硅相锌基复合材料减摩抗磨性能的研究

为了改善锌铝合金在干摩擦条件下的耐磨性能，拓宽它的工程应用范围，在其中添加质量分数为１０％的Ｓｉ，同时以质量分数０．１％～０．３％的Ｐ－Ｃｕ对硅相进行变质处理，研制出硅相增强锌基复合材料，并且对这种材料的减摩抗磨性能进行了试验研究．结果表明：硅相锌基复合材料分别在干摩擦和２０＃机械油滴油润滑条件下的减摩抗磨性能良好．扫描电子显微镜观察发现，硅相锌基复合材料中的硅相经变质处理得以细化和分布均匀化，这对改善锌铝合金的综合性能具有重要作用；由于硅相的硬度远比基体的高，在滑动摩擦过程中可以起支撑作用，减少偶件与基体的直接接触而降低摩擦磨损     

石墨及氧化铝增强AZ91D-Cex基复合材料的磨损性能研究

采用预制体和挤压铸造结合法制备以AZ91D-Cex镁合金为基体,Al2O3短纤维和石墨颗粒混杂增强复合材料,分析不同稀土含量下复合材料的显微组织并测量其硬度,同时考察载荷对复合材料磨损性能的影响.结果表明:复合材料中石墨和Al2O3短纤维分布均匀,与基体结合紧密,稀土Ce沿石墨和Al2O3短纤维的边界富集,其结构为Al3Ce相;复合材料的硬度随稀土含量增加而提高,其中含1.0?合金复合材料的硬度最高;复合材料的磨损率随着稀土含量增加而降低,在20N时3种复合材料的磨损率差别不大,在180N时,含1.0Ce合金的耐磨性最佳.这是由于石墨作为润滑相对摩擦表面起到润滑作用,同时稀土强化相Al3Ce的热稳定性较好,在高载荷时具有较好承载能力,延迟了磨损表面由轻微磨损向剥层磨损的转变.在低载荷时复合材料的磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损,在高载荷时为剥层磨损.     

Cu-2Ni-5Sn-(石墨+PbO)自润滑复合材料高温摩擦学性能的研究

采用粉末冶金工艺制备了Cu-2Ni-5Sn-(石墨+PbO)系自润滑复合材料,并采用XRD、SEM、万能材料试验机和高温摩擦磨损试验机等研究了微观组织、力学性能和室温至500℃下的摩擦学性能.结果表明:石墨+PbO复合固体润滑剂质量分数为8%时,该复合材料综合摩擦磨损性能最优.Ni的加入能提高基体的力学性能.随着温度的增加,该复合材料的摩擦系数几乎保持稳定,磨损率先缓慢增加,后急剧增加.室温时磨损表面形成以石墨为主成分的润滑膜起主要润滑作用,磨损机理主要为轻微塑性变形和局部剥落.300℃时,由PbO(Fe_2O_3)6、石墨和Cu_2O组成的致密润滑膜是Cu-2Ni-5Sn-(石墨+PbO)自润滑复合材料具有良好润滑性的主要原因,磨损机理主要包括复合材料塑性变形、局部剥落和轻微的黏着磨损.500℃时,主要由PbO(Fe_2O_3)6、石墨、Cu_2O和Cu O组成的复合润滑膜起到了润滑作用,磨损机理主要为石墨周边区域基体脱落及塑性变形引起的剥落和氧化磨损.     

铝基石墨复合材料的摩擦特性与机理分析

研究了低速、低载荷滑动摩擦条件下铝基石墨复合材料的摩擦学特性．结果表明：在相对滑动初期,复合材料的摩擦系数与基体合金相近;随着摩擦过程的进行,复合材料的摩擦系数逐渐下降并最终趋于稳定;石墨含量越高,达到稳定摩擦系数所需的时间越短;摩擦系数的变化与摩擦表面石墨成膜过程相对应;摩擦系数达到稳定状态时自润滑膜覆盖面积大约为摩擦表面的８５％ ,这时自润滑膜在摩擦表面上生成和剥落过程达到动态平衡．     

铸造铝硅合金-石墨复合材料的磨损特性

作者对铸造铝硅合金-石墨复合材料的磨损特性进行了研究,比较了含石墨与不含石墨的铝硅合金的耐磨性,並用扫描电镜对它们的磨损机理进行了考察。结果表明,铸造铝硅合金-石墨复合材料是一种摩擦性能良好的减摩材料,其在油润滑条件下的耐磨性比基体合金的高,在干摩擦、低载荷时的耐磨性也比较好。     

原位TiC颗粒增强灰铸铁复合材料的组织及其摩擦磨损性能

采用原位反应铸造法制备了TiC颗粒增强灰铸铁复合材料,并考察了复合材料的组织、力学性能和摩擦磨损性能．结果表明：随着合金熔体中Ti含量增加,复合材料中TiC颗粒的数量增加,尺寸减小,而石墨的数量降低,且其形态由片状转化为点状;含有大量TiC颗粒及少量点状石墨的复合材料的力学性能和耐磨性优良,即使在较高载荷下,复合材料中的TiC颗粒和点状石墨仍具有协同减摩抗磨作用,从而使得复合材料的摩擦磨损性能优于普通灰铸铁．     

石墨对三氧化二铝/铜金属陶瓷复合材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金技术制备了Al2O3／Cu石墨复合材料；采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了石墨对Al2O3／Cu基金属陶瓷复合材料摩擦磨损性能和硬度的影响；采用扫描电子显微镜分析了复合材料磨损表面形貌．结果表明：Al2O3／Cu基复合材料的摩擦系数随石墨含量的增加而降低，当石墨含量大于1.0％后，摩擦系数降低明显；当石墨含量低于3％时，Al2O3／Cu基复合材料的磨损体积损失随石墨含量的增加而降低；当石墨含量低于2．0％时，石墨对Al2O3／Cu基复合材料的硬度无明显影响；当石墨含量超过3．0％后，Al2O3／Cu基复合材料的硬度随石墨含量的增加迅速降低；此外，石墨使得Al2O3／Cu基复合材料磨损表面的微裂纹减少、裂纹长度缩短；当石墨含量达到2．5％时，复合材料磨损表面微裂纹消失．这是由于石墨在磨损表面形成固体润滑膜，从而降低摩擦力并减少裂纹源所致．     

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).      

(Ni-P)-石墨复合镀层的耐磨减摩行为

利用电沉积工艺制备了(Ni-P)-石墨复合镀层,并在环-块试验机上对其摩擦系数、磨损率和摩擦力矩进行了试验研究,认为正确选择复合镀层的对磨副是发挥镀层中石墨减摩作用的关键之一,配副双方的强度(或硬度)应基本相当而且不易发生粘着。文章还报道了对复合镀层中磷与石墨含量之最佳配比的考察结果。同时,作者还结合磨屑与磨痕形貌的观察结果等提出了石墨减摩膜形成过程的模型,并指出外载荷是影响石墨减摩膜稳定存在的重要因素。     

基体偏压对磁控溅射类石墨镀层摩擦磨损性能的影响

利用4靶非平衡磁控溅射离子镀技术在Si（100）和W6Mo5Cr4V2高速钢基体上沉积类石墨镀层,研究了基体偏压与类石墨镀层的显微硬度、摩擦系数、比磨损率的关系,采用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）分析了基体偏压对镀层的表面、断面形貌及微观结构的影响.结果表明：随着基体偏压值的增大,镀层的沉积速率下降,显微硬度和结合强度先增后降,摩擦系数和比磨损率则先降后升.不同偏压对应了不同的显微结构,当基体偏压为-65 V左右,镀层具有良好的力学性能和减摩耐磨性能,对应镀层表面光滑、结构致密,断面呈细纤维结构,镀层由C、Cr和CrCx纳米晶粒组成非晶结构.     

Al-Zn基耐磨合金的摩擦磨损特性

本文根据滑动轴承材科的性能要求,对自行研制的Al-Zn基耐磨合金的摩擦学性能与ZQSn 6-6-3等的进行了对比试验研究。结果表明,在给定的试验条件下,Al-Zn基耐磨合金的减摩性能、耐磨性能和承载能力都比ZQSn6-6-3的好,且其小含稀贵金属(材料易得),可以作为ZQSn6-6-3的替代材料制作滑动轴承配件。     

高含量SiC颗粒增强铝基复合材料的增摩特性研究

汽车轻量化是当今汽车工业发展的主旋律.针对制动盘的轻量化,研究了SiC颗粒增强铝基复合材料与摩擦材料干滑动的摩擦行为,并探讨了其增摩的机理.结果表明:随SiC质量百分数从50%增加到55%,最大静摩擦系数增大了约80%.两对摩擦副的静摩擦系数随压力增大均明显增大,随滑动速度提高则呈先增后减的趋势.干滑动摩擦导致的摩擦表面温度升高造成基体软化,增强相脱落,且使得磨损机理由磨粒磨损向黏着磨损转变,从而严重影响摩擦系数的稳定性.     

AZ91镁合金及其Al2O3纤维-石墨颗粒混杂增强复合材料的滑动摩擦磨损性能研究

利用挤压铸造法制备了单-A12O3短纤维增强及A12O3短纤维一石墨(Gr)颗粒混杂增强AZ91镁合金复合材料，考察了镁合金及其复合材料的滑动摩擦磨损性能．结果表明，复合材料的耐磨性能优于基体合金，其中单一A12O3短纤维增强复合材料的耐磨性能更优，而混杂Gr颗粒的复合材料在磨损表面不能形成自润滑薄膜，故不能改善镁基复合材料在滑动干摩擦条件下的摩擦磨损性能．基体合金和单一A12O3短纤维增强复合材料的主要磨损机制为犁削磨损，而A12O3-Gr颗粒混杂增强复合材料的主要磨损机制为犁削和剥层破坏．     

炭纤维增强铜基复合材料摩擦磨损性能同其磨损表面形貌相关性研究

考察了炭纤维增强铜基复合材料的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜、电子探针X射线显微分析仪和表面轮廓测试仪等观察分析了复合材料磨损表面形貌和元素组成.结果表明,复合材料摩擦磨损性能及其磨损表面形貌与粗糙度同载荷及滑动速度密切相关,当载荷和速度小于某一临界值时,复合材料同钢对摩时的摩擦系数和磨损率均较小,而当载荷和速度超过临界值时,复合材料的摩擦系数和磨损率均大幅增大,复合材料磨损表面形成了由C、Cu和Fe等元素组成的固体润滑和防护薄膜,使得其在干摩擦条件下同钢对摩时的摩擦系数和磨损率均较低.     

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”引导和金属铜对扩展裂纹的钝化作用,使复合材料在保持铜合金高承载的同时显著提升材料的抗冲击破坏能力. 具有三维双连续结构的铜/石墨复合材料的抗弯强度可与块体663铜合金比拟,高达372±38 MPa,是均相铜/石墨复合材料抗弯强度的2.0倍左右. 此外,具有三维双连续结构的铜/石墨复合材料还具有更加优异的抗外载冲击破坏能力,其冲击韧性高达32.8±3.1 J/cm2,比均相铜/石墨复合材料的冲击韧性提高了11.1倍,甚至比块体663铜合金的冲击韧性高出2.2倍.      

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     

法向载荷和滑动速度对GCr15钢干滑动摩擦的影响

本文研究了在干滑动摩擦情况下,GCr15钢与YG8硬质合金对磨时的摩擦系数与法向载荷及滑动速度的关系。结果表明,摩擦系数是随着法向载荷和滑动速度的增加而降低。根据磨损表面发生的变化和磨损表面温度计算,作者认为法向载荷和滑动速度的增加使闪温增高,从而导致了摩擦磨损表面的局部熔化,即形成了边界润滑,故此摩擦系数降低,而且在较高的载荷和滑动速度条件下,不同显微组织材料的摩擦系数之差减小。     

铜-石墨材料摩擦学行为的研究

采用粉末冶金技术制备了铜-石墨烧结材料,通过定速摩擦试验机,研究了石墨含量与第三体形态的关系及对材料摩擦性能的影响.结果表明:石墨含量小于15%时,石墨对材料的孔隙度及摩擦温度影响明显,表现出材料的摩擦磨损性能与石墨含量密切相关,这归因于干摩擦条件下摩擦表面形成的含有石墨粒子的第三体对摩擦性能作用明显.石墨含量低,形成的第三体金属成分高,硬质金属的犁沟作用导致摩擦系数和磨损率较高.随石墨含量增加,第三体中的石墨含量增加,这导致第三体致密程度和黏着程度降低,松散易流动的第三体有利于降低犁沟程度,从而起到降低和稳定摩擦系数、减少磨损率的作用.     

碳纤维毡增强铝基复合材料的摩擦磨损性能研究

采用压挤渗透工艺制备了新型碳纤维毡增强铝基复合材料,在MG－2000型高速高温摩擦磨损试验机上考察了其摩擦磨损性质,结果表明：碳纤维毡增强铝基复合材料的摩擦磨损特性明显估于基体合金;复合材料经历由稳定磨损向严重磨损的转化;在稳定磨损阶段,复合材料的磨损表面存在由金属氧化物和碳膜共同构成的复合固体润滑膜,从而有效地改善复合材料的摩擦磨损性能。