Ti_3SiC_2/PM304摩擦副的高温摩擦学性能

本文考察了Ti3SiC2/PM304摩擦副从室温到630℃范围的摩擦磨损性能,并与Ni-Cr合金/PM304摩擦副的摩擦磨损性能进行了对比.结果表明:Ti3SiC2/PM304摩擦副具有比Ni-Cr合金/PM304摩擦副更好的摩擦磨损性能,特别是在400～630℃的温度范围内,Ti3SiC2/PM304摩擦副具有优异的摩擦磨损性能.从室温到300℃,Ti3SiC2/PM304摩擦副的磨损机制为Ti3SiC2晶粒拔出、脱落后与转移的PM304形成机械混合层,随着环境温度的升高机械混合作用加强.在400～630℃范围内,摩擦界面的机械混合作用受到显著抑制,在Ti3SiC2磨损表面形成富集银的转移润滑膜,而转移润滑膜的连续性对摩擦副的摩擦磨损性能影响较大.     

Ti3SiC2/Inconel718摩擦副的高温摩擦学性能

本文考察了Ti3SiC2-Inconel 718摩擦副从室温到800 ℃范围内的摩擦磨损性能.结果表明:温度的升高有利于改善Ti3 SiC2-Inconel 718摩擦副的摩擦磨损性能,在800℃时,其摩擦磨损性能优异.随着温度的升高,摩擦系数从室温的0.71降至800℃时的0.37,Ti3SiC2的磨损率从4×10-3 mm3/(N·m)降至10-5mm3/(N·m)以下.高温塑性变形和摩擦氧化物层的形成导致摩擦系数的降低,300℃以下,晶粒的断裂、拔出与脱落以及材料向合金的转移造成了Ti3SiC2高的磨损率,从400℃至800℃,Ti3 SiC2晶粒的断裂与脱落受到明显抑制,其磨损率显著降低.     

NiCrW-Al_2O_3-SrCO_3-Ag金属陶瓷复合材料的高温摩擦学性能研究

采用粉末冶金方法(机械合金化+真空热压烧结)制备了不同SrCO_3和Ag含量的NiCrW-Al_2O_3-SrCO_3-Ag金属陶瓷复合材料,利用UMT-3考察复合材料在室温至1000℃条件下的摩擦磨损性能,利用SEM、EDS、XRD等表征分析其显微组织、物相组成及其磨损机理.结果表明:热压烧结过程中,SrCO_3高温分解,并与Ti_3SiC_2反应生成SrAl_4O_7,同时生成了Cr_2O_3和NiCr_2O_4等新相.分别添加质量分数10%SrCO_3和Ag的复合材料在宽温域内的摩擦磨损性能最优,归因于在中高温阶段复合材料摩擦表面发生摩擦化学反应生成了SrCrO_4和NiO等润滑相,与复合材料中的Ag、NiCr_2O_4等润滑相形成协同润滑,使得复合材料在400~1000℃宽温域范围内具有优异的摩擦磨损性能.     

Ti3SiC2、不锈钢和NiCr合金在人工海水中的摩擦学性能

在SRV-1型摩擦磨损试验机上考察了Ti3SiC2、NiCr合金和不锈钢在干摩擦、蒸馏水和人工海水中的摩擦磨损性能,并用扫描电镜(SEM-EDS)及光电子能谱(XPS)对磨痕形貌及成分进行分析.结果表明:Ti3SiC2/Al2O3摩擦副的摩擦系数对摩擦条件变化不敏感,在液体介质中磨损稍有降低.3种摩擦条件下存在机械磨损和摩擦氧化磨损竞争,但机械磨损始终为主要磨损机制,因此摩擦和磨损较大.不锈钢/Al2O3和NiCr合金/Al2O3两摩擦副对摩擦条件变化较敏感,摩擦系数和磨损率在于摩擦、蒸馏水和海水中依次降低,其中NiCr合金降低幅度最大.干摩擦条件下两者以机械磨损为主要磨损机制,表现为黏着磨损和材料转移;蒸馏水中机械磨损和摩擦氧化磨损并存;海水中以腐蚀磨损为主导,腐蚀产物FeCl2、CrCl3或CrO22-或CrO2-等具有减摩抗磨作用.     

钛硅碳衍生碳涂层在真空中的摩擦与磨损行为研究

采用高温氯化法(800℃,5%Cl2+Ar)制备了钛硅碳衍生碳涂层(CDC@Ti_3SiC_2).通过真空浸渍处理,将1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体(LP106)浸渍到多孔层状结构的CDC@Ti_3SiC_2涂层中,得到固-液复合润滑涂层(CDC@Ti_3SiC_2-LP106).以Si_3N_4球为摩擦配副,分别考察了Ti_3SiC_2、CDC@Ti_3SiC_2和CDC@Ti_3SiC_2-LP106涂层在两种真空模式下的摩擦磨损性能.这两种真空模式分别为固定真空度(10–4Pa)和改变真空度(由105Pa逐渐减小至10–4Pa).随着真空度的增大,CDC@Ti_3SiC_2涂层的摩擦系数呈现先减小后增大的趋势.相比较而言,CDC@Ti_3SiC_2-LP106涂层的摩擦系数低且对真空度变化不敏感.在两种真空模式下,CDC@Ti_3SiC_2和CDC@Ti_3SiC_2-LP106涂层均显著减小了Ti_3SiC_2的摩擦系数,但其抗磨损性能并没有明显提高.     

摩擦层的形成对TC4合金磨损性能的影响

采用MG-2000型销盘式高温磨损试验机对TC4合金在环境温度为200、400和600℃,载荷为50~250 N时的磨损性能进行了研究.利用SEM、EDS、XRD以及XPS等对试样磨面和剖面的形貌、成分及结构进行了观察与分析.结果表明:在不同的试验条件下,磨损表面均会形成一层不同于基材的摩擦层.摩擦层的成分及分布形态对TC4合金的磨损性能产生了重要的影响.在200和400℃时,摩擦层分布不均匀且不含或仅含少量的摩擦氧化物,这样的摩擦层对磨损表面不具有保护作用,TC4合金的磨损率随着温度的提高而提高.在600℃时,摩擦层分布均匀,且摩擦层含有较多的Ti O2和Ti O摩擦氧化物,TC4合金的磨损率大幅下降.因此,磨损过程中形成的均匀且含有大量摩擦氧化物的摩擦层极大地改善了TC4合金的磨损性能.     

Ti_3SiC_2-Al_2O_3复合材料在不同液体介质中的摩擦磨损性能

采用真空热压烧结工艺制备了Ti3SiC2和Ti3SiC2-Al2O3复合材料,考察了其与GCr15钢球配副在无润滑条件、去离子水和乙醇介质中的摩擦磨损性能.研究结果表明:在无润滑条件和去离子水中,2种摩擦副的摩擦学性能较差;在乙醇中,2种摩擦副均表现出优异的摩擦学性能;从无润滑条件到去离子水和乙醇介质中,2种摩擦副的磨损机理受从钢球到盘的单向转移以及摩擦氧化控制.与单一Ti3SiC2材料相比,Ti3SiC2-Al2O3复合材料具有更好的摩擦学性能.     

乙醇润滑下Ti3AlC2的摩擦磨损性能

采用SRV摩擦磨损试验机评价了Ti3AlC2在干摩擦以及水和乙醇润滑条件下的摩擦磨损性能,分析了Ti3AlC2磨损表面形貌和化学组成,简要讨论了水和乙醇的黏度对其润滑性能的影响。结果表明：在干摩擦和水润滑条件下,Ti3AlC2/Si3N4、Ti3AlC2/Al2O3和Ti3AlC2/GCr15钢3种摩擦副的耐磨性能较差,而在乙醇润滑条件下,由于乙醇可抑制Ti3AlC2的晶粒拔出、断裂以及偶件材料向Ti3AlC2的转移,从而导致3种摩擦副的耐磨性能优异。     

Ti_3SiC_2/Cu摩擦副的载流摩擦学性能

本文中考察了Ti3SiC2/Cu摩擦副在干摩擦和微量离子液体润滑条件下的载流摩擦学特性.在干摩擦条件下,Ti3SiC2/Cu摩擦副的摩擦系数值为0.6~0.75.当滑动速度从0.11增至0.33 m/s时,接触电阻降低小,在Ti3SiC2栓磨损表面有Cu的转移膜形成.当滑动速度为0.44和0.56 m/s时,栓/盘接触不稳定并且产生电火花,表明在机械磨损和电磨损共同作用下Ti3SiC2栓发生了严重磨损.在微量离子液体润滑条件下,Ti3SiC2/Cu摩擦副处于边界润滑状态,随着滑动速度的提高,摩擦系数由0.08增至0.2.当滑动速度高于0.33 m/s时,产生长约数厘米、平均直径53μm的弯曲缠绕的铜丝,这是相对较硬的Ti3SiC2对Cu盘犁削作用的结果.铜丝将离子液体"扫离"了摩擦表面,并且对摩擦学性能和电性能造成不利影响.     

反应烧结Ti3SiC2材料的载流摩擦磨损性能

采用HST-100型摩擦磨损试验机,研究了载流条件下法向载荷和电流对Ti3SiC2材料摩擦磨损性能的影响,同时借助JSM-6700F型扫描电子显微镜研究了Ti3SiC2材料的磨损机理.结果表明:当电流为0 A时,Ti3SiC2材料磨损主要以机械磨损为主,随着载荷的增加,摩擦系数逐渐减小,在120 N时达到最小值0.32.在载流条件下,Ti3SiC2材料磨损主要以电弧烧蚀和机械磨损为主,随法向载荷的增加摩擦率逐渐减小,在120 N时磨损率接近于非载流条件下单纯的机械磨损量2.2×10-6mm3/(N.m).在高载荷和不同电流条件下,Ti3SiC2材料均表现出良好的载流摩擦磨损性能.     

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.      

高浓度过氧化氢中AlCoCrFeNiCu 的摩擦学性能研究

为研究AlCoCrFeNiCu高熵合金在强氧化的过氧化氢介质中的摩擦学性能,采用销盘磨损试验机测试了AlCoCrFeNiCu合金与3种工程陶瓷组成摩擦副在90％过氧化氢介质中的摩擦学性能,采用SEM、EDS、白光共焦显微镜等分析了磨损表面,并且探讨了高熵合金与3种陶瓷配副在高浓度过氧化氢中的磨损机理.结果表明:在高浓度过氧化氢中,AlCoCrFeNiCu合金与碳化硅和氮化硅陶瓷配副具有较低的摩擦系数和较小的磨损;AlCoCrFeNiCu/ZrO₂摩擦副的主要磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损,同时伴随有氧化磨损;AlCoCrFeNiCu/SiC摩擦副和AlCoCrFeNiCu/Si₃N₄摩擦副的主要磨损机制为抛光型氧化磨损并伴随有轻微的三体磨粒磨损;AlCoCrFeNiCu/Si₃N₄摩擦副还伴随有边界润滑效应.     

热氧化温度对TC4钛合金在生理盐水中腐蚀磨损性能的影响

本文中考察了在大气环境下经热氧化处理后TC4钛合金在生理盐水中的腐蚀磨损性能，重点研究了热氧化温度(500~900 ℃)对TC4钛合金的表面氧化物薄膜的结构及腐蚀磨损性能的影响. 结果表明:经热氧化处理后TC4钛合金表面的氧化膜的结构主要由三部分组成:TiO₂与α-Al₂O₃混合组成的表层，以TiO₂为主的亚表层以及氧扩散层内层，热氧化温度对氧化膜的物相结构、表面硬度、膜基结合性能和腐蚀磨损性能有显著影响，其中，在700 ℃下热氧化处理获得的氧化层膜基结合性能最好，表面硬度最高，耐腐蚀磨损性能最好.      

Ni3Al基涂层与不同材料配副时宽温域的摩擦学行为

采用等离子喷涂法制备Ni₃Al基涂层，分别以316L和Al₂O₃为摩擦偶件，考察25~800 ℃内摩擦偶件材料对涂层摩擦学行为的影响. 结果表明:在软金属Ag析出、BaF₂/CaF₂脆-塑性转变和摩擦氧化协同作用下，随温度升高Ni₃Al/316L和Ni₃Al/Al₂O₃摩擦副的摩擦系数和磨损率具有一致的变化规律，且Ni₃Al/Al₂O₃摩擦副性能更佳. 25 ℃时，涂层与316L对摩时发生黏着磨损和磨粒磨损，而与高硬度的Al₂O₃对摩时发生脆性剥层和磨粒磨损，使涂层表面更粗糙导致较高的摩擦系数；Al₂O₃热导率较低，高接触应力作用下产生的大量摩擦热不能及时耗散，剥落材料贮存于剥落坑或黏附于磨损表面，使Ni₃Al/Al₂O₃摩擦副具有较低的磨损率. 200~600 ℃时，高硬度的Al₂O₃对涂层的犁削作用较强导致Ni₃Al/Al₂O₃摩擦副具有高的摩擦系数；而涂层在Al₂O₃碾压下发生塑性变形，使其具有较低的磨损率. 800 ℃时，高硬度的Al₂O₃促使磨损表面形成高氧化物含量的润滑膜，使Ni₃Al/Al₂O₃摩擦副具有低的摩擦系数和高的磨损率.      

聚合物/金属摩擦界面迁移过程的数值模拟

聚合物材料在与金属对偶件滑动接触时,会在摩擦界面上发生界面迁移,导致在金属对偶件表面形成一层转移膜.转移膜的存在能够有效地降低聚合物材料的磨损.本文基于离散单元法,利用二维颗粒流程序(PFC2D),对PTFE/45钢界面迁移过程进行数值模拟分析.模拟结果表明:PTFE与45钢组成摩擦副时,会在45钢表面形成一层转移颗粒层.一开始转移颗粒数逐渐增大,一段时间后随着转移颗粒层的形成与完整,转移颗粒数趋于一个定值且保持动态平衡,磨损颗粒增加速率显著下降,并维持在一个稳定的值.     

退火温度对氧化铬薄膜结构和高温摩擦学性能的影响

采用电弧离子镀技术在GH-4169高温合金基体上沉积氧化铬薄膜，并对薄膜进行了不同温度的退火处理，系统研究了不同退火温度(500、600、700和800 ℃)对薄膜形貌、薄膜结构、薄膜力学性能及薄膜摩擦学性能的影响. 结果表明:随退火温度升高，薄膜表面缺陷减少，氧化铬晶化趋于完善，薄膜硬度下降. 高温摩擦学性能方面薄膜经500和600 ℃退火后，在环境温度从室温到800 ℃宽温域范围内摩擦系数较退火前均有所增加；经800 ℃退火后的薄膜在环境温度为400~600 ℃时的摩擦系数均明显下降，但室温摩擦系数明显升高，宽温域内摩擦系数波动较大；700 ℃退火后薄膜宽温域内摩擦系数在0.21~0.33之间，波动较小.      

掺W类金刚石薄膜的高温摩擦学行为

采用阳极层流型离子源结合非平衡磁控溅射技术制备了含氢掺钨类金刚石(W-DLC)薄膜,利用TEM、SEM、XRD、Raman光谱仪和摩擦磨损试验机等方法分析了薄膜的结构、形貌以及在高温下的摩擦学性能,探讨了W-DLC薄膜在高温下摩擦磨损行为作用机理.结果表明:W-DLC薄膜中钨原子以WC1-x纳米晶团簇的形式随机分布于碳基质中,增强了薄膜的韧性.W-DLC薄膜在25~200℃范围内的摩擦系数可稳定在0.1以下,在300℃时的摩擦系数则高达0.5,当试验温度进一步升高到400℃时,薄膜的摩擦系数反而降低至0.3左右,当试验温度升高到500℃时,W-DLC薄膜中的W被氧化生成WO_3和摩擦诱导生成的石墨共同作用,使得薄膜的摩擦系数降到0.15左右,说明W-DLC薄膜在高温下仍然具有优异的减摩特性.然而,W-DLC薄膜的磨损率在25~500℃范围内表现出随着温度的升高而不断增大的趋势.     

微量Ag元素对TiAlN涂层摩擦学性能的影响

采用电弧离子镀技术利用Ti₅₀Al₅₀、Ti₅₀Al₄₉Ag₁、Ti₅₀Al₄₅Ag₅合金靶沉积制备出了TiAlN及不同Ag含量的TiAlAgN涂层. 利用球-盘式摩擦磨损试验机研究了室温、200、400和600 ℃等温度下的摩擦学性能；通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、表面轮廓仪和划痕仪对磨损前后涂层的表面形貌、微观结构、硬度及涂层结合力进行了分析. 结果表明:TiAlN、TiAlAgN(Ag原子百分数0.12%)、TiAlAgN(Ag原子百分数0.30%)涂层的厚度分别为为4.18、5.31和4.69 μm，硬度分别为HV_0.2 2 049.4、HV_0.2 1 672.9、HV_0.2 1 398.5；TiAlN、TiAlAgN涂层的衍射峰位与面心立方的TiN相同，掺入Ag后TiAlN涂层的择优取向变为N(220)面. 三种涂层在不同温度下的磨损机理主要为黏着磨损与磨粒磨损. 室温时TiAlN涂层的摩擦系数比其他两种涂层要小约0.3，200 ℃时三种涂层的磨损率较大，400 ℃时掺Ag涂层的耐磨效果达到最佳. 此外，当Ag原子百分数在0.12%~0.30%范围时，随着Ag含量增加，涂层的结合力降低.