铝合金微弧氧化陶瓷层在润滑条件下的抗磨性能研究

采用模拟活塞-缸套运动形式的往复式滑动摩擦磨损试验机对比研究了铝合金微弧氧化陶瓷层、电镀硬铬镀层及耐磨磷钒铜铸铁的摩擦磨损特性;利用扫描电子显微镜观察分析了磨损表面形貌,进而探讨了油润滑条件下微弧氧化陶瓷层的磨损机制及其影响因素.结果表明:铝合金微弧氧化陶瓷层在油润滑条件下的耐磨性能显著优于电镀硬铬镀层和磷钒铜铸铁;陶瓷层中的微孔有利于改善其在油润滑条件下的耐磨性能;不同厚度的微弧氧化陶瓷层在稳定磨损阶段的磨损质量损失变化不大.     

碳钢表面微弧氧化膜的制备及摩擦磨损性能研究

在碳钢表面利用微弧氧化技术分别在以铝酸盐和硅酸盐为主的电解液体系中制备了氧化膜.用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)研究了两种氧化膜的结构、元素含量及分布和相组成;用往复摩擦试验机评价了氧化膜的摩擦磨损性能,并对膜层和对偶表面的磨痕进行了表征.结果表明:铝酸盐体系中制得的微弧氧化膜主要由Fe3O4和铁铝尖晶石(Fe Al2O4)组成,而硅酸盐体系制得的微弧氧化膜成膜元素为Fe、Si和O,并且以非晶态存在.干摩擦条件下,铝酸盐体系中制备的微弧氧化膜具有比硅酸盐体系中制备的微弧氧化膜更低的摩擦系数和磨损率,这是由于铝酸盐中制备的氧化膜含有的Fe3O4在摩擦过程中向对偶发生了一定程度的转移,起到了减摩抗磨的作用.     

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.     

TC4(Ti-6Al-4V)氧化膜在生理介质中的摩擦电化学行为

应用阳极氧化和微弧氧化的方法分别制作了TC4(Ti-6Al-4V)表面氧化膜,分别在0.9% NaCl溶液和模拟人工体液中以PTFE盘作摩擦偶件,在圆平动盘销式摩擦磨损试验机进行摩擦电化学试验,获得了对应的摩擦系数,采用三电极体系得到摩擦电化学特性曲线.结果表明,静态时微弧氧化膜耐蚀性比阳极氧化膜提高了近2个数量级;与基体相比,TC4的阳极氧化膜的耐蚀性增强,摩擦系数降低,处理电压越高,摩擦系数越小;虽然TC4的微弧氧化膜的耐腐蚀性能均较阳极氧化膜有大幅度提高,但摩擦系数均较未处理的TC4的摩擦系数大,其中处理时间为20min的微弧氧化膜表现出良好的耐蚀和摩擦性能,通过对磨损试件的SEM形貌对比解释了微弧氧化膜摩擦系数较大的原因,这与膜层表面粗糙度和微孔孔径大小有关.     

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.     

微弧氧化涂层的微动磨损行为研究

在弱碱性电解质液中,采用电弧放电于铝合金表面原位生长制备出厚度约10 μm的Al2O3陶瓷微弧氧化涂层,研究微弧氧化涂层及铝合金基体在干态不同位移幅值下的微动磨损行为及其动力学特性,采用激光共焦扫描显微镜和扫描电子显微镜观察磨痕微观形貌.结果表明:涂层改变了铝合金的微动运行区域,使得混合区和滑移区向小位移方向移动;涂层表面比较粗糙,与铝合金基体相比,在微动初期的摩擦系数较高,但在稳定阶段的摩擦系数有所降低;微弧氧化涂层可以显著降低铝合金的磨损,在部分滑移区损伤轻微,随着位移幅增加磨损加剧;在混合区和滑移区,涂层的损伤主要表现为剥层.     

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。     

温度对7A04铝销-50CrMo4钢盘摩擦副干滑动摩擦磨损行为的影响

针对7xxx铝合金温热成型过程中模具磨损等问题，本文作者研究了不同温度对7A04铝销-50CrMo4钢盘摩擦副干滑动摩擦磨损行为的影响.采用光学显微镜、3D光学轮廓仪和扫描电子显微镜等对试样的微观组织、磨痕形貌、磨损亚表层组织以及磨屑形貌进行了表征.结果表明，随着试验温度的升高，摩擦系数先降低后升高. 7A04铝销的磨损率先减小后增大；其磨损机制以磨粒磨损为主. 50CrMo4钢盘的磨损率先增大后减小，在225℃时降至最低；其室温下的磨损机制为磨粒磨损、胶合黏着磨损和剥层磨损的混合磨损机制，温度从125℃升至175℃时转变为轻微磨粒磨损和一般黏着磨损的混合磨损机制；各温度下均存在明显的材料转移现象. 7A04铝销在125℃时开始出现机械混合层，伴随有明显的氧化现象，这将导致在225℃下机械混合层结构变得疏松且易剥落.在225℃下50CrMo4钢磨损亚表面的变形晶粒区和动态再结晶区厚度增大，表面硬度下降，塑性增加，形成长条状的切屑. 7A04铝销表面机械混合层的氧化及塑性变形层的变化与50CrMo4钢磨损表面动态再结晶的变化决定了在不同温度中2种材料各具有不同的磨损率与磨损形式.     

微波烧结氮化硅基复合陶瓷刀具材料摩擦特性研究

采用微波烧结技术制备了一种氮化硅基复合陶瓷刀具材料,研究了其与三种不同属性的硬质材料(氮化硅、硬质合金和GCr15轴承钢)在不同载荷下对摩时的摩擦特性与磨损机理.研究结果表明:当与氮化硅对摩时,磨损率最大且磨损率随载荷增大急速升高,磨损主要以脆性剥落形式存在;当与硬质合金对摩时,摩擦系数最小,随载荷增加磨损机理由磨粒磨损转变为磨粒磨损与疲劳磨损共同作用.当与轴承钢对摩时,磨损率最小,因在摩擦过程中在磨痕表面形成金属黏着,其磨损率随载荷的增大而减小.与商业的氮化硅陶瓷刀具材料相比,微波烧结氮化硅陶瓷刀具材料摩擦系数略有降低,磨损率降低了14.17%～59.49%.     

TBM滚刀刀圈与岩石的滑动磨损实验研究

硬岩隧道掘进机(TBM)的滚刀刀圈在破岩过程中面临剧烈的磨损,对TBM的掘进效率及施工成本影响巨大。为了深入研究全断面隧道掘进机滚刀刀圈的磨损机理,本文在M-200型磨损试验机上模拟了TBM滚刀刀圈与岩石的磨损行为。基于实验数据,验证了磨粒磨损引起的磨损量与摩擦距离的线性关系,分析了岩石硬度、摩擦系数和润滑对磨粒磨损速率的影响。实验结果表明,在大载荷下,磨损形式将由单纯的磨粒磨损转化为磨粒磨损与疲劳磨损共同存在的形式,并且计算了疲劳磨损量,进而对比了磨粒磨损量与疲劳磨损量的大小。结论:硬度、摩擦系数越大,滚刀刀圈磨损越严重;润滑对降低磨损有重要作用;在大载荷作用下,磨损状态将由磨粒磨损转化为磨粒磨损和疲劳磨损共存的状态。上述研究结果可以为TBM滚刀刀圈设计及施工提供一定的参考。     

钛合金表面DLC薄膜的制备及其与不同材料配副的摩擦学性能研究

利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在钛合金TC4表面制备了梯度结构DLC薄膜,并研究了DLC薄膜微观形貌结构、力学性能以及不同对偶球材料(包括4种陶瓷与4种金属材料)对其摩擦学性能的影响. 结果表明:所制备的梯度结构DLC薄膜表面相对光滑平坦且与基底结合紧密,具有良好的力学性能;对于陶瓷球/DLC配副,在摩擦过程中由于对偶球硬度较大且耐磨,从而在陶瓷球表面易于形成稳定的碳质转移膜,SiC/DLC、Si₃N₄/DLC和ZrO₂/DLC表现为轻微的磨粒磨损和黏着磨损,而Al₂O₃球表面的碳元素含量较高使得DLC薄膜虽然发生破损和剥落但其摩擦系数仍保持在较低水平;金属球/DLC与陶瓷/DLC相比较,由于金属对偶球硬度较低,在摩擦过程中碳质转移膜无法稳定地覆盖在金属球,引起较高的摩擦系数,Al/DLC主要表现为严重的磨粒磨损,而Brass/DLC、304SS/DLC和GCr15/DLC主要为轻微的磨粒磨损或黏着磨损;SiC/DLC、ZrO₂/DLC、304SS/DLC和GCr15/DLC的DLC薄膜均具有较低的摩擦系数和磨损率且对偶球的磨斑较小,故其为较合理的摩擦副. 赫兹接触分析表明,陶瓷/DLC中除了ZrO₂/DLC,平均摩擦系数和计算接触半径的变化趋势是一致的,而在金属/DLC中并未发现这一规律.      

含WC陶瓷相电弧喷涂层耐磨粒磨损性能的研究

采用电弧喷涂含WC-CoNi金属陶瓷粉末的粉芯丝材,在低碳钢基体上制备铁基复合涂层,采用MLS-225型湿砂橡胶轮磨损试验机评价铁基复合涂层的耐磨粒磨损性能,利用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪对涂层的显微组织结构、磨损表面及其相组成进行分析.结果表明:含WC陶瓷相涂层的耐磨粒磨损性能较好,相对Q235钢提高约9倍;当粉芯中WC质量分数低于25%时,随着WC含量增加,涂层的硬度和耐磨性增加;当粉芯中WC质量分数超过25%后,涂层的耐磨性有所下降;电弧喷涂含WC陶瓷相涂层的磨损机制主要为硬质相的脆性剥离和轻微的塑性切削,在磨粒磨损条件下硬度较低的金属基体先磨损,硬度较高的WC和Fe3B硬质相起到阻止石英砂磨损的作用,从而降低了涂层的磨损.     

NiTi形状记忆合金表面TiN薄膜的摩擦磨损性能研究

采用电弧离子镀技术在NiTi形状记忆合金表面制备了TiN薄膜,利用X射线衍射、扫描电子显微镜、原子力显微镜、轮廓仪、纳米压痕仪和摩擦试验机表征了TiN薄膜的相成分、表面特性、厚度、硬度和膜基结合力.通过摩擦试验对比了未镀膜和镀膜NiTi合金的摩擦磨损特性.结果表明:制得的TiN薄膜均匀、致密,提高了NiTi合金的硬度;在干摩擦、0.9%NaCl溶液和Hank′s溶液润滑介质条件下,TiN薄膜均表现出良好的减摩抗磨性能,提高了NiTi合金的抗摩擦磨损特性.     

低温老化对3Y-TZP陶瓷摩擦磨损性能的影响

将3Y-TZP陶瓷置于常压、100℃沸水下低温老化处理0～100h,在120N载荷、0.42m/s滑行速度和蒸馏水润滑条件下对老化处理后的陶瓷进行摩擦磨损试验.结果表明:随着老化时间的延长,3Y-TZP陶瓷的硬度和抗弯强度呈下降趋势,摩擦系数经历了1个先降后升的阶段,磨损率随老化时间的延长而逐渐增大.未经老化时,3Y-TZP陶瓷的主要磨损机理为犁沟和塑性变形;50h老化后陶瓷磨损表面主要为塑性变形和微断裂;经过75h老化处理后,陶瓷的磨损率已上升到严重磨损阶段,磨损机理发生了转变;老化进行100h后,3Y-TZP陶瓷的主要磨损机理为断裂磨损.     

Al/AlN多层膜的摩擦磨损性能研究

采用柱状靶磁控溅射系统制备Al/AlN纳米多层膜,采用纳米压痕仪测量Al/AlN纳米多层膜的纳米硬度,在UMT-2M型摩擦磨损试验机上评价其摩擦磨损性能.结果表明:当AlN层较厚时,薄膜在很短时间内被磨穿;调节Al/AlN层厚比为2.9/1.1时,薄膜的摩擦磨损性能明显提高;当保持Al/AlN层厚比为2.9/1.1、变化多层膜的调制周期时,薄膜的摩擦系数较低,但硬度较低的薄膜由于承载能力不够,不能够保持优良的摩擦磨损性能.     

陶瓷粉填充尼龙1010的摩擦磨损性能研究

以微米级有机陶瓷粉末为增强材料,用KH-550硅烷偶联剂对陶瓷粉末进行表面处理制备出陶瓷/尼龙复合材料,在环-块摩擦磨损试验机上评价了陶瓷/尼龙复合材料与钢配副的摩擦磨损性能,并对其力学性能进行测试.结果表明:陶瓷粉末含量在5%～25%时,陶瓷/尼龙1010复合材料的摩擦系数增至0.46左右,当陶瓷粉末含量为30%～40%时,其摩擦系数降至0.41;含5%～40%陶瓷粉末的陶瓷/尼龙1010复合材料的相对磨损率为纯尼龙相对磨损率的26%～42%;陶瓷粉末填充尼龙可以提高复合材料的力学性能,其表面硬度随着陶瓷粉含量增加而呈线性增长,拉伸强度提高16.7%;硅烷偶联剂能够改善陶瓷粉末与尼龙基体的结合强度.这是由于复合材料表面熔融和粘着转变为浅的犁沟,致使陶瓷/尼龙1010复合材料的相对磨损率减小.     

一种陶瓷刀具材料的摩擦损性能研究

ＴｉＢ２具有熔点高、硬度高和导热性、导电性及抗氧化性能都好等优点，在切削刀具、耐磨零件和某些特殊工况下使用的材料等方面的应用前景广阔．目前，含ＴｉＢ２的Ａｌ２Ｏ３基陶瓷刀具材料已经开发出来并投入实际应用，但对其摩擦磨损特性研究却还不多．因此，采用热压烧结工艺制备了Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＢ２陶瓷刀具材料，在ＭＭ－２００型摩擦磨损试验机上，对不同ＴｉＢ２含量的增加，Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＢ２陶瓷材料与淬火４５＃钢配副的摩擦学性能作了试验研究．结果表明：ＴｉＢ２的含量增加，Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＢ２陶瓷材料的耐磨性明显提高，而摩擦系数仅略有上升，在切削加工淬火４５＃钢的过程中，Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＢ２陶瓷刀具的抗磨能力比目前广泛使用的Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＣ陶瓷刀具的高１倍以上．Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＢ２陶瓷刀具材料的磨损机理主要是粘着、耕犁和脆性微脱落     

电化学聚合沉积膜的摩擦磨损性能研究

利用电化学聚合沉积法分别制备了聚吡咯和聚队甲基吡咯薄膜，并对其摩擦磨损性能进行了试验研究，结果表明，两种聚合物薄膜的摩擦学性能与其单体类型、电解质成分、化学状态和膜厚等均有密切关系：聚Ｎ－甲基吡咯薄膜的摩擦磨损性能比聚吡咯薄膜的好，而且波动性也比后者的小；膜厚较小时，氧化态的聚吡咯薄膜之摩擦性能比还原态的好，但其耐磨性却远比后者的差，而两者在膜厚较大时的摩擦磨损性能之优劣与膜厚较小时的恰好相反，研究发现，高聚物薄膜在膜厚较小时发生的是粘着磨损，而在膜厚较大时既有粘着磨损，也有疲劳磨损．     

柴油发动机碳烟对缸套/活塞环摩擦学性能影响的研究

通过SRV IV摩擦磨损试验机考察了柴油机碳烟对柴油机缸套/活塞环摩擦副摩擦磨损性能的影响,借助扫描电子显微镜及能谱仪、三维表面形貌仪和拉曼光谱仪探讨了碳烟颗粒的摩擦学作用机理.结果表明:碳烟颗粒在高载荷时可以降低缸套/活塞环摩擦副间的摩擦系数,但在低载荷时对摩擦系数影响不大;碳烟颗粒会加剧缸套的磨损,其磨损形式主要为磨粒磨损.碳烟颗粒表现出减摩性的主要原因是其外层的乱层石墨在摩擦热和剪切作用下发生了剥离并在摩擦副表面形成了润滑膜.