Si3N4陶瓷／冷激铸铁的摩擦学性能研究

采用块－盘摩擦磨损试验机考察了陶瓷的在干摩擦条件下的摩擦磨损行为,通过该摩擦副的摩擦系数随勒荷和速度的增大而减小,当载荷和速度较大时,陶瓷的磨损严重,而由于摩擦温度升高引起的冷激铸铁材料的转移也会使陶瓷出现负磨损,对磨损表面的形貌分析和化学成分测试结果表明粘着磨损和疲劳磨损在磨损过程中占主导地位。     

在油润滑条件下陶瓷对金属及金属对金属摩擦副摩擦磨损性能的研究

在油润滑条件下,用MHK-500环-块摩擦磨损试验机和弹簧加载磨损试验机就热压和无压烧结的Sialon陶瓷对金属,以及金属(GCr15钢和冷激铸铁)对金属摩擦副的摩擦磨损性能进行了试验研究。结果表明,不仅陶瓷对金属摩擦副的摩擦系数(在载荷>1000N时)比金属对金属摩擦副的低,而且陶瓷对金属摩擦副中的环、块磨损均比金属对金属摩擦副中的轻微。文章还就陶瓷的烧结工艺及其试块表面粗糙度对摩擦副性能的影响进行了讨论。热压烧结Sialon陶瓷的耐磨性能比无压烧结Sialon陶瓷的好,而前者对金属试环的磨损却比后者对金属试环的磨损严重,陶瓷试块的表面粗糙度越大,与之配副的金属试环的磨损越严重。作者认为,这是由于热压烧结Sialon陶瓷的致密度较高,故其耐磨性能较好,而无压烧结Sialon陶瓷具有一定的微小孔穴,这有利于润滑油的储存,因而可以降低对金属试环的磨损;陶瓷材料的硬度很高,其表面粗糙凸峰可以起磨粒作用而使金属试环发生磨粒磨损。     

不同配副下ZrB2-SiC复相陶瓷的摩擦学性能

以微米级ZrB_2和SiC粉末为原料,采用热压烧结制备ZrB_2-SiC复相陶瓷,考察了SiC含量,摩擦对偶,速度和载荷对ZrB_2-SiC复相陶瓷摩擦磨损特性的影响.结果表明:ZrB_2-SiC复相陶瓷的摩擦系数和磨损率对SiC含量和摩擦对偶的变化较为敏感,速度和载荷变化,摩擦系数和磨损率的波动较大;以WC为对偶,速度0.1 m/s,载荷5 N时的ZrB_2-SiC复相陶瓷的平均摩擦系数和磨损率分别仅为0.4和2.41×10–4 mm3/(N·m).ZrB_2-SiC复相陶瓷的磨损机制以机械磨损为主,伴有轻微摩擦氧化,摩擦层的形成有利于摩擦系数的减小.     

B4C/hBN复相陶瓷与球墨铸铁配副摩擦学性能研究

本文中以热压烧结法制备不同hBN质量分数(0%、10%、20%和30%)的B4C/hBN复相陶瓷作为销试样,与球墨铸铁(QT)盘试样在空气润滑条件下进行销-盘式摩擦磨损试验,滑动速度为0.66 m/s,磨程为850 m,载荷为5 N.借助扫描电子显微镜(SEM)观察摩擦表面和磨屑的形貌特征,利用X光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)等分析手段表征磨面和磨屑的物质组成,得出复相陶瓷成分、试验参数对配副摩擦学性能的影响.研究表明:hBN质量分数为0%和10%的复相陶瓷(BN00、BN10)与铸铁配副时,磨损机制以黏着磨损为主,摩擦系数为0.5,h BN质量分数为20%和30%的复相陶瓷(BN20、BN30)与铸铁配副时,陶瓷销表面出现连续的表面膜,该表面膜主要由Fe_2O_3、Fe_3O_4、B_2O_3、B_4C及h BN等物质组成,摩擦系数降低至0.2;随着载荷的升高,QT-BN00与QT-BN10配副磨损机制仍以黏着磨损为主,摩擦系数与5 N载荷无明显变化,而QT-BN20与QT-BN30配副摩擦系数随载荷上升而升高,当载荷为10 N时,摩擦系数升至0.6.     

两种晶粒尺寸氧化铝陶瓷滑动磨损表面演化

文中比较研究了两种晶粒尺寸(0.6μm和3.8μm)氧化铝陶瓷在室温干摩擦条件下分别与氮化硅陶瓷对摩时的摩擦磨损性能,发现细晶氧化铝陶瓷(0.6μm)/氮化硅陶瓷摩擦副有较低的摩擦系数和磨损率以及高的磨损转变载荷,而粗晶氧化铝陶瓷(3.8μm)/氮化硅陶瓷摩擦副的摩擦学性能较差.对这两种晶粒尺寸氧化铝陶瓷的磨损表面进行了表征,发现了两种不同的磨损机制和磨损演化规律.在15 N的载荷下,3.8μm氧化铝陶瓷在磨损初期发生了晶粒断裂和拔出,在100 s后开始形成摩擦层,随后摩擦层的面积随着滑动时间的延长而增大,其特征为光滑、有裂纹贯通的机械混合层.0.6μm氧化铝陶瓷在初期的磨损以微凸体磨损和晶界破坏为主,随后出现晶粒断裂和拔出,没有发现机械混合层.本文中讨论了晶粒尺寸效应和磨痕尺寸效应对两种晶粒尺寸氧化铝陶瓷磨损表面演化的影响.     

γN相/Si3N4陶瓷球摩擦副在干摩擦条件下的磨损机制转变图

采用等离子体源渗氮技术在AISI 316奥氏体不锈钢表面制备γN相层.研究了γ_N相层/Si_3N_4陶瓷球摩擦副在球-盘式磨损仪、载荷2~8 N、滑动速度0.15~0.22 m/s干摩擦条件下的磨损行为,基于详细的磨痕表面和磨屑显微分析,通过响应面分析法建立γ_N相层在此状态下的磨损机制转变图.结果表明:γ_N相层在低载荷下的磨损机制主要是氧化磨损;而在较高载荷下的磨损机制主要是塑性变形和磨粒磨损.     

干摩擦及水或油润滑下TiC（N）—Al2O3陶瓷／不锈钢摩擦副的磨损性能研究

用环－块磨损试验机对ＴｉＣ（Ｎ）－Ａｌ２Ｏ３复合陶瓷／不锈钢摩擦副的磨损２性能进行了试验研究。结果表明，分别在摩擦和水或２０＃机械油润滑条件下，陶瓷与不锈钢的磨损质量损失都是随着载荷速度的增加而快速 增大，而且试件在水或油润滑下的磨损２值反而比在干摩擦同。     

高速干摩擦条件下铝基复合材料的摩擦磨损行为研究

在MMS-1G型高速干滑动摩擦磨损试验机上,采用铝基复合材料和蠕墨铸铁作为销试样,研究了速度和接触压力对摩擦副摩擦磨损特性的影响.结果表明:摩擦副的摩擦磨损特性受控于所产生的摩擦热、材料的导热能力以及材料保持一定塑性变形抗力的温度条件三者之间的耦合作用;随着速度与接触压力的增加,摩擦副的摩擦系数显著降低;不同材料表现出不同的磨损行为;接触压力愈高,材料的摩擦磨损性能差异愈小;在本文试验条件下,当摩擦速度较低(＜100 m/s)时,蠕墨铸铁表现出良好的摩擦磨损特性,而速度较高(＞100 m/s)时, 铝基复合材料表现出较优良的摩擦磨损性能.     

摩擦信号分形维数与载荷和速度的关系研究

在立式万能摩擦磨损试验机上对GCr15/45#钢摩擦副进行不同接触载荷和滑动速度下的摩擦磨损试验,对初始滑动距离1 000 m内的摩擦系数信号进行数据采集,运用结构函数测度方法对摩擦系数信号进行分形表征,计算不同载荷和速度下的分形维数,研究摩擦信号的分形维数随载荷和速度的变化规律.结果表明,摩擦系数信号具有显著的分形特征,其分形维数随载荷和速度而变化.在相同载荷下,分形维数随滑动速度增加而增大;在相同速度下,分形维数随着接触载荷增加而增大.磨损率与摩擦系数信号的分形维数正相关.     

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%.     

芳纶纤维增强酚醛树脂摩擦材料的磨损机理研究

对芳纶增强酚醛树脂摩擦材料在模拟制动工况下的磨损机理进行了系统的实验研究,结果表明：在试验工况下,两种摩擦材料在与铸铁偶件对摩时均呈现粘着磨损和塑性变形特征;在高速和高压条件下塑性变形加剧,摩擦材料磨损表面可见熔融迹象;摩擦副接触表面发生材料的相互转移,两种摩擦材料均可在偶件表面形成转移膜,且在高速和高压条件下转移膜更易形成;Kevlar纤维作为增强相可以有效地提高摩擦材料的摩擦稳定性,并降低摩擦系数;摩擦材料的磨损机理主要为擦伤作用、粘着磨损和塑性变形。     

不同滑动条件下与氧化铝对摩时灰铸铁中石墨的减摩抗磨作用

考察了灰铸铁/A12O3陶瓷摩擦副在干摩擦、蒸馏水、乳化液和机油润条件下的摩擦磨损特性,并分析灰铸铁中石墨在不同润滑剂润滑下的减摩作用。结果表明：在这几种润滑条件下A12O3陶瓷和铸铁摩擦副的摩擦系数及摩损量都有所降低;在干摩擦及蒸馏水润滑下,石墨能起减摩耐磨作用;而在乳化液及油润滑下石墨难以起到润滑作用。     

MoSi_2高温磨损行为的配副特性研究

在XP-5型高温摩擦磨损试验机上考察了MoSi2与Al2O3、SiC和Si3N4配对副在1000℃大气环境不同滑动速率下的摩擦磨损行为,利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了试样的磨损表面形貌和相组成.结果表明:随着滑动速率的增加,摩擦系数和MoSi2的磨损率均呈下降趋势,SiC为更适合于MoSi2的高温配对副材料.与Al2O3配对时,MoSi2的磨损机理主要表现为黏着和氧化;与SiC和Si3N4配对时,MoSi2的磨损机理为研磨、轻微氧化和点蚀.     

柱状莫来石弥散钇稳定四方氧化锆多晶陶瓷摩擦磨损性能研究

研究了柱状莫来石弥散四方氧化锆多晶陶瓷(MDZ)在含质量分数2％SiO2磨粒的5％NaOH溶液中的摩擦磨损性能．结果表明：在100～500N载荷范围内,莫来石质量分数为15％的15MDZ的耐磨性明显优于莫来石质量分数为20％的20MDZ;含莫来石弥散相的Y-TZP的力学性能有所降低,但15MDZ陶瓷在500N载荷下的耐磨性能优于Y-TZP;MDZ复合陶瓷主要呈现擦伤和塑性变形特征,而3Y-TZP陶瓷在相同试验条件下主要呈现塑性变形和断裂特征;柱状莫来石可阻碍裂纹扩展、阻止晶界滑移、抑制ZrO2晶粒异常长大、提高MDZ陶瓷的致密度,从而改善MDZ复会陶瓷的抗磨性能。     

硬脂酸钾固体润滑薄膜的制备及其摩擦磨损性能研究

采用浸渍-提拉法制备出硬脂酸钾薄膜,用DF-PM型静-动摩擦磨损试验机和UMT-2MT型摩擦磨损试验机考察了在低速滑动和高速滑动条件下硬脂酸钾薄膜的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪观察分析了薄膜及偶件磨损表面的形貌及其典型元素的面分布情况.结果表明,以GCr15钢球为偶件在高速滑动和以氮化硅球作为偶件在高、低速滑动条件下,薄膜具有较好的摩擦磨损性能.由于钢球和氮化硅陶瓷球表面粗糙度及其化学状态存在差异,硬脂酸钾更容易在氮化硅球表面形成转移膜,从而具有更低的摩擦系数和更长的耐磨寿命.     

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。     

单晶硅表面等离子体基离子注入碳纳米薄膜的摩擦学特性

用等离子体基离子注入(PBII)技术在单晶硅表面制备了碳纳米薄膜,考察了薄膜在不同载荷及速度下同Si3N4球对摩时的摩擦学性能,并采用扫描电子显微镜观察分析了磨痕表面形貌.结果表明,所制备的碳纳米薄膜光滑致密,为高硬度富弹性的类金刚石碳(DLC)膜,薄膜通过C-Si键合作用而同硅片表面形成牢固结合,且成分及结构呈现某种梯度变化特征,单晶硅经改性后摩擦学性能大幅度改善:在低载荷(0.5 N)下其耐磨寿命达3 h以上,摩擦系数处于0.10～0.30之间,磨痕不明显;在高载荷(4 N)下其耐磨寿命及摩擦系数(0.03～0.20之间)均明显降低.这是由于较高载荷或滑动速度导致DLC薄膜石墨化加剧所致.     

陶瓷填充聚苯硫醚复合材料的摩擦化学作用机理

用扫描电镜和Ｘ射线光电子能谱研究了聚苯硫醚－陶瓷复合材料／工具钢摩擦副的摩擦化学作用机理,结果发现,在摩擦过程中,ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３和Ｃｒ３Ｃ２填充聚苯硫醚复全材料中的聚苯硫醚基体均发生分解,分解产物同偶件铁发生化学瓜生成有利于提高转移膜偶件表面结合强度的摩擦化学产物,从而使得复合材料的耐磨性得以提高。