填料粒径对Cu/PTFE复合材料摩擦学性能影响的数值模拟

利用离散元方法对Cu/PTFE复合材料与45钢摩擦副建立滑动摩擦模型,重点探讨了填充质量一定时,Cu颗粒粒径对Cu/PTFE复合材料摩擦磨损性能的影响.模拟结果表明:Cu/PTFE复合材料与45钢滑动摩擦过程中,在45钢表面形成一层转移颗粒层,转移颗粒层的形成可以降低PTFE基复合材料的磨损;随着Cu粒径的增大,摩擦转移量呈增加趋势,说明一定范围内,较大粒径的Cu填充PTFE基复合材料更加有利于转移颗粒层的形成;滑动摩擦系数随着Cu粒径的增大呈减小趋势;PTFE基复合材料的磨损量、磨损率均随Cu粒径的增大先增加后减小.     

表面处理对PTFE和HDPE摩擦磨损的影响——Ⅰ.试验结果

不少研究者都认为聚合物的转移磨损受摩擦副表面能的影响。为了考察材料表面及表面性质对聚合物粘着转移的影响,作者运用不同的对偶材料(45号碳钢、铝及铜)並通过不同的表面处理方法,明显提高了其表面能,用未经表面处理的聚四氟乙烯(PTFE)和高密度聚乙烯(HDPE)与这些处理的和未经处理的金属材料对摩时发现,聚合物的比磨损大致相同,且不受对偶材料表面能的影响。但当对PTFE和HDPE进行表面化学处理后,再与那些处理的金属材料对摩时,其磨损率很低,在稳定磨损阶段,仅为未处理者的1/200左右,並且也与对偶材料的表面能无关。经过表面化学处理后,PTFE的摩擦系数稍有升高,而HDPE的则有所降低。文中还对PTFE的磨损机理进行了讨论。     

CF/PTFE纤维混编织物增强环氧复合材料干摩擦特性

采用碳纤维与聚四氟乙烯纤维(CF/PTFE)混编织物增强,制备了环氧树脂基自润滑复合材料,研究了钢背衬复合材料与45钢在环-环端面干摩擦状态下的摩擦学特性,考查了纤维织物、摩擦热、载荷、速度对材料摩擦磨损性能的影响,用红外热像仪、热电偶及风冷方式对摩擦副温度进行监控,用激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜对复合材料及偶件磨损面进行了观察与能谱分析.结果表明:与碳织物相比,混编纤维织物大大改善了复合材料的摩擦学性能,改善效果极大依赖于摩擦温度、载荷和速度参数.PTFE纤维磨损后在树脂基体及偶件表面形成减摩型转移膜层,材料表现为疲劳磨损特征.摩擦高温使复合材料摩擦学特性改变,黏结磨损加剧,偶件钢环表面出现氧化磨损,树脂基体塑性流动,摩擦力增大.混编纤维的排布方式影响复合材料的摩擦磨损性能,摩擦面上大量破碎的碳纤维易使偶件表面转移膜受到破坏,复合材料转变为以磨粒磨损为主,减摩主要源于磨屑中的润滑组分.     

PTFE基复合材料磨损机理的研究

通过用几种无机物及不同硬度的金属网填充的聚四氟乙烯(PTFE)基复合材料的磨损性能研究,认为填料减磨的主要机理是由其在摩擦界面上支承载荷的结果。对金属对偶表面上转移膜的俄歇(AES)深度剖析表明,不锈钢丝网填充PTFE基复合材料形成的转移膜的厚度要比用铜网填充的复合材料形成的薄得多。用不锈钢网和无机物共同填充的复合材料的磨损比纯无机物填充的复合材料的低得多。还根据电子显微镜观察结果对磨屑的形成过程进行了探讨。     

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.     

钢-聚四氟乙烯摩擦界面的摩擦起电行为

作为界面摩擦中普遍存在的一种物理现象,摩擦起电由于其对摩擦界面的高度灵敏性而被广泛研究. 以钢-聚四氟乙烯(PTFE)为研究对象,通过采集摩擦过程中的摩擦系数、钢球的接地电流以及PTFE的表面电势,对其摩擦界面的起电行为进行了详细研究. 三种信号的波动幅值呈正相关性,反映了摩擦-摩擦起电的内在联系. 在钢-PTFE的摩擦过程中,材料的转移诱导使得PTFE的表面电势在达到饱和值后会反向演化. 利用钢-PTFE摩擦副进入稳定摩擦阶段的时间与摩擦电势的反向演化时间的关联性设计钢-PTFE或其他金属-聚合物摩擦副的摩擦状态监测系统,对实现机械运动过程中的摩擦副运动原位监测和故障预警具有重要价值.      

聚酰亚胺复合材料与不同对偶材料滑动摩擦磨损性能

本文考察了碳纤维（CF）和固体润滑剂（LW）填充热塑性聚酰亚胺（TPI）复合材料与45^#钢、镍铬合金以及铜对摩时的摩擦磨损性能,利用SEM和光学显微镜观察磨损表面形貌.研究表明：与硬度高的钢和镍铬合金摩擦时,由于CF的增强和承载作用降低了材料的摩擦系数与磨损率,LW的加入增强了转移膜与对偶面间的结合力,进一步降低TPI的摩擦系数;与较软的铜摩擦时,由于铜偶件存在较大磨损,破坏了转移膜的稳定性,TPI及其复合材料的摩擦性能较差;TPI与钢和镍铬合金摩擦时以黏着磨损为主,与铜摩擦时以磨粒磨损为主.薄而均匀的转移膜有利于摩擦系数与磨损率的降低.     

碳纤维和氟化钙协同提高PTFE摩擦学性能研究

聚合物复合材料由于其自润滑特性和化学稳定性高等优势,在汽车和装备领域运动机构的摩擦学设计中发挥着越来越重要的作用.本研究系统考察了氟化钙(CaF₂)颗粒的加入对聚四氟乙烯(PTFE)和碳纤维(CF)增强PTFE材料摩擦学性能的影响规律.研究发现,在PTFE中添加CaF₂颗粒可明显改善基体材料的抗磨性能.尤其,与分别填充有CaF₂陶瓷颗粒或CF的PTFE材料相比,同时填充CaF₂和CF的PTFE多元复合材料的耐磨性能分别提高了11.1和2.47倍. CF与CaF₂表现出显著的协同抗磨作用,同时该多元复合材料表现出极低的特征磨损率[8.9×10^-7 mm³/(N·m)]和优异的自润滑性能.通过多种表征手段深入分析了金属对偶表面生长转移膜的微观结构以及界面的物理化学反应和产物.结果表明,PTFE发生摩擦化学反应并生成的羧酸基团,随后与CF研磨产生的石墨碳、破碎的CaF₂以及其摩擦化学反应产物碳酸钙(CaCO_3...     

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.     

含Fe2O3摩擦层的促进形成对H13和45钢磨损性能的影响

Fe_2O_3是钢材高温或高速干滑动表面摩擦氧化物层的重要构成.本文作者通过在H13钢、45钢/GCr15钢的滑动界面添加Fe_2O_3纳米颗粒,试图促进保护性摩擦氧化物层的快速形成,避免了高温恶化材料的机械性能.研究了Fe_2O_3对H13钢和45钢磨损性能的影响,分析了摩擦氧化物层的形成机理,并探讨了基体硬度对摩擦氧化物层的作用.研究结果表明:无添加时,低硬度45钢的耐磨性明显差于高硬度的H13钢;GCr15钢在与45钢对摩时,磨损率也明显大于与H13钢对摩时.添加Fe_2O_3后,纳米颗粒在H13和GCr15钢表面迅速相互黏着并形成保护性的摩擦氧化物层,导致磨损率急剧下降,且随载荷增加仅轻微波动.而较软45钢基体对摩擦氧化物层的支撑能力较弱,摩擦氧化物层破碎,高载下磨损率明显大于低载下.     

偶件表面粗糙度对碳纤维增强尼龙复合材料摩擦学性能的影响

在栓-盘摩擦磨损试验机上考察了干摩擦条件下偶件表面粗糙度对碳纤维增强尼龙（PA1010）复合材料摩擦学性能的影响,采用不迩显微镜观察分析了偶件表面转移膜的形貌。结果表明,碳纤维能够明显提高PA1010的耐磨性能,当碳纤维增强相的质量分数为10%和20%时,增强PA1010复合材料的磨损率比非增强PA1010的降低3～6倍。这是由于碳纤维起到了承载作用并具有较强的抗犁削能力所致,磨损表面形貌光学显微分析表明：磨损前后偶件表面形貌发生了明显的变化;当偶件表面粗糙度Ra处于0.11～0.13um范围内时,复合材料的摩损率最低;随Ra值的增大或减小微切削和转移膜疲劳脱落加剧致使复合材料的磨损率快速增大。     

锡青铜梯度自润滑复合材料的摩擦学性能

利用粉末冶金工艺设计和制备了新型润滑材料——锡青铜梯度自润滑复合材料;在MM-200型摩擦磨损试验机上考察了其摩擦学性能,利用扫描电子显微镜观察分析了磨损表面形貌,进而探讨了其摩擦磨损机理.结果表明:锡青铜梯度自润滑复合材料摩擦学性能优异,且偶件损伤轻微;所研制的锡青铜梯度自润滑复合材料的摩擦学性能优于目前国内常用的金属润滑材料555铅青铜、6501锡青铜以及进口多层金属润滑材料;锡青铜梯度自润滑复合材料的优异减摩抗磨性能取决于其特殊的梯度结构.     

用等离子体增强化学气相沉积技术制备类金刚石碳薄膜的摩擦磨损性能研究

利用射频-直流等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅衬底上沉积类金刚石碳薄膜,采用激光拉曼光谱仪和原子力显微镜对薄膜的结构和表面形貌进行表征,采用纳米压痕仪测定薄膜的硬度,并用UMT型微摩擦磨损试验机考察了薄膜在不同试验条件下的摩擦磨损性能.结果表明:所制备的类金刚石碳薄膜表面光滑致密且硬度较高;在干摩擦条件下与GCr15钢球或Al2O3球配副时显示出良好的减摩抗磨性能,摩擦系数较低,耐磨寿命较长,而在水润滑条件下同Al2O3球配副时发生灾难性磨损.     

中碳钢/不锈钢磁场摩擦中磨屑的行为和作用

以45钢销/302不锈钢盘摩擦副为研究对象，采用自制的销、盘摩擦磨损试验机，研究了直流磁场作用下磨屑在摩擦过程中的行为及其对摩擦磨损性能的作用. 为此分析了有、无磁场作用下磨屑在磨损面上的分布特点，利用扫描电镜观察了磨屑及45钢销磨损面的形貌，采用三维形貌仪表征了磨损面特征区域的相对高度. 与无磁场时的摩擦磨损情况相比，磁场作用下45钢销的磨损量有所增大，而摩擦系数稍有减小. 摩擦过程中出现了302不锈钢盘向45钢销的材料转移并形成了不连续的转移层，该转移层相对高度较大，承担了主要的摩擦磨损并趋于平滑. 磁场作用下45钢销磨损面吸附少量磨屑并使之细化和氧化，该吸附磨屑在一定程度上减小了摩擦副的摩擦系数，并阻碍试样之间的材料转移，从而增加了45钢销的磨损量.      

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。     

水润滑条件下磨粒尺寸对橡胶密封副摩擦学行为的影响

磨粒磨损是各类机械橡塑密封装备的一种典型失效形式. 本文中开展了水润滑条件下磨粒尺寸对O型橡胶密封配副摩擦学行为的影响研究，分析了不同颗粒尺寸下的摩擦系数时变特性，探讨了不同运行阶段下的磨损形貌、颗粒运动特性和损伤失效机制. 结果表明:颗粒尺寸对橡胶/金属密封副的摩擦学性能有重要影响；研究发现了影响摩擦系数和损伤机制的两个颗粒尺寸临界值；当颗粒尺寸大于临界值约75 μm时，颗粒难以穿过密封界面，但少数颗粒能嵌入到摩擦副的接触区两侧，犁削作用下的金属表面产生较深的犁沟；当颗粒尺寸介于两临界值内时，接触副两侧形成“颗粒嵌入带”，颗粒以单独或颗粒群形式嵌入到橡胶内，尽管犁削了配副金属但也起到了良好的承载作用，表现出较低的摩擦系数并减缓了橡胶的磨损；当颗粒尺寸约小于另一临界值12.5 μm时，颗粒能较自由地通过摩擦界面，对配副金属表面起到了抛光效应，但也加速了橡胶的冲蚀磨损，橡胶磨损表面呈现“突脊-犁沟-突脊”交替特征，因此工程上应尽量避免此类现象的发生.      

类金刚石涂层在不同载荷和湿度下的摩擦特性

利用磁过滤阴极弧等离子体沉积装置在单晶硅基底上制备了类金刚石涂层，采用原子力显微镜和纳米压痕仪测定了其表面形貌及硬度，在DF－PM型动－静摩擦系数精密测定仪上考察了涂层在不同载荷及湿度下同GCr15钢对摩时的摩擦性能。结果表明，在不同环境湿度条件下DLC涂层的摩擦性能明显不同，这主要归因于转移膜形成机理的不同；在3N载荷下，DLC涂层同GCr15钢对摩时的摩擦系数相对较小，且较为稳定；当环境湿度增大至100％时，摩擦系数显著增大，并发生类似于含氢类金刚石涂层的灾难性磨损。     

聚全氟乙丙烯的微动磨损

研究了球－盘点接触和面接触微动条件下聚全氟乙丙烯（以下简称ＦＥＰ）的微动磨损特性。发现球－盘接触对ＦＥＰ的微动磨损以带状磨屑挤出为主。而常规负荷条件下的球－盘接触形式并不适合于研究聚合物的微动磨损。采用面接触形式可以显著降低接触应力，同时也便于对聚合物微动表面的观测。结果表明，在面接触条件下，ＦＥＰ的微动损伤表面可明显地分成３个区：中心区为磨屑产生区；高应力区为磨屑阻挡区；阻挡区之外为轻微滑动区，     

纤维增强铸型尼龙在水润滑条件下的摩擦磨损性能研究

考察了玻璃纤维和碳纤维增强MC尼龙在水润滑条件下的摩擦磨损特性,并借助扫描电子显微镜和表面形貌仪分析了磨损机理。结果表明：在水润滑条件下,纤维增强MC尼龙的摩擦系数比干摩擦下的低,耐磨性优于未增强的基体材料;其中碳纤维增强MC尼龙比玻璃纤维增强MC尼龙具有更低的摩擦系数和更高的耐磨性能;碳纤维增强MC尼龙的磨损机理主要是粘着转移,同时伴有犁削作用,而玻璃纤维增强MC尼龙的磨损机理主要是犁削作用。