仿生多孔超高分子量聚乙烯的摩擦磨损性能研究

模拟天然关节软骨中"多孔可渗透软垫层"的特征,采用模板-滤取工艺制备具有多孔结构的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)仿生人工软骨材料,采用改进的四球摩擦磨损试验机研究多孔结构和UHMWPE分子量对试样摩擦磨损性能的影响,利用扫描电子显微镜观察多孔材料的表面形貌并分析其磨损机理.结果表明,多孔结构能够提高UHMWPE试样在牛血清润滑条件下的耐磨性.试样的孔隙率约为27%,UHMWPE分子量的改变对试样的失重和孔隙率影响不大,但能够略微降低多孔UHMWPE试样的磨损量.在干摩擦条件下,多孔试样的磨损量比普通试样高66.9%,在牛血清润滑下的磨损量比普通UHMWPE低46.6%.UHMWPE的多孔结构能够提高UHMWPE试样表面的润滑性能,降低其磨损量.     

蛇纹石润滑油添加剂摩擦反应膜的力学特征与摩擦学性能

文中考察了变载、变速条件下表面修饰蛇纹石超细粉体作为矿物基础油添加剂的摩擦学性能,利用扫描电镜、能谱仪、纳米压痕仪等对比分析了蛇纹石添加剂形成的摩擦反应膜和基础油润滑下的磨损表面微观形貌、元素分布及微观力学性能.在此基础上,通过改变旋转滑动试验过程中的载荷/速度比,建立了基础油/摩擦反应膜和基础油/普通磨损表面润滑体系的Stribeck曲线.结果表明:蛇纹石超细粉体作为润滑油添加剂形成的摩擦反应膜具有较高的硬度和近似于金属材料的弹性模量,氧化物颗粒的嵌入进一步改善了摩擦反应膜的微区纳米力学性能,同时膜层的多孔结构可起到储油和捕获磨粒的双重作用,从而使摩擦反应膜在边界和混合润滑状态下表现出优异的摩擦学性能.     

引入特征粗糙度参数的Stribeck曲线试验研究

为探讨表面粗糙度对Stribeck曲线的影响,对不同初始表面的不锈钢销试件与45#钢盘试件在浸油润滑条件下进行摩擦磨损试验,研究摩擦系数的变化规律.结果表明:摩擦副表面越粗糙,对应Stribeck曲线上混合润滑区域面积越大,曲线斜率越小,使得不同表面粗糙度下的摩擦系数试验模型不具有唯一性.因此,将由分形参数导出的能客观表征粗糙表面的"特征粗糙度"参数引入Stribeck动压参数,从而提出新的动压参数.在新的动压参数下,具有不同表面粗糙度摩擦副的Stribeck曲线具有较好的一致性,继而可建立与粗糙度无关的摩擦系数试验模型.     

不同表面粗糙度的摩擦副润滑状态的 Stribeck曲线研究

利用Stribeck润滑曲线理论分析和薄膜润滑试验考察了不同表面粗糙度的钢球与圆盘点接触及钢滑块与圆盘面接触摩擦副的润滑状态，通过改变圆盘转速获得了包含薄膜润滑状态的Stribeck曲线．结果表明：在Stribeck曲线上可以划分出薄膜润滑状态，其位于摩擦系数谷底附近；薄膜润滑的产生及其区间大小同圆盘表面粗糙度密切相关；圆盘表面粗糙度较小时更易形成薄膜润滑状态，而圆盘表面粗糙度较大时薄膜润滑状态不明显；光滑表面对应的Stribeck曲线谷底较宽，相应的薄膜润滑区间亦较宽．     

Al_2O_3内衬抽油管中3种扶正器材料的摩擦磨损行为研究

研究了纤维增强尼龙、球墨铸铁及淬火处理球墨铸铁3种扶正器材料在干摩擦和油井产出水润滑条件下与陶瓷的磨损行为,采用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜、傅立叶变换红外光谱仪、数字温度计、差示扫描量热仪和X射线光电子能谱分析仪对试验材料的组织、磨损机制和磨损表面的化学结构变化进行分析.结果表明:在润滑条件下3种材料的摩擦系数略小于干摩擦的摩擦系数,其中尼龙的摩擦系数最小.在干摩擦和油田产出水润滑条件下,3种材料中淬火处理球墨铸铁的磨损量最小.在油田产出水润滑条件下尼龙的磨损量超过干摩擦的磨损量,远大于铸铁的磨损量,可归因于热变形、降解以及机械微切削因素的共同作用.     

Fe-Mn-Si形状记忆合金耐磨性的研究

采用真空中频熔炼炉制备Fe-16.86Mn-4.50Si-10.30Cr-4.20Ni试验合金,在M-200型摩擦磨损试验机上评价其在干摩擦和油润滑条件下的磨损性能,利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪观察和分析试验合金的磨损表面及其磨损机理.结果表明,试验合金在油润滑条件下的耐磨性显著高于干摩擦下的耐磨性,而且其磨损量并不随载荷增加而增大,如当载荷300 N时的磨损量比100 N时的磨损量小.同1Cr-18Ni-9Ti不锈钢的耐磨性相比,在干摩擦下试验合金的耐磨性较差,而在油润滑下的耐磨性较好.在油润滑下试验合金的磨损表面存在大量ε马氏体,而在干摩擦下其磨损表面没有ε马氏体,由于摩擦力诱发y→ε马氏体相变导致Fe-Mn-Si合金在干摩擦和油润滑条件下具有不同的磨损机理,从而使得合金在油润滑下具有优良的耐磨性.     

润滑条件下激光加工纹理的摩擦磨损

采用YAG纳秒激光器在45#钢平板试样表面制备纹理,考察了不同润滑状态下表面纹理对摩擦学性能的影响.45#钢表面纹理采用了不同间距的点、槽和网格形貌,并在UMT-Ⅱ试验机上与SiC钢球配副,分别在石蜡和机油润滑条件下进行往复摩擦试验,得出了试验条件下的Stribeck曲线.结果表明,在Hersey数较小时,纹理的引入不利于材料摩擦系数的降低,Hersey数的增加有助于摩擦学性能的提高.网格状纹理间距越小摩擦系数越大.网格状形貌试样相对于点和凹槽形貌试样,表现出更好的摩擦学性能.     

网纹型表面微结构对Ti-6Al-4V水润滑摩擦学特性的影响

研究了Ti-6Al-4V合金表面网纹型微结构与Si3N4小球对摩时的水润滑摩擦学性能.利用电火花加工技术在Ti-6Al-4V合金表面加工出不同尺寸的网纹结构,运用正交试验设计方法分析了网纹宽度、深度、间宽比和网纹角度对Ti-6Al-4V合金水润滑摩擦学性能的影响.结果表明:具有合适几何参数的网纹结构能够降低摩擦副在水润滑条件下的摩擦系数和磨损量.当网纹角度在45°时,摩擦副的摩擦系数和磨损量能同时降低.网纹宽度对稳态摩擦系数的影响最大,而网纹深度和夹角对摩擦副材料的磨损影响最大.     

聚乙烯醇/羟基磷灰石复合材料的摩擦磨损性能研究

分别利用超声共混法和溶胶凝胶原位复合法制备出聚乙烯醇/羟基磷灰石(PVA-H/HA)复合材料,测定了其拉伸强度和抗剪切强度,并对不同HA含量下的试样进行了摩擦磨损性能研究.结果表明:少量HA的加入能提高复合材料的机械强度和抗磨损性能,利用原位复合法制备的试样机械性能较好,而且当HA含量为3%时复合材料的机械性能最佳;试样的磨损量随着接触载荷的增加而显著上升;在相同HA含量下,原位复合法制备的试样抗磨损性能更佳,当HA含量为4%时,原位复合法制备的复合材料试样的摩擦磨损性能最佳,其磨损量仅为纯PVA-H的29.8%.     

超高分子量聚乙烯/Al_2O_3生物摩擦学特性的研究

在自制销 -盘摩擦磨损试验机上评价了超高分子量聚乙烯 (UHMWPE)与 Al2 O3陶瓷摩擦副在干摩擦和生理盐水、蒸馏水及人血浆润滑条件下的摩擦学特性 ,用扫描电镜观察试样磨损表面形貌并分析磨损机理 .结果表明 :在干摩擦和生理盐水及蒸馏水润滑条件下的起始摩擦系数较接近 ,血浆润滑条件下的起始摩擦系数最低 ;稳态摩擦系数在干摩擦时最大 ,蒸馏水润滑条件下最小 ,生理盐水和人血浆润滑条件下较接近并比蒸馏水润滑下的高 ;干摩擦下UHMWPE的磨损率最大 ,血浆润滑条件下的最小 .干摩擦下 UHMWPE磨损表面可见大量不规则的细小纤维状磨屑 ,蒸馏水润滑下 UHMWPE磨损表面可见明显的塑性变形和疲劳剥落迹象 ,而血浆润滑条件下 UHMWPE磨损表面则可见大量的疲劳微裂纹     

两种UHMWPE／Kaolin复合材料在干摩擦条件下的滑动摩擦磨损性能研究

在ＭＭ－２００型磨损试验机上分别对以釜内聚合和熔融机械混合方法制备的高岭土填充超高分子量聚乙烯基复合材料（ＵＨＭＷＰＥ／Ｋａｏｌｉｎ）在干摩擦条件下与４５＾＃钢对摩时的摩擦磨损性能进行了研究,并用扫描电子显微镜和立体光学显微镜对其磨损表面进行了观察与分析,对材料的磨损机理进行了探讨。结果表明：引入适量的高岭土能明显降低ＵＨＭＷＰＥ的摩擦系数和磨损率,用釜内聚合方法制备的ＵＨＭＷＰＥ／Ｋａｏｌｉｎ复     

表面粗糙度对UHMWPE微动摩擦磨损性能的影响

采用SRV-4微动摩擦磨损试验机,研究了在干摩擦和水润滑条件下,表面粗糙度对UHMWPE微动摩擦磨损性能的影响.结果表明:干摩擦时,随着UHMWPE表面粗糙度的增加,摩擦系数先降低后升高,比磨损率则单调递增.利用光学显微镜和扫描电子显微镜对磨损表面形貌进行分析观测,发现干摩擦时表面粗糙度较小的UHMWPE磨损表面有少量犁沟,并伴随轻微的塑性变形,随着表面粗糙度的增加,摩擦副接触表面间的黏合点增多,黏着磨损加剧,且在对偶钢球的表面形成转移膜.而在水润滑条件下,摩擦系数和比磨损率显著降低,随着表面粗糙度的增加,摩擦系数和比磨损率同干摩擦时的变化趋势一致,磨损以磨粒磨损为主.     

Schiff碱铜（Ⅱ）络合物和甘油-聚乙烯微胶囊改性超高分子量聚乙烯的磨损机理研究

将所合成的乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜（Ⅱ）络合物和甘油-聚乙烯微胶囊与超高分子量聚乙烯（UHMWPE）共混制备出改性UHMWPE材料，利用销-盘式摩擦磨损试验机评价Schiff碱铜（Ⅱ）络合物和甘油．聚乙烯微胶囊改性UHMWPE／GCr15钢配副在高速干摩擦条件下的摩擦磨损性能，利用扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌，采用电子能谱仪分析磨损表面的主要元素组成并探讨其磨损机理．结果表明，由于其独特的自身选择性转移效应使得耐磨性提高，在高速干摩擦条件下没有严重的粘着磨损．     

超高分子量聚乙烯及其纳米Al2O3填充复合材料摩擦磨损性能研究

采用MM - 2 0 0型摩擦磨损试验机考察了载荷及对摩偶件表面SiC粒度对超高分子量聚乙烯及其纳米Al2 O3填充复合材料摩擦磨损性能的影响 ,利用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌并分析了其磨损机理 .结果表明 :纳米Al2 O3 可以提高超高分子量聚乙烯的硬度及抗磨粒磨损性能 ;随着载荷的增大 ,超高分子量聚乙烯及纳米填充复合材料的磨损加剧 ;纳米Al2 O3 填充超高分子量聚乙烯复合材料的摩擦系数较超高分子量聚乙烯的略有增大 ;纳米Al2 O3 含量的增加有利于超高分子量聚乙烯复合材料抗磨粒磨损性能的提高 ;偶件表面喷涂SiC粒度的大小对超高分子量聚乙烯及其纳米Al2 O3 填充复合材料的磨损影响较大     

不同管径氧化钛纳米管层的微动磨损性能

利用阳极氧化法在纯钛表面制备了3组平均内径不同的TiO2纳米管层试样,用扫描电子显微镜、硬度仪和轮廓仪对试样表面形貌、显微硬度、纳米硬度和粗糙度进行测试.在大气环境里,以球/平面接触方式,对摩偶件为超高分子聚乙烯球,采用PLINT高精度液压伺服式微动磨损试验机,分别在4种法向载荷下,对试样进行微动磨损试验.结果表明:随法向载荷的增加,同一摩擦副的摩擦系数降低;TiO2纳米管层的存在降低了钛与UHMWPE之间的摩擦系数,在不同载荷下纳米管层表面的摩擦系数均随管径的增大而增大,但低于无纳米管层的对照组;与UHMWPE对摩,TiO2纳米管层有很好的承载、抗剥离和耐磨性能;摩擦副的主要磨损机理为磨粒磨损、UHMWPE塑变导致的表层材料损失.     

普通凝固Mg-Zn-Y准晶材料的摩擦磨损特性

采用普通凝固方法制备Mg-Zn-Y准晶材料,在不同试验条件下对普通凝固Mg-Zn-Y准晶材料进行了干摩擦试验,研究了载荷和磨损时间对准晶材料摩擦特性的影响,并对磨损表面形貌及磨屑进行了观察与分析.结果表明:随着载荷的增加,摩擦系数减小;在相同载荷条件下,随着Y含量的增加,摩擦系数及磨损质量损失均逐渐减小,耐磨性逐渐增强.     

碳黑填充超高分子量聚乙烯复合材料摩擦磨损性能研究

采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了载荷及偶件表面粗糙度对碳黑填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料摩擦磨损性能的影响；利用扫描电子显微镜观察复合材料磨损表面形貌并分析了其磨损机理．结果表明：同UHMWPE相比，碳黑填充UHMWPE的磨损质量损失随载荷增加而增大的幅度较小；偶件表面粗糙度对碳黑填充UHMWPE复合材料的摩擦磨损性能影响较大，随着偶件表面粗糙度的增大，摩擦系数和复合材料的磨损质量损失均显著增大．UHMWPE及其碳黑填充复合材料在干摩擦条件下同45“钢及SiC喷涂层涂覆45“钢对摩时主要呈现犁削和塑性变形特征，犁削和塑性变形程度随载荷和偶件表面粗糙度增加而加剧。     

相变微胶囊改性UHMWPE复合材料的摩擦学性能

以石蜡为囊芯,蜜胺树脂为高分子囊壁材料,采用原位聚合法制备了相变微胶囊,并将其作为填料添加入超高分子量聚乙烯基体中,制得相变微胶囊改性UHMWPE复合材料.分析了该复合材料的硬度和物相组成,并研究了其在室温,低速和高速试验条件下的摩擦磨损性能.结果表明:微胶囊填料的加入可以起到较好的减摩降磨作用,填料的最适宜添加比例为20%,在低速试验条件下经改性的复合材料摩擦系数较纯UHMWPE降低60%以上,高速试验条件下改性后的复合材料耐磨性较之纯UHMWPE有明显提高,不同试验条件下材料呈现不同的磨损机理.