倾斜摆动条件下衬垫改性对自润滑关节轴承摩擦学性能的影响

本文中通过对PTFE纤维/芳纶纤维混合编织衬垫分别进行稀土处理和丙酮处理,研究了在倾斜摆动条件下衬垫改性对自润滑关节轴承摩擦学性能的影响,并用扫描电子显微镜(SEM)以及三维形貌仪分析了衬垫磨损表面微观形貌.研究结果表明:与未经改性处理衬垫的轴承相比,经稀土处理和丙酮处理后自润滑关节轴承减磨耐磨性能均得到提高,其中在高摆频工况下,衬垫经稀土处理后自润滑关节轴承减摩耐磨性能得到更大程度的提高;稀土处理轴承衬垫仅出现轻微黏着磨损,这是由于稀土处理过程增强了衬垫层的自润滑功能.     

后热处理对304不锈钢激光熔覆Ni60/h-BN自润滑耐磨复合涂层组织和摩擦学性能的影响

采用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备了Ni60/h-BN自润滑耐磨复合涂层,对涂层在600℃(去应力退火)进行1 h和2 h热处理,分析了热处理前后复合涂层的显微组织、硬度和摩擦学性能的变化.结果表明:三种涂层中,热处理1 h后涂层的显微硬度最大(最高值HV0.5765.0),在10 N干摩擦条件下,其摩擦系数为0.39,磨损率为3.37×10~(–6)mm/(Nm),该涂层表现出最好的耐磨减摩性能,磨损机理主要表现为轻微的磨粒磨损;未热处理的涂层摩擦系数为0.53,磨损率为6.39×10~(–6) mm/(Nm),磨损机理主要表现为脆性断裂、黏着磨损和磨粒磨损;热处理2 h后的涂层摩擦系数为0.39,磨损率为5.29×10~(–6)mm/(Nm),磨损机理主要表现为磨粒磨损和轻微黏着磨损.在本文试验条件下,后热处理1 h可有效提高激光熔覆自润滑耐磨涂层的硬度并改善其耐磨减摩性能.     

石墨烯改性聚苯硫醚涂层的摩擦学行为

采用氧化-分散-还原法制备亲有机性的石墨烯,X射线衍射分析表明获得预期产物. 采用喷涂法制备了聚苯硫醚（PPS）/聚四氟蜡/石墨烯复合涂层,摩擦学性能测试结果表明复合涂层的摩擦系数低于纯PPS涂层,而抗磨寿命明显高于纯PPS涂层,石墨烯的最佳添加量为0.8 Phr（g/100g）. 纯PPS涂层的磨损形式为严重的黏着磨损,而复合涂层以磨粒磨损为主,当石墨烯含量较高时出现疲劳磨损. 纯PPS涂层的对偶环表面呈现厚而不连续的转移膜且存在较多垂直滑动方向的裂纹,而复合涂层的对偶环形成均匀坚韧的转移膜,转移膜的形貌与涂层的摩擦学性能相对应.     

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.     

生物形态木质陶瓷的摩擦学性能研究

采用甘蔗渣浸渍环氧树脂后真空烧结制备生物形态木质陶瓷.研究了木质陶瓷的孔径分布及孔隙度,采用摩擦磨损试验机评价了木质陶瓷在干摩擦状态下的摩擦学性能,分析了木质陶瓷磨损后的表面形貌,简要讨论了木质陶瓷的磨损机理.研究表明：木质陶瓷的磨损机理主要以磨粒磨损和黏着磨损共同作用.木质陶瓷能够在磨损表面形成1层碳膜,具有良好的自润滑作用.甘蔗渣含量较高时,孔隙度较大,摩擦系数较大,磨损率较高,木质陶瓷的磨损主要表现为严重磨粒磨损,磨损表面无法形成碳膜.     

新型PPESK/聚四氟乙烯共混物的力学和摩擦磨损性能研究

采用挤出注塑加工成型法制备不同含量的新型注塑级杂萘联苯聚芳醚砜酮(m-PPESK)与聚四氟乙烯(PTFE)共混物,对共混物的力学性能及其摩擦磨损性能进行研究,并通过扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌.结果表明,m-PPESK/PTFE共混物的拉伸强度、弯曲强度和非缺口冲击强度均随着PTFE含量的增加而降低,但在PTFE的质量分数低于15%时,m-PPESK/PTFE共混物能够保持较高的机械强度.PTFE的加入可以显著降低m-PPESK的摩擦系数和磨损率,在PTFE质量分数为25%时,摩擦系数和磨损率均降至最小值.m-PPESK/PTFE共混物的磨损机理主要为粘着磨损和磨粒磨损.     

基于SSiC-M120D配副的不同表面形态构筑下磨损性能分析

采用激光加工织构化图案和热丝化学气相沉积法(CVD)的方式在无压烧结碳化硅(SSiC)表面制备了无织构金刚石薄膜(SSiC-D)和螺旋槽织构复合金刚石薄膜(SSiC-DC)试样.研究了SSiC-M120D配副在不同表面形态下的摩擦磨损性能,结合扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和拉曼光谱以及X射线衍射(XRD)分析其磨损机理.结果表明：镀金刚石薄膜使碳化硅试样摩擦表面的黏着磨损和磨粒磨损程度明显减少,试验后碳元素含量仍保持在90%以上,SSiC-D/M120D和SSiC-DC/M120D的摩擦系数显著降低,同时端面温度分别为64.3和61.2℃,较SSiC/M120D的161.2℃分别下降了60.11%和62.03%.试验后磨痕处的ID/IG仅分别为0.86和0.94,表面缺陷程度较小.采用螺旋槽织构复合金刚石薄膜配对方式的摩擦副SSiC-DC/M120D摩擦学性能最佳,微织构有利于散热和存储磨屑,可进一步减少表面黏着磨损,试验后的磨损率最低.     

PTFE及UHMWPE改性PA6复合材料的摩擦学性能研究

采用熔融共混法制备了聚四氟乙烯(PTFE)和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)改性的两种聚酰胺6(PA6)复合材料,研究了改性PA6复合材料的摩擦学性能,通过扫描电子显微镜观察复合材料的磨损表面,并对其磨损机理进行了分析.结果表明:使用单一润滑剂改性,添加量相同时,PTFE比UHMWPE改性的PA6复合材料具有更优的摩擦学性能;使用复合润滑剂改性时,PA6复合材料获得了比使用单一润滑剂改性时更好的摩擦学性能;添加不同种类的固体润滑剂,PA6复合材料的磨损表面呈现不同的形态特征,表现出不同的磨损机理.     

聚苯硫醚复合材料在柴油润滑状态下的摩擦学性能研究

分别以短切碳纤维(SCF)、铜(Cu)、氧化铜(CuO)和硫化铜(CuS)微米颗粒作为填料,通过热压成型制备了系列的聚苯硫醚(PPS)复合材料.利用环-块摩擦磨损试验机,研究了PPS复合材料在柴油润滑状态下的摩擦学性能,结合摩擦表面形貌、转移膜结构和摩擦化学分析,研究了摩擦学机理.结果表明:填充微米颗粒后,PPS复合材料在柴油润滑状态下的摩擦学性能均有不同程度的提高.加入SCF后,PPS表现出最好的耐磨性;Cu和CuS颗粒显著降低PPS的摩擦系数.在此基础上,进一步探究了SCF/Cu、SCF/CuS两组复合填料分别对PPS材料摩擦学性能的影响.研究发现:复合填充SCF和CuS填料后,PPS复合材料的摩擦学性能最佳.SCF和CuS表现出显著的协同效应:SCF提高PPS材料的承载能力和耐磨性;CuS在摩擦界面发生摩擦化学反应,促进具有润滑特性转移膜的形成.     

增强纤维对陶瓷基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用热压烧结法制备纤维增强陶瓷基摩擦材料,研究了钢纤维、钢纤维/莫来石纤维、莫来石纤维、钢纤维/硅酸铝纤维以及硅酸铝纤维增强陶瓷基摩擦材料的摩擦磨损特性.研究结果表明:不同纤维对陶瓷基摩擦材料摩擦系数的影响较为复杂.相比较添加单一纤维增强摩擦材料的情况,钢纤维增强的试样具有较好的耐磨性能,其次为莫来石纤维增强的试样,硅酸铝纤维增强的试样表现出最差的耐磨性能,钢纤维/莫来石纤维和钢纤维/硅酸铝纤维增强试样的磨损均低于相应的陶瓷纤维增强的试样;在高温下以莫来石纤维增强的试样,其磨损形式以磨粒磨损为主,而以硅酸铝纤维和钢纤维/硅酸铝纤维增强的试样的主要磨损形式为黏着磨损,钢纤维和钢纤维/莫来石纤维增强的试样的磨损属于磨粒磨损和黏着磨损.     

钛硅多元掺杂类金刚石薄膜在不同气氛环境下的摩擦学性能研究

采用中频磁控溅射技术在单晶硅表面制备了钛硅多元掺杂的含氢类金刚石薄膜. 在球-盘摩擦试验机上考察了不同气氛环境对薄膜摩擦学性能的影响. 利用扫描电子显微电镜和拉曼光谱分析了磨损表面形貌和转移层结构, 探讨了薄膜的摩擦磨损机理. 结果表明:薄膜在真空和氮气环境下摩擦系数较小、磨损率低,表现为磨粒磨损;在氧气和高湿度大气环境下摩擦系数较大、磨损率高,表现为黏着磨损;在低湿度空气环境下薄膜摩擦系数最低,表现为磨粒磨损和黏着磨损混合磨损机理;转移层发生摩擦诱导石墨化和聚乙炔链C=C键双氢化两种摩擦化学过程.     

海水环境中环氧值对环氧树脂涂层摩擦学性能的影响研究

环氧树脂是一类具有优异的粘接、耐腐蚀和电气绝缘等性能的高强度热固性高分子材料,在黏结剂、防腐涂料和复合材料方面展现出广阔的应用前景,其摩擦学行为与环氧值密切相关.本研究中采用线棒涂布器在铸铁表面分别制备了3种具有不同环氧值的环氧树脂涂层.借助傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、纳米压痕仪、热重/差热综合热分析仪(TG/DTA)、UMT-3摩擦磨损试验机和表面轮廓仪研究了涂层的结构、硬度、耐热性及摩擦学性能.研究结果表明:涂层在干燥条件和海水环境中的摩擦系数和磨损率均随环氧值的增大而升高;海水环境中涂层的摩擦系数和磨损率均较干燥条件下低.涂层的磨损机理在干燥条件下包括了疲劳磨损、黏着磨损和磨粒磨损,而在海水中仅为疲劳磨损.本研究成果为高性能防腐耐磨涂层的设计与应用提供理论指导.     

高浓度过氧化氢中AlCoCrFeNiCu 的摩擦学性能研究

为研究AlCoCrFeNiCu高熵合金在强氧化的过氧化氢介质中的摩擦学性能,采用销盘磨损试验机测试了AlCoCrFeNiCu合金与3种工程陶瓷组成摩擦副在90％过氧化氢介质中的摩擦学性能,采用SEM、EDS、白光共焦显微镜等分析了磨损表面,并且探讨了高熵合金与3种陶瓷配副在高浓度过氧化氢中的磨损机理.结果表明:在高浓度过氧化氢中,AlCoCrFeNiCu合金与碳化硅和氮化硅陶瓷配副具有较低的摩擦系数和较小的磨损;AlCoCrFeNiCu/ZrO₂摩擦副的主要磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损,同时伴随有氧化磨损;AlCoCrFeNiCu/SiC摩擦副和AlCoCrFeNiCu/Si₃N₄摩擦副的主要磨损机制为抛光型氧化磨损并伴随有轻微的三体磨粒磨损;AlCoCrFeNiCu/Si₃N₄摩擦副还伴随有边界润滑效应.     

温度对电沉积纯银镀层和纯银/银石墨复合镀层磨损性能和行为的影响

本文中使用电沉积方法在铜基表面分别制备了纯银镀层和纯银/银石墨复合镀层,研究了不同温度下两种镀层的磨损性能和行为.研究表明:室温至120℃,纯银镀层磨损机理为轻微的黏着磨损,摩擦系数稳定在0.35~0.45左右,磨损率为3×10~(-14) m~3/(N·m)左右;240~480℃,镀层磨损机理为明显的黏着磨损,磨损率急剧增加,摩擦系数不稳定.纯银/银石墨复合镀层在室温至240℃的磨损机理为轻微的黏着磨损,平均摩擦系数在0.1左右,磨损率增加缓慢;当温度超过240℃时,由于抗高温石墨膜的破裂,出现了严重的塑性变形;480℃时,复合镀层磨损机理主要表现为明显的磨粒磨损,摩擦系数不稳定,磨损率达到46×10~(-14) m~3/(N·m),耐磨性优于纯银镀层.     

球形WC增强铁基复合等离子堆焊层的组织与摩擦学性能

为提高304不锈钢的摩擦学性能,将质量分数为30%和60%的球形WC添加到铁基复合粉末,采用等离子堆焊技术在其表面制备了WC增强铁基复合涂层.分析其显微组织结构、物相和显微硬度,在恒定载荷(50 N)和滑动速度(20 mm/s)下进行干摩擦磨损试验,研究其干滑动摩擦学性能.结果表明:富含Cr的固溶强化奥氏体、高硬度的Cr7C3和WC增强相的存在,提高了WC增强铁基堆焊层的硬度,30%WC和60%WC涂层的显微硬度达到HV0.2665和HV0.2724,比铁基涂层提高了21.1%和31.9%,是304基体的3.7和4倍;30%WC和60%WC涂层的摩擦系数和磨损率分别为0.59和2.639×10~(–6) mm~3·N~(–1)·m~(–1),0.42和1.111×10~(–6) mm~3·N~(–1)·m~(–1).30%WC和60%WC涂层均表现出优异的耐磨性能,其磨损机理分别为黏着磨损和二体磨粒磨损的混合机制,和三体磨粒磨损.     

原子氧辐照对填充聚酰亚胺复合材料结构和摩擦学性能的影响

采用热压成型制备了固体润滑剂填充改性的聚酰亚胺(PI)复合材料,用一定剂量的原子氧对改性的PI复合材料表面进行辐照处理.利用X-射线光电子能谱仪(XPS)和傅里叶红外光谱仪(FTIR-ATR)分析了辐照前后PI复合材料的结构变化,并采用UMT摩擦磨损试验机评价了原子氧辐照前后改性PI复合材料的摩擦学性能,最后用扫描电子显微镜(SEM)分析了PI复合材料的磨损表面.结果表明:原子氧辐照后PI复合材料的树脂以及填充相发生了一定程度的氧化,其表面树脂分子链发生了部分断裂和降解,表面粗糙、碎屑增多,导致复合材料的摩擦系数增大,摩擦学性能下降,辐照前后复合材料的磨损机理发生了变化,辐照前复合材料主要表现为黏着磨损,辐射后表现为轻微犁削和磨粒磨损.     

聚酰胺酰亚胺/聚四氟乙烯复合涂层的制备及其摩擦学性能和耐腐蚀性能

制备了具有良好摩擦学性能和优异耐腐蚀性能的聚酰胺酰亚胺/聚四氟乙烯(PAI/PTFE)多功能复合涂层. 采用CSM摩擦磨损试验机评估了涂层的摩擦学性能,采用P4000A电化学工作站研究了PAI/PTFE复合涂层在质量分数为3.5% NaCl溶液中的抗电化学腐蚀性能. 重点研究了PTFE与PAI的固体质量比对涂层摩擦学性能和耐腐蚀性能的影响. 结果表明:适量PTFE的引入极大增强了PAI涂层的摩擦学性能和耐腐蚀性能. 特别是,当PTFE与PAI的固体质量比为0.6时,涂层的摩擦学性能最佳,摩擦系数为0.075,磨损率为3.72×10-6 mm3/(N·m). 当PTFE与PAI的固体质量比为1时,复合涂层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中浸泡240 h后涂层的低频阻抗值∣Z∣_{0.01 Hz}高达3.83×109 Ω?cm2,仍表现出较好的耐腐蚀性能. 此外,经过240 h中性盐雾试验,复合涂层表面没有出现起泡、生锈等现象. 复合涂层具有如此优异的摩擦学性能和耐腐蚀性能归因于PTFE优异的润滑性能以及涂层对腐蚀介质阻隔性能的增强.      

雨水环境下PTFE/Kevlar编织材料摩擦学性能研究

针对川西平原地区实际降雨环境,开展了PTFE/Kevlar航空器关节轴承衬垫材料往复磨损试验,通过分析摩擦系数、磨痕损伤形貌以及磨损表面化学成分的演变规律,探究了雨水环境下PTFE/Kevlar编织材料的摩擦磨损特性.结果表明：雨水环境下PTFE/Kevlar轴承衬垫材料磨损损伤行为表现为PTFE纤维变形、破碎、转移以及Kevlar纤维变形和疲劳断裂.雨水环境下PTFE/Kevlar轴承衬垫材料的磨损过程可分为3个阶段：前期(N<1000)、中期(1000≤N<5000)和后期(N≥5000),分别是PTFE逐渐转移阶段、PTFE转移膜形成阶段以及转移膜破坏阶段.从磨损前期到中期,摩擦系数减小,最大磨痕宽度和最大磨痕深度增加,磨痕区域F元素含量增加、C元素含量减少;从磨损中期到后期,摩擦系数增加并波动,最大磨痕宽度和最大磨痕深度持续增加,磨痕区域F元素含量减小、C元素含量增加.结果表明雨水环境会促使转移膜快速剥落和破坏,因此,应尽量避免自润滑PTFE/Kevlar衬垫型关节轴承长时间在阴雨天气下使用.     

载荷和转速对铜合金材料摩擦磨损性能的影响

采用MMW-1A摩擦磨损试验机,对比研究干摩擦条件下,载荷和转速对QSn7-0.2、CuZn31Si1和Cu9Ni6Sn三种铜合金材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析磨损表面形貌及元素成分,讨论了QSn7-0.2、CuZn31Si1和Cu9Ni6Sn的磨损机理. 结果表明:当载荷和转速增大时,平均摩擦系数和磨损率为Cu9Ni6Sn＜CuZn31Si1＜QSn7-0.2. 当载荷增大时,QSn7-0.2的磨损机理由磨粒磨损逐渐加剧转变为黏着磨损;CuZn31Si1的磨损机理由塑性变形磨损加重并伴有轻微的磨粒磨损转变为磨粒、黏着磨损;Cu9Ni6Sn的磨损机理由轻微的磨粒、塑性变形磨损转变为疲劳磨损. 当转速增大时,QSn7-0.2的磨损机理由塑性变形磨损加重转变为黏着磨损,整个过程伴随着轻微的磨粒磨损;CuZn31Si1的磨损机理由磨粒磨损转变为塑性变形磨损;Cu9Ni6Sn的磨损机理由轻微的磨粒磨损转变为磨粒磨损与塑性变形磨损共存.      

Ti6Al4V合金激光熔覆Ti3SiC2增强Ni60复合涂层组织与摩擦学性能

为了提高Ti6Al4V合金的耐磨减摩性能,在其表面利用激光熔覆技术制备出两种不同配比的Ti₃SiC₂/Ni60复合涂层,分别是5%Ti₃SiC₂+Ni60(N1)和10%Ti₃SiC₂+Ni60(N2)(均为质量分数),研究了这两种涂层在室温、300和600 ℃下的微观组织、显微硬度、摩擦学性能表现及相关磨损机理. 结果表明:涂层主要由硬质相TiC/TiB/Ti_xNi_y,γ-Ni固溶体连续相和润滑相Ti₃SiC₂组成. N1、N2涂层的显微硬度均为基体(350HV_0.5)的3倍左右,分别为1 101.90HV_0.5 和1 037.23HV_0.5 ,在室温、300和600 ℃下的摩擦系数分别为0.39、0.35、0.30和0.41、0.45、0.44,均小于基体的摩擦系数(0.51、0.49、0.47). N1、N2涂层在室温、300和600 ℃下的磨损率分别为3.07×10?5、1.47×10?5、0.77×10?5 mm3/(N·m)和1.45×10?5、0.96×10?5、0.62×10?5 mm3/(N·m),均远小于基体[35.96×10?5、25.99×10?5、15.18×10?5mm3/(N·m)]. 在本文中Ti₃SiC₂提高了Ti6Al4V合金的耐磨减摩性能,使得N1涂层表现出更好的减摩性能,N2涂层表现出更好的耐磨性能. 室温下,磨粒磨损、塑性变形以及轻微的黏着磨损为两种涂层的主要磨损机理;300 ℃时,塑性变形、氧化磨损和黏着磨损是N1涂层的对应机理,600 ℃时出现了三体磨粒磨损;在300和600 ℃时,黏着磨损、氧化磨损及磨粒磨损为N2涂层的主要磨损机理.