新型C/C-Cu复合滑动导电材料电摩擦磨损行为研究

采用无压熔渗工艺制备一种新型的具有自润滑耐磨性能的炭纤维整体织物/炭-铜(C/C-Cu)复合材料,在改装的MM-2000型环-块摩擦磨损试验机上考察其载流摩擦磨损性能,探讨外加直流电对摩擦磨损行为的影响并分析其作用机理.结果表明:电流方向决定了复合材料摩擦面磨屑层存在与否,对摩擦系数有较大影响.正接条件下复合材料的摩擦系数和磨损率高于负接条件下.电流强度对C/C-Cu复合材料磨损率影响较为显著.随电流强度增大,磨损率增大,磨损机制由犁削磨损向黏着磨损转变.摩擦系数随电流强度的增大先升高后降低.     

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.     

电流对Mo2C改性C/C-Cu复合材料载流摩擦磨损性能的影响

通过对炭/炭坯体Mo_2C涂层改性并熔渗Cu制备了Mo_2C改性C/C-Cu复合材料,测试复合材料的载流摩擦磨损性能,研究电流强度对复合材料载流摩擦磨损性能的影响.结果表明电流由0增大至15A时,摩擦系数先减小后增大,5A时达最小值;复合材料体积磨损率逐渐增大;对偶磨损量在0~7.5A范围内较低,然后随电流增大而逐渐增大.电流较低时,磨损机制以磨粒磨损为主,随电流增大氧化磨损及黏着磨损程度提高,电流高至15A时,表现出了较明显的电弧侵蚀作用.     

碳纳米管增强铜基复合材料的载流摩擦磨损性能研究

采用粉末冶金方法制备了碳纳米管增强铜基复合材料(CNT/Cu),碳纳米管的体积分数分别为0%、5%、10%、12%和15%,在HST100载流摩擦磨损试验机上考察了有无电流2种状态下复合材料的摩擦磨损性能.结果表明:有电流条件下的摩擦系数和磨损率均比无电流条件下大,且表面磨损严重;载流条件下,随碳纳米管体积分数的增加,复合材料的摩擦系数和磨损率均降低,主导磨损形式由电气磨损逐渐过渡到黏着磨损.碳纳米管在复合材料中起到增强、减摩的作用.     

载流条件下碳纤维细编穿刺织物增强铜复合材料摩擦磨损性能研究

本文采用低压辅助熔渗法制备碳纤维细编穿刺织物增强铜(3D-Cf/Cu)复合材料,研究了载流条件下该复合材料的摩擦磨损特性.结果表明:载流条件下,由于电弧的作用,3D-Cf/Cu复合材料表面产生氧化磨损;载荷和速度一定时,随着电流的增大,3D-Cf/Cu复合材料的摩擦系数逐渐降低,磨损率逐渐增大.相同实验条件下,3D-Cf/Cu复合材料的摩擦磨损性能优于纯Cu.     

PAN炭纤维预制体对C/C复合材料滑动摩擦磨损行为的影响

以二维平纹编织叠层炭纤维坯体(2D)、二维无纬布/炭毡混合叠层针刺毡坯体(2DN)、三维正交编织炭纤维坯体(3D)为预制体,采用化学气相渗透结合树脂浸渍炭化技术进行增密,制备了4种C/C复合材料.在室温干态条件下测试4种C/C复合材料与表面镀Cr的40Cr钢配副时的滑动摩擦行为.结果表明:在试验载荷下,采用2D坯体增强的C/C复合材料摩擦系数最高;随载荷增加,其摩擦系数和磨损体积的波动幅度最大,分别为0.17和1.22mm3;采用2DN坯体的2种C/C复合材料摩擦系数较低,在0.13～0.17之间,且随时间延长呈下降趋势;其余2种坯体的C/C复合材料摩擦系数则上升.4种材料摩擦系数的波动幅度均逐渐降低.SEM观察表明:采用2D坯体C/C复合材料在低载荷下的摩擦表面粗糙,充满磨屑,高载荷下能形成了较松散的摩擦膜.而采用2DN、3D坯体的C/C复合材料摩擦表面部分形成了较完整、致密的摩擦膜,部分呈现显著的纤维磨损和摩擦膜大块剥落形貌.     

反应烧结Ti_3SiC_2/TiC复合材料摩擦磨损性能研究

采用无压反应烧结技术制备Ti3SiC2/TiC复合材料,利用XRD-7000型衍射仪、INSTRON-1195型电子万能试验机、JSM-6700F型扫描电子显微镜、HST-100型摩擦磨损试验机对Ti3SiC2/TiC复合材料烧结试样的相组成、抗弯强度、断口显微形貌和载流摩擦磨损性能进行了研究.结果表明:在1550℃下可制备得到均匀致密的Ti3SiC2/TiC复合材料;随着试样中TiC含量的增加,复合材料抗弯强度逐渐增大;当TiC质量分数达到18%左右时,抗弯强度明显增加,摩擦系数趋于稳定,磨损率快速下降;电流强度是Ti3SiC2/TiC复合材料摩擦磨损性能的主要影响因素,随着试验电流强度的增强,摩擦系数和磨损率明显增大;同时在摩擦表面生成一层熔融状氧化膜(非载流:SiO2、TiO2和FeTiO3载流:FeTiO3和Fe2.35Ti0.65O4),主要磨损形式为电弧烧蚀和氧化磨损.     

氮气气氛条件下钢/铜摩擦副的摩擦磨损特性研究

利用MMS-1G型销-盘式高温高速摩擦磨损试验机研究了氮气气氛条件下CrNiMo钢/H96黄铜配副的摩擦磨损特性,利用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌,采用能谱仪分析磨损表面及其磨屑的主要元素成分,并分析其磨损机理.结果表明:在氮气气氛条件下,摩擦系数随滑动速度和载荷(pv值)增加而减小;磨损率随pv值增加而增大;在逐步增加pv值的过程中,其磨损机制由粘着磨损转变为磨粒磨损和粘着磨损共同作用.     

PF/CNTs-Cu复合材料的制备及其载流摩擦磨损机理研究

以酚醛树脂(PF)、碳纳米管(CNTs)和泡沫铜(Cu)为原料,在反应釜内经无压浸渗和加压固化技术,制得一种新型PF/CNTs-Cu复合材料.在CSM摩擦磨损仪上,对不同CNTs含量的PF/CNTs-Cu复合材料进行了载流摩擦磨损测试.结果表明:未经CNTs改性的PF/Cu复合材料,摩擦系数和磨损率均最大,摩擦表面存在大量的犁沟痕迹,表现为典型的磨粒磨损.经CNTs改性后的PF/CNTs-Cu复合材料,载流摩擦磨损性能获得较大程度的改善.当CNTs质量分数在0.25%~1.0%范围内时,随着CNTs含量的增加,摩擦系数和磨损率逐渐减小,并在质量分数为1.0%时达到最小值.摩擦磨损机制则由最初的磨粒磨损逐渐转变为黏着磨损.当CNTs达到1.5%时,由于CNTs的团聚作用,导致复合材料的摩擦磨损性能急剧下降,摩擦磨损机制转变为磨粒磨损和黏着磨损共同作用形式.     

不同结构C/SiC复合材料的摩擦磨损性能研究

采用反应熔体渗透工艺制备了短切纤维C/SiC与三维针刺C/SiC复合材料,在MM-1000型摩擦磨损试验机上考察了2种结构C/SiC复合材料在模拟飞机正常着陆时的摩擦磨损性能.结果表明:短切纤维C/SiC与三维针刺C/SiC刹车盘的平均摩擦系数分别为0.31和0.39,线磨损率分别小于1.2 μm/次以及2.3 μm/次,质量磨损率分别小于14 mg/次与19 mg/次;随着温度的升高,2种结构C/SiC复合材料的热扩散率均降低且较小,从而使得其摩擦曲线出现"翘尾"现象;由于三维针刺C/SiC复合材料在反应熔体渗透过程中纤维受到严重损伤,故在2种结构C/SiC刹车盘对摩时,三维针刺C/SiC刹车盘出现破坏性损坏,而短切纤维C/SiC刹车盘的结构完整性较好.     

含氢无定型碳摩擦转移膜结构演化规律研究

利用中频磁控溅射系统制备a-C:H润滑薄膜,并使用球-盘摩擦机考察了空气和干燥氮气(N₂)氛围中a-C:H薄膜摩擦行为的差异,讨论了随着摩擦时间增加,薄膜上磨痕及Al₂O₃对偶球上转移膜的结构变化对摩擦行为的影响. 试验结果显示:a-C:H薄膜在干燥氮气中摩擦具有比在空气中更低的摩擦系数和更长的磨损寿命. 微观结构分析表明,转移膜可以起到降低摩擦的作用,在干燥氮气中,随着摩擦进行,Al₂O₃对偶球上逐渐形成具有典型DLC特征的碳转移膜并稳定地存在,这是摩擦性能进一步提高的原因. 此外,在干燥氮气中摩擦,磨痕表面和对偶球上转移膜表面结构均趋于“石墨化”. 上述二者的共同作用使得a-C:H薄膜在N₂环境下比在空气中更低的摩擦磨损.      

不同气氛环境中钢/铜摩擦副的高速干滑动摩擦磨损特性研究

采用MMS-1G型高温高速摩擦磨损试验机研究了在氧气和二氧化碳2种气氛环境中CrNiMo钢/H96黄铜摩擦副的高速干滑动摩擦磨损特性,采用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪对CrNiMo钢销试样的磨损表面形貌及其元素的化学状态进行分析,结合摩擦表面宏观温度的测量,分析了不同气氛环境中pv值对摩擦副摩擦磨损特性的影响.结果表明,在不同气氛环境中,摩擦副表现出完全不同的摩擦磨损特性,在二氧化碳气氛环境中,摩擦副的摩擦系数与CrNiMo钢的磨损率均高于氧气气氛环境中,这是由于2种气氛环境中的摩擦表面温度及其磨损机制的差异所致.二氧化碳气氛环境中的摩擦表面温度高于氧气气氛环境中的摩擦表面温度,其主要磨损机制为磨粒磨损、金属流变和粘着磨损;而氧气气氛环境中主要表现为氧化磨损和粘着磨损.     

刹车速度对C／C复合材料制动摩擦性能的影响

在MM－1000型摩擦磨损试验上考察了碳布叠层结构的C／C复合材料在不同速度下的制动摩擦磨损行为,并用扫描电子显微镜观察分析了试样磨损表面形貌,结果表明：随着刹车速度的增大,摩擦系数增大,在20－25m/s速度范围出现峰值;当刹车速度增大至28－30m/s时,摩擦系数仍保持较高,体现了优良的高能摩擦特性;磨损量在低速时较小,当刹车速度大于15m/s,磨损量迅速增大,低速时磨损表面由一层薄的磨屑层所覆盖,当速度大于15m／s,大量的磨屑形成一层较厚的磨屑层,高速时由于剧烈的氧化和剪切作用,很多基质碳被氧化剥落,炭纤维被磨断、拔出,使磨损增大。     

碳化硅陶瓷基复合材料的摩擦磨损性能研究

以不同孔隙率的C/C复合材料为预制体,以甲基三氯硅烷(CH3SiCl3)为反应源气、氩气为载气、高纯氢气为稀释气体,采用化学气相渗透法(CVI)制备一系列C/C-SiC复合材料,在MM-1000型摩擦磨损试验机上对C/C-SiC复合材料的摩擦磨损性能进行评价,分析不同原始密度及组分含量等因素对复合材料摩擦性能的影响.结果表明:随着预制体密度增加,C/C-SiC复合材料的平均摩擦系数、摩擦力矩和平均单位面积吸收功率等增大,刹车时间和线磨损率降低;C/C-SiC复合材料具有较高的静摩擦系数,其中预制体原始密度为1.44 g/cm3的复合材料较适用于刹车材料.     

C/N共掺MoS2复合薄膜的微结构及其摩擦特性研究

采用射频磁控溅射法,在氩和氮混合气氛下共溅射二硫化钼和石墨靶制备不同石墨靶溅射功率的C/N共掺MoS_2复合薄膜(MSCN).通过EDS、XPS、SEM和TEM对薄膜的成分及微观组织结构进行分析;利用纳米压痕仪,高真空摩擦试验机和UMT-2摩擦试验机分析薄膜的力学和摩擦学性能,并探讨了C/N共掺及对薄膜结构、力学和摩擦学性能的影响.结果表明:MSCN复合薄膜中的C含量随着石墨靶溅射功率的增加而增加;C/N共掺使得薄膜结构致密平整;当石墨靶溅射功率350 W时,薄膜呈现自形成纳米多层结构,该结构的出现使得薄膜最高硬度可达9.76 GPa,并且在高真空和大气环境下相比纯MoS_2薄膜表现出更低的摩擦系数以及良好的高耐磨性.     

水润滑下等离子喷涂Cr_3C_2-NiCr涂层/增韧SiC陶瓷摩擦副的摩擦学特性

采用 MM- 2 0 0型摩擦磨损试验机考察了等离子喷涂 Cr3C2 - Ni Cr涂层 /增韧 Si C陶瓷摩擦副在蒸馏水润滑下的摩擦学特性 ,通过对磨损表面形貌和磨屑的电子探针和傅立叶转换红外光谱分析 ,探讨了其磨损机理 .结果表明 :在较低载荷下 ,Si C与水发生摩擦化学反应 ,在磨痕表面生成由 Si O2 和硅胶组成的表面膜 ,从而使得摩擦副呈现出优异的摩擦学特性 ;在较高载荷下 ,Si C陶瓷发生晶粒微观断裂 ,从而使得摩擦系数升高并出现较大波动 ,此时 Cr3C2 - Ni Cr涂层的磨损率显著增大 .     

在氮气介质中WC-Co/Ti6Al4V摩擦副的摩擦磨损性能研究

在THT07-135型高温摩擦磨损试验机上采用销-盘式接触形式,研究了WC-Co硬质合金/Ti6Al4V钛合金摩擦副在氮气介质中的摩擦磨损性能,并与空气介质中的摩擦磨损性能进行对比.结果表明:与空气介质相比,在氮气介质中WC-Co/Ti6Al4V摩擦副的摩擦系数稍低;WC-Co硬质合金比Ti6Al4V钛合金的磨损量低得多,氮气介质具有一定的减磨作用;钛合金材料的主要磨损机理为摩擦副之间产生较强的犁沟与挤压撕裂,而硬质合金的主要磨损机理为磨粒磨损与粘结剥落.     

C/C复合材料微观结构对其制动摩擦磨损性能的影响

采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)等手段研究了基体炭分别为树脂炭和粗糙层热解炭结构的C/C复合材料的微观结构,并探讨了材料的微结构对其制动摩擦磨损性能的影响.结果表明:炭纤维附近的树脂炭被高度石墨化,导致树脂炭样件具有适当、稳定的摩擦系数;树脂炭片层之间存在明显的裂纹,远离炭纤维的树脂炭仍是各向同性结构,容易被剪切力剪断,产生大量碎屑,破坏了摩擦动态平衡,磨损量大是制约其作为优良制动摩擦材料的关键因素.