片状(粒径445~636 μm)和近球形颗粒状(粒径200~300 μm)的铜/石墨复合材料,考察了以Al₂O₃陶瓷为摩擦副条件下石墨相形态对铜/石墨复合材料摩擦磨损性能及作用机制的影响,并探讨了材料在外载作用下的可靠性. 结果表明:石墨相形态不同时,石墨相和金属铜在材料中的分布方式也随之改变,进而影响到材料的摩擦学性能和力学性能. 在保持复合材料中石墨相含量不变的基础上,将石墨相形态从微米级粉体转变为各向异性的大块鳞片状石墨,再转变为各向同性较好的大尺寸近球形颗粒状石墨时,石墨相在材料中与金属铜形成的弱界面含量逐渐减小,金属铜的三维连续性变得更好. 材料在受到外载破坏时,从石墨相与铜基体界面萌生裂纹的扩展应力可被连续金属铜及时吸收钝化,使材料抵抗裂纹破坏的能力明显提高. 当石墨相为近球形颗粒状时,材料的抗弯强度、抗压强度、断裂韧性和冲击韧性分别高达155.4±3.6 MPa、353.5±24.7 MPa、5.3±0.6 MPa·m1/2和4.0±0.4 J/cm2. 此外,石墨相形态对材料的摩擦学性能也有重要影响,当石墨相以粉体形态存在时,石墨相与金属铜间形成的弱界面越多,铜基体的连续程度被石墨显著割裂,在摩擦力作用下割裂的铜颗粒易被剥离进入摩擦界面,与摩擦副形成“三体”磨损,导致材料的大量磨损. 当石墨相以鳞片状形态存在时,石墨相的聚集程度相对增加,使得金属铜的连续程度相对提高,可避免发生类似复合粉体形态石墨材料的磨损. 但是,鳞片状石墨呈大块片层状,形状各向异性,随着材料表面鳞片石墨的摩擦损耗,或者垂直于材料表面的鳞片石墨较多时,将造成摩擦副间摩擦系数较大的波动. 当石墨相为近球形颗粒状时,较为均匀的石墨相空间分布状态、三维连续结构的铜基体和润滑相/承载基体呈现的软/硬交替结构使得铜/石墨复合材料具有低且平稳的摩擦系数以及优异的减摩抗磨性能. 本文中以Al₂O₃栓为摩擦对偶时,复合材料的摩擦系数和磨损率分别低至0.13±0.02和5.4×10?6 mm3/(N·m).      

铜基合金—TiC金属陶瓷复合堆焊层摩擦磨损性能研究

考察了铜基合金/TiC金属陶瓷复合堆焊材料的耐磨性及其影响因素,采用透射电子显微镜和扫描电子显微镜观察分析了复合堆焊材料的结构及磨损表现形貌。结果表明：以TiC金属陶瓷为硬质相的堆焊材料的耐磨性优于以YG硬质合金为硬质相的堆焊材料,其原因是稀土氧化物可细化基体金属组织,改善界面结合,使堆焊层的耐磨性改善;随着堆焊中硬质相含量的增加,耐磨性能提高,当金属陶瓷体积分数为55%-60%时,堆焊层的耐磨性最佳;基体金属的磨损主要呈现显微切削和犁沟特征,而金属陶瓷的流失形式主要表现为界面处TiC颗粒的脱落。     

三维双连续铜/石墨自润滑复合材料的构筑及其摩擦磨损性能研究

以聚氨酯海绵为三维连续网络结构模板,采用浸渍法在聚氨酯海绵骨架表面均匀涂敷石墨浆料构筑具有三维连续网络结构的石墨骨架,然后在石墨骨架中填充铜合金粉,经排胶-热压烧结工艺制备石墨相和金属铜呈三维双连续复合型结构的铜/石墨自润滑复合材料.研究考察了三维双连续复合结构对材料承载能力和抗冲击破坏能力的影响,并探究了材料在重载作用下的摩擦磨损行为.结果表明：通过三维双连续结构设计,能够有效改变石墨相的富集状态和分布形式,并借助连续金属铜基体的高承载作用,显著提升材料在重载作用下的减摩抗磨性能.在180 N载荷下与轴承钢相对摩擦时,块体663铜合金和均相铜/石墨复合材料均出现急剧磨损并与摩擦配副发生“卡咬”现象,其中块体663铜合金与配副由于“卡咬”严重而停止试验,均相铜/石墨复合材料的磨痕深度达1.38 mm.然而,具有三维双连续结构的铜/石墨复合材料的摩擦系数可保持约在0.12左右,磨痕深度为0.16 mm,展现出优异的长时间耐磨损性能,磨损率约为5.3×10-6 mm3/(N·m).同时,该结构设计能够大幅减少石墨相与金属铜间的弱界面数量,并有效利用连续石墨相对裂纹传播路径的“歧化”引导和金...