Al2O3纤维增强铝基复合材料干滑动磨损机制的研究

采用销-盘式磨擦磨损试验机研究了Al2O3纤维增强铝基复合材料的干滑动摩擦磨损性能,理论分析了磨损率与Al2O3纤维体积分数的变化规律,探讨了在干滑动摩擦条件下复合材料的磨损机制.结果表明:在干滑动摩擦条件下,随着Al2O3纤维体积分数增加,磨损率急剧下降,当纤维体积分数为9%时达到最小值,尔后略有回升;当纤维体积分数小于5%时,可用Archard模型对复合材料的磨损率进行理论预测;磨损亚表层中基体金属沿滑动方向的塑性流动是铝基复合材料磨损的基本特征,Al2O3纤维可有效地阻止基体的塑性流动,提高复合材料的耐磨性;随着滑动距离增加,摩销前端的变形量增大,甚至出现形变坑,将从复合材料中剥离出坚硬Al2O3磨粒并镶嵌于其中,很容易在铝基复合材料表面产生犁沟,从而加速铝基复合材料的磨损.     

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.     

填充聚醚醚酮复合材料在水润滑下的摩擦学特性研究

研究了水润滑下炭纤维、石墨及聚四氟乙烯填充聚醚醚酮复合材料与不锈钢对摩时的摩擦磨损性能，利用扫描电子显微镜观察分析了磨损表面和磨屑形貌，利用X射线能量色散谱仪分析了磨损表面的元素组成．结果表明：炭纤维含量对摩擦副的摩擦系数影响不大，磨损率随着炭纤维含量的增加而减小；随着载荷增大，摩擦系数先降低而后升高，当载荷较小时，填充聚醚醚酮复合材料的磨损率随载荷增大而缓慢增加，当载荷超过一定值后，磨损率急剧增加；填充聚醚醚酮复合材料在较低载荷下主要呈现疲劳磨损特征，在较高载荷下主要呈现微切削特征．     

Al2O3纤维及炭纤维增强ZL109混杂复合材料的高温摩擦磨损性能研究

利用预制体挤压浸渗法制备了Al2O3 C1／ZL109短纤维混杂金属基复合材料，并探讨了炭纤维含量对该混杂复合材料高温(400℃)下的摩擦磨损性能的影响．结果表明：混杂炭纤维的复合材料具有优异的高温耐磨性能;由于12％Al2O3和4％C短纤维的协同作用，复合材料从轻微磨损向急剧磨损转变的临界温度比基体合金的提高了1倍;混杂复合材料的摩擦系数和磨损率随着炭纤维体积分数的升高而不断减小，这在较高温度(300℃)下更加明显;在较低温度下，基体及复合材料的磨损机制主要为犁沟磨损和轻微粘着磨损，当温度超过临界温度后，磨损机制转变为严重粘着磨损．     

无压浸渗SiC/Al复合材料的摩擦磨损性能研究

采用无压浸渗法制备不同碳化硅粒度和体积分数的SiC/Al复合材料,利用销-盘摩擦磨损试验机考察了碳化硅的粒度和体积分数等对SiC/Al复合材料干摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌并分析其磨损机理.结果表明,SiC/Al复合材料的磨损率随碳化硅体积分数增加而降低.与灰铸铁配副时,材料的摩擦系数与磨损率明显依赖于碳化硅粒度,二者均随碳化硅粒度增加而降低.复合材料的磨损机制以碳化硅颗粒的碎裂、脱落和表面犁沟为主要特征.     

三维网络结构增强复合材料磨损模型的研究

考虑网络结构增强体特殊的拓扑结构因素和弹性模量影响,利用复合材料磨损率最小化和最大化假设,建立了网络结构增强复合材料的磨损模型,同时制备了不同体积分数的Si3N4陶瓷增强Al-Mg合金复合材料,并将其磨损试验结果数据拟合到模型中.结果表明,所建立的模型可以反映复合材料增强相的体积分数、复合材料的弹性模量和磨损率之间的数学关系,证明复合材料的摩擦磨损率随增强相体积分数的增加而逐渐降低,当体积分数超过45%～50%时,磨损率随增强相体积分数的增加而逐渐增大.该模型不同于Khruschov模型和Zum-Gahr 模型,其关系不遵循线性规则.与增强体复合材料的磨损试验数据拟合表明,该模型能够较好地反映网络结构增强复合材料的磨损性能,具有一定普遍性.     

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.     

多壁碳纳米管/聚醚醚酮(MWCNT/PEEK)复合材料的制备及其性能研究

采用热压烧结法制备了纯聚醚醚酮(PEEK)及MWCNT/PEEK复合材料.通过表征发现：导热系数、密度、硬度及热稳定性随多壁碳纳米管(MWCNT)含量的增加而增大.系统研究了载荷、速度及不同MWCNT含量对复合材料摩擦学性能和磨损机理的影响.结果表明，MWCNT可显著降低复合材料的摩擦系数和磨损率.在固定转速200 r/min，载荷为40和80 N,MWCNT质量分数为1%条件下，摩擦系数和磨损率最低，摩擦系数分别为0.241和0.235，磨损率分别较纯PEEK降低了60%和56%.当载荷增加到100 N,MWCNT质量分数为2%时，摩擦系数最低，磨损率较纯PEEK降低89%.固定载荷40 N，转速为400 r/min时，1%MWCNT/PEEK复合材料的磨损率最低，较纯PEEK降低了89%.当转速增大至600 r/min,2%MWCNT/PEEK复合材料的磨损率较纯PEEK降低了85%.固定转速200 r/min、载荷为40 N,MWCNT的质量分数较低时(<2%),MWCNT/PEEK复合材料的磨损机理主要是黏着磨损，MWCNT的质量分数(≥2%)较高时，磨损机理发生黏着磨损...     

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     

短纤维取向对Al_2O_(3f) C_f/ZL109复合材料干滑动摩擦磨损性能的影响

利用挤压铸造法制备了 Al2 O3 f Cf/ZL10 9短纤维混杂金属基复合材料 ,并利用统计学方法对比研究了在滑动速度 0 .837m/s、载荷 196 N条件下纤维取向对该混杂复合材料干滑动摩擦磨损性能的影响 .结果表明 :在纤维平行取向和垂直取向时 ,该混杂复合材料的磨损率和摩擦系数均服从正态分布 ;平行取向情况下磨损率均值大于垂直取向下的磨损率 ,而摩擦系数均值小于垂直取向 ;纤维垂直取向有利于复合材料耐磨性能的提高 ,2种取向下复合材料的主要磨损机制均为犁沟磨损     

纳米Al2O3填充聚四氟乙烯摩擦磨损性能的研究

利用ＭＭ－２００型摩擦磨损试验机考察了填料含量及载荷对纳米Ａｌ２Ｏ３填充ＰＴＦＥ复合材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌及磨损机理,结果表明,纳米Ａｌ２Ｏ３可以提高ＰＴＦＥ的耐磨性,但Ａｌ２Ｏ３会导致严重的塑性变形,并且Ａｌ２Ｏ３含量越高,塑性变形越严重,当Ａｌ２Ｏ３的质量分数为１０％时,填充ＰＴＦＥ复合材料的磨损最小;随着载荷的增大,填充ＰＴＦＥ的磨损增加,填充ＰＴＦＥ     

Al2O3纤维及炭纤维增强ZL109混杂复合材料磨粒磨损行为

利用挤压铸造法制备了Al2O3纤维及炭纤维增强ZL109混杂复合材料(Al2O3 Cf／ZL109)，考察了该混杂复合材料的磨粒磨损行为．结果表明：就砂纸粒度对复合材料抗磨粒磨损性能的影响而言，存在砂纸粒度的临界区域；Al2O3纤维有利于提高混杂复合材料的抗磨粒磨损性能，而炭纤维不利于提高复合材料的抗磨粒磨损性能，其中(12％Al2O3f 4％Cf)／ZL109混杂复合材料的抗磨粒磨损性能最佳．     

增强颗粒对铝基复合材料摩擦学性能的影响

采用自制的摩擦磨损试验机考察了增强颗粒对铝基复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：在基体合金、陶瓷颗粒尺寸和体积分数相同的条件下,SiC增强铝基复合材料的摩擦磨损性能优于Al2O3增强铝基复合材料;增大颗粒尺寸或增加颗粒体积分数均使得SiC颗粒增强铝基复合材料的平均摩擦系数略有降低,耐磨性能提高;在与半金属摩擦材料配副时,颗粒增强铝基复合材料的摩擦系数与基体合金的相近,耐磨性能提高了3个数量级。     

Mo/Al2O3复合材料的耐磨性

无压烧结制备了不同组分的Mo/Al2O3复合材料样品,对样品的磨损行为和磨损机理进行了研究,并用电子探针分析了其磨损形貌.结果表明:Mo/Al2O3复合材料的磨损率随Mo含量的增加呈上升趋势,在30vol.%Mo时出现峰值;摩擦系数随着Mo含量的增加而增大,20vol.%Mo样品的摩擦系数较小;Mo含量不超过60%时,当出现Mo的连续相或者Al2O3的连续相时复合材料表现出较好的耐磨性;Mo含量较低时磨损机理表现为脆性脱落,而Mo含量较高时材料的磨损机理主要为磨粒磨损.     

Fe_3Al/WS_2复合材料的真空摩擦学性能研究

采用热压烧结的方法制备了添加WS2质量百分数为10%、20%和30%的Fe-28Al-5Cr基复合材料,通过XRD和SEM等手段分析了样品的相组成和组织结构.利用自制的真空摩擦试验机测试了样品在4×10-4Pa真空下的摩擦学性能.研究结果显示:通过与WS2的复合能够显著降低Fe3Al基金属间化合物在真空条件下的摩擦系数,但三种不同WS2含量复合材料的摩擦系数差别不大.随着WS2含量增加,复合材料的磨损率逐渐降低,特别是30%复合材料的磨损率较纯Fe-28Al-5Cr的磨损率低约1个数量级.滑动速度和载荷对三种材料的摩擦系数和磨损率均有一定的影响.纯Fe3Al的磨损表面较为粗糙,出现严重的剥落坑和剥落痕迹,磨损机理为严重的疲劳磨损.添加质量百分数为10%WS2的复合材料的磨损机理为磨粒磨损和疲劳磨损;添加WS2质量百分数为20%和30%的复合材料,其磨损表面相对较为光滑平整,磨损机理为轻微剥落.因此,在复合材料制备中添加WS2能够显著提高Fe3Al金属间化合物的真空摩擦学性能.     

润滑条件下短纤维增强镁基复合材料的摩擦磨损行为研究

采用挤压浸渍预制件工艺制备了氧化铝短纤维增强镁基复合材料,并探讨了纤维取向对润滑条件下复合材料摩擦磨损行为的影响.结果表明:挤压浸渍工艺制备的镁基复合材料具有纤维二维择向分布,不同纤维分布对复合材料在润滑条件下的耐磨性能和磨损机制有较大影响.滑动方向垂直于纤维排列方向时,复合材料的磨痕深度小于平行方向,但相对应的钢球的磨损量则高于平行方向.滑动方向垂直于纤维排列方向时复合材料的磨损机制主要包括纤维破碎和基体的磨粒磨损;滑动方向平行于纤维排列方向时复合材料的磨损机制主要表现为纤维剥落和磨粒磨损.     

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.     

竹纤维增强制动摩阻材料摩擦学性能研究

采用竹纤维为增强相制备新型无石棉树脂基复合摩擦材料.通过热失重分析、定速摩擦试验及磨损表面形貌观察等手段探讨竹纤维的含量对材料在不同温度下摩擦学性能的影响.试验结果表明:在树脂基摩阻材料中加入适量竹纤维能改善材料摩擦磨损性能,并具有一定的减震降噪的效果,但在超过其热解温度时会造成竹纤维的碳化、挥发,对基体增强失效;竹纤维质量百分数为13%时试样能获得较稳定的摩擦系数及较低的磨损率;竹纤维含量过多会造成摩阻材料制备工艺性变差,且高温下大量竹纤维碳化剥落会破坏摩擦表面膜的连续性,使摩阻性能显著下降.