铝基复合材料超精密加工中的刀-屑摩擦磨损性能及模型研究

通过金刚石PCD刀具对非连续SiC增强铝基复合材料的超精密车削加工试验,考察了刀具第二切削变形区(刀具前刀面-切屑间)的摩擦磨损性能,并提出了相应的模型;采用爆炸式快速落刀装置制备出切屑根并分析了积屑瘤的影响因素;采用原子力显微镜对PCD刀具的刃口磨损形貌进行观察,并分析其磨损机理.结果表明:在超精密切削加工非连续增强铝基复合材料的过程中,前刀面仍然有极小的楔型积屑瘤产生;铝基复合材料的摩擦磨损性能明显优于铝合金,且当SiC增强相达到最佳体积分数(20%～25%)时,其摩擦磨损性能最佳;从刀具的耐磨性角度考虑,在超精密加工非连续增强铝基复合材料时适宜采用金刚石刀具.     

超细晶粒硬质合金的高速摩擦磨损特性研究

在CA6140型车床配置的高速摩擦磨损试验装置上进行滑动摩擦磨损试验,研究了WC-10Co和WC-12Co硬质合金与7050-T7451铝合金摩擦副的摩擦磨损特性,采用扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪观察和分析硬质合金的磨损表面形貌及其元素的扩散现象.结果表明,随着法向载荷和转速的提高,2种硬质合金的摩擦系数均呈下降趋势.在相同条件下,WC-12Co比WC-10Co的摩擦系数稍高,而摩擦温度和磨损体积损失低于WC-10Co.超细晶粒硬质合金的主要磨损机制为Co粘结相塑性变形、WC晶粒脱落造成的磨粒磨损和粘结磨损并伴有少量的扩散磨损.     

Al-TiO2-B2O3反应体系中B2O3/TiO2摩尔比对热扩散反应合成铝基复合材料磨损性能的影响

利用Al-TiO2-B2O3体系热扩散反应合成(XD)法制备了铝基复合材料;采用销-盘摩擦磨损试验机考察了所制备的铝基复合材料在干摩擦条件下同GCr15钢配副时的磨损性能;采用扫描电子显微镜和光学金相显微镜观察分析了复合材料微观组织结构及其磨损表面和剖面形貌,探讨了其磨损机理.结果表明:所制备的铝基复合材料的磨损性能随Al-TiO2-B2O3反应体系中B2O3/TiO2摩尔比的增加而提高;复合材料的磨损质量损失随着滑动速度的增加而增加,当滑动速度为0.9 m/s左右时最大,随后开始减小;磨损质量损失与滑动距离基本呈线性关系.当B2O3/TiO2摩尔比为0.0时,增强相由Al2O3和Al3Ti组成,相应的复合材料的抗磨性能较差,其磨损主要表现为Al3Ti的犁沟切削、亚表层剥落、塑性基体流失导致Al2O3颗粒裸露脱落以及Al3Ti棒断裂导致的磨粒磨损;加入B2O3后,棒状Al3Ti的数量减少,有利于基体晶粒细化,提高复合材料强度和塑性,故抗磨性能提高.当B2O3/TiO2摩尔比为1.0时,复合材料中的Al3Ti基本消失,抗磨性能显著改善,主要磨损机制为粘着磨损和轻微磨粒磨损.     

纳米Al2O3增强PA6复合材料的摩擦磨损性能研究

利用MMW-1型摩擦磨损试验机考察了纳米Al2O3增强PA6复合材料同45#钢对摩时的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察分析了试样磨损表面形貌.结果表明:纳米Al2O3可以提高PA6的耐磨性能;在小于100 N低载荷下纳米Al2O3填充PA6复合材料的滑动摩擦系数符合粘弹性材料的变化规律;只有当填充量适当时,纳米Al2O3微粒才能有效地增强聚合物基体的抗磨粒磨损性能,并阻碍聚合物基体向偶件磨损表面的粘着转移;纳米Al2O3质量分数为10%的PA6复合材料的抗磨性能最佳.     

加工Al2O3f+Cf/ZL109混杂增强复合材料的刀具磨损性能研究

利用挤压铸造法制备了炭短纤维(Cf)和Al2O3f短纤维增强以及混杂增强ZL109复合材料,研究了切削加工Al2O3f Cf/ZL109混杂复合材料过程中,Cf短纤维和Al2O3f短纤维含量以及切削速度对刀具磨损性能的影响.结果表明,刀具后刀面的磨损量随着纤维含量的增加而增加,Al2O3f短纤维对刀具磨损性能的影响程度大于Cf短纤维;2种短纤维混杂增强较单一Cf或Al2O3f增强时刀具后刀面的磨损将进一步加剧,但2种纤维对刀具磨损的交互作用并不显著;随着切削速度的增加,刀具后刀面的磨损量明显增大.高硬度PCD刀具和CBN刀具适用于加工Al2O3f Cf/ZL109混杂复合材料.     

高速铣削难加工材料时硬质合金刀具前刀面磨损机理及切削性能研究

采用涂层硬质合金刀具和细晶粒硬质合金刀具对超高强度合金钢(硬度＞50HRC、抗拉强度σb＞1.4 GPa)和马氏体不锈钢(硬度＞30HRC)等难加工材料进行了干式高速端面铣削试验;选择刀具寿命作为刀具切削性能的评价指标,利用X射线能谱仪和扫描电子显微镜分析了硬质合金刀具前刀面的磨损形态、磨损机理以及刀具的切削性能.结果表明:在难加工材料的高速铣削过程中,涂层硬质合金刀具主要失效形式为前刀面磨损,细晶粒硬质合金刀具主要失效形式为前刀面月牙洼磨损与剥落;2种刀具的主要磨损机理均为扩散磨损和氧化磨损.对细晶粒硬质合金刀具而言,在考虑刀具材料与工件材料适配性的基础上,必须利用合理的刃口强化处理来降低磨损初期的刃口微崩刃倾向.     

SiCp增强铝基复合材料切削加工中刀—屑摩擦模型及其磨损性能研究

通过分析ＳｉＣ颗粒增强铝基复合材料切削过程中刀具与切屑之间的摩擦特点,经过某些合理简化,提出了以紧密接触为主要特征的摩擦特性方程式,通过与切削试验及计算机仿真结果对比,验证了该公式的合理性;并采用ＳＥＭ等手段分析了ＳｉＣ颗粒及晶须增强铝基复合材料及刀具的磨损机理。结果表明：复合材料的耐磨性能优于铝合金;Ｋ类硬质合金刀具有可用于粗加工和半精加工,并须用较低切削速度和较大进给量;而精加工时须采用聚晶金     

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     

表面微织构对WC-8Co在往复摩擦磨损中粘结-扩散磨损特性的影响

采用激光表面纹理化在WC-8Co上制备了微沟槽织构,通过往复式摩擦磨损试验对其与Ti6Al4V接触的耐磨性进行分析,并以无表面微沟槽织构的WC-8Co为对比样品,研究了表面微织构对WC-8Co粘结-扩散磨损特性的影响,揭示了摩擦过程中表面微织构的磨损机理. 结果表明:WC-8Co上的微沟槽对摩擦接触面具有抗粘结作用,在高接触载荷下,这种效应更为明显. 织构表面的抗粘结机制是由微沟槽包裹的碎屑产生的. 此外,与无表面微织构的WC-8Co不同,表面织构化的WC-8Co的磨损最初来源于微沟槽边缘的断裂,随后扩展到摩擦表面. 这种磨损特性归因于微沟槽边缘的高热载荷和机械应力集中,以及激光加工过程中WC晶粒长大与摩擦过程中粘结剂Co扩散的协同效应.      

纳米Al2O3和Fe2O3填充尼龙PA1010的摩擦磨损行为

采用模具挤压成型方法制备了纳米Al2O3和Fe2O3填充PA1010尼龙复合材料，采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了所制备的尼龙复合材料在干摩擦条件下同45#钢对摩时的摩擦磨损行为。研究结果表明，填充纳米Al2O3使得PA1010尼龙复合材料的摩擦系数增大，而填充纳米Fe2O3使得摩擦系数降低；纳米Al203和Fe2O3填充尼龙复合材料的耐磨性能优于尼龙；当纳米填料的质量分数从10％提高到20％时，纳米Fe2O3填充尼龙的磨损量增大，纳米Al2O3填充尼龙的磨损量无明显变化，2种填料填充尼龙复合材料的摩擦系数变化不大．纳米Fe2O3填充尼龙复合材料同45#钢对摩时主要呈现粘着磨损和轻微疲劳磨损特征，而纳米Al2O3填充尼龙复合材料呈现脆性疲劳开裂特征。纳米Fe2O3填充尼龙复合材料在偶件磨损表面形成的转移膜更加均匀和连续，故其减摩抗磨性能优于纳米Fe2O3填充尼龙复合材料。     

高速烟支质量检测装置中陶瓷涂层/浸树脂石墨摩擦副材料的选择研究

本文根据烟草机械高速烟支质量检测装置中陶瓷涂层的实际工作情况,对比分析了Al2O3-40%TiO2、Al2O3-20%TiO2、WC-12%Co和Cr2O34种涂层材料与浸树脂石墨作为摩擦配副材料时的磨损性能,并根据耐磨性好的原则对涂层材料进行选择,以达到减少零件失效、降低维修费用的目的.结果表明:在相同条件下,涂层材料磨损率由大到小分别为Al2O3-40%TiO2、Al2O3-20%TiO2、WC-12%Co和Cr2O3,其中Cr2O3涂层的耐磨性最好.陶瓷涂层材料的主要磨损机理为黏着磨损、脆性剥落和磨粒磨损.     

高含量SiC颗粒增强铝基复合材料的增摩特性研究

汽车轻量化是当今汽车工业发展的主旋律.针对制动盘的轻量化,研究了SiC颗粒增强铝基复合材料与摩擦材料干滑动的摩擦行为,并探讨了其增摩的机理.结果表明:随SiC质量百分数从50%增加到55%,最大静摩擦系数增大了约80%.两对摩擦副的静摩擦系数随压力增大均明显增大,随滑动速度提高则呈先增后减的趋势.干滑动摩擦导致的摩擦表面温度升高造成基体软化,增强相脱落,且使得磨损机理由磨粒磨损向黏着磨损转变,从而严重影响摩擦系数的稳定性.     

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。     

烧结Fe3Al金属间化合物基摩擦材料的摩擦磨损性能研究

采用热压烧结方法制备了不同成分的Fe3Al金属间化合物基摩擦材料,考察了其物相、力学性能、抗氧化性及干摩擦磨损性能.结果表明,Fe3Al金属间化合物基摩擦材料密度低、强度高、抗氧化性好、摩擦系数稳定、高温耐磨性好;其在不同摩擦阶段的磨损机制存在差异,主要磨损机制包括磨粒磨损、塑性变形、裂纹萌生与扩展、微区脆性剥落及氧化磨损等.     

钴基合金刷丝与碳化铬涂层高线速度磨损行为研究

在超高速磨损试验器上开展刷式密封磨损试验,摩擦副为GH5605钴基高温合金刷丝束和喷涂碳化铬耐磨涂层的跑道试样,最高摩擦线速度达到400 m/s. 利用扫描电镜和能谱分析研究了摩擦表面的磨损形貌及材料成分,发现试验后的碳化铬涂层存在材料剥落和刷丝材料附着,刷丝尖端出现以犁沟和涂抹为主要特征的磨损,且摩擦线速度达到400 m/s时出现刷丝尖端粘连和严重氧化现象. 通过分析刷丝尖端磨损形貌的形成机制及摩擦表面的材料转移机理,认为刷丝尖端的主要磨损机制为二体磨粒磨损,而涂层的材料剥落现象会加剧其对刷丝的磨粒磨损作用. 使用共聚焦显微镜测量了磨痕深度,并与转子离心涨大变形量进行对比分析,分析结果表明超高线速度条件下转子的离心涨大增加了刷丝束和跑道涂层间的干涉,显著加剧了摩擦副的磨损.      

玻璃纤维增强MC尼龙复合材料的摩擦磨损性能研究

通过碱催化阴离子聚合反应制备玻璃纤维增强单体浇铸尼龙复合材料(GFMCPA),在MM-200型摩擦磨损试验机上研究了在干摩擦和水润滑条件下,不同玻璃纤维含量对尼龙复合材料摩擦磨损特性的影响,并借助扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌.结果表明:玻璃纤维含量对尼龙复合材料的摩擦性能具有显著影响;玻璃纤维质量分数达到30%后复合材料具有较好的耐磨性;在水润滑条件下,复合材料的摩擦系数和磨损量较干摩擦时大幅度降低;玻璃纤维含量低的尼龙复合材料的磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损;玻璃纤维含量高的尼龙复合材料的粘着磨损减少,磨损机制主要表现为磨粒磨损和疲劳磨损.     

盾构滚刀刀圈材料的冲滑复合磨损性能研究

盾构滚刀的磨损极大影响了隧道工程的掘进效率,滚刀主要发生冲击-滑动(冲滑)复合磨损,而刀盘与地层之间的相对刚度对滚刀的磨损行为存在显著影响,因此本文中在自主研制冲滑复合摩擦磨损试验机上对滚刀刀圈材料H13钢进行不同结构刚度下的磨损试验,并采用光学显微镜、扫描电镜和白光干涉仪等微观分析设备对不同结构刚度下H13钢的冲滑复合磨损特性和机理进行了分析和揭示. 结果表明:随着结构刚度的增大,压载荷作用时间增长并逐渐起主导作用,摩擦副在滑动区接触时间增长,H13钢损伤最严重区域有沿着冲滑方向移动的趋势,相应地,磨损机制由磨粒磨损变为磨粒磨损与黏着磨损混合形式. 在本研究中再现了盾构滚刀冲滑复合磨损的界面微观工作状态,深入探究了滚刀刀圈材料的微观磨损机理,可辅助了解滚刀与不同软硬程度地层间的相互作用,并为滚刀刀圈材料的磨损性能评价提供了新的研究方法和手段.      

温度对电沉积纯银镀层和纯银/银石墨复合镀层磨损性能和行为的影响

本文中使用电沉积方法在铜基表面分别制备了纯银镀层和纯银/银石墨复合镀层,研究了不同温度下两种镀层的磨损性能和行为.研究表明:室温至120℃,纯银镀层磨损机理为轻微的黏着磨损,摩擦系数稳定在0.35~0.45左右,磨损率为3×10~(-14) m~3/(N·m)左右;240~480℃,镀层磨损机理为明显的黏着磨损,磨损率急剧增加,摩擦系数不稳定.纯银/银石墨复合镀层在室温至240℃的磨损机理为轻微的黏着磨损,平均摩擦系数在0.1左右,磨损率增加缓慢;当温度超过240℃时,由于抗高温石墨膜的破裂,出现了严重的塑性变形;480℃时,复合镀层磨损机理主要表现为明显的磨粒磨损,摩擦系数不稳定,磨损率达到46×10~(-14) m~3/(N·m),耐磨性优于纯银镀层.