不同温度下Cu/FeS复合材料摩擦过程中组织演变的分子动力学模拟研究

通过计算机模拟的方法对不同温度下Cu//Cu/FeS摩擦副的摩擦性能进行计算研究,结果发现:当环境的温度在500 K时,摩擦副的摩擦系数出现第一个谷值,而此时金属铜发生再结晶,黏着磨损更为明显;700 K时,黏着层数减小而摩擦系数却有所增大,主要是由于复合材料内部的FeS结构发生转变造成.计算结果还证明:在高温情况下,增强相FeS存在先分解再重新结合的2个过程,并指出Cu/FeS复合材料在900 K时,仍然具有很好的减摩耐磨作用.还对不同温度摩擦时复合材料内部的组织演变过程进行系统分析,分析结果表明,随着温度的升高,FeS的结构发生演变,从六方NiAs型超结构相转变为简单NiAs型结构相,并且随着温度的升高,FeS结构的 c/a 也在不断减小,这些都影响着复合材料的摩擦性能.     

油溶性纳米Cu在微动磨损条件下的自修复行为与机理研究

将质量分数为1%的油溶性纳米铜分散于SJ 15W/40汽油机油中并以SJ 15W/40汽油机油为参比油、采用SRV型微动摩擦磨损试验机考察了油溶性纳米铜添加剂的摩擦磨损自修复行为.用表面轮廓仪、显微硬度计、扫描电子显微镜以及X射线光电子能谱仪等对摩擦副磨损表面进行了分析.结果表明,在本试验条件下,与参比油相比,添加油溶性纳米铜的SJ 15W/40汽油机油的摩擦系数和磨损体积损失均有大幅降低,且在达到一定试验时间和载荷后出现磨损负增长,表现出了明显的磨损自修复效应.油溶性纳米Cu能够改善摩擦副的表面磨损状况,使其得到整平和修复,其机理主要为软金属纳米颗粒(纳米Cu颗粒)在摩擦过程中由于物理、化学和电化学等作用而沉积于摩擦表面,形成含有单质铜的自修复沉积膜,从而起到了磨损自修复作用.     

纳米Cu在聚乙二醇溶液中的摩擦磨损性能研究

采用原位合成法以聚乙二醇400作为反应介质,以氢氧化钠和氨基配体作为分散剂,用乙二醇还原六水合乙酸铜制备出纳米Cu粉和纳米Cu聚乙二醇溶液,用X射线衍射仪和透射电子显微镜表征其结构,在四球摩擦磨损试验机上评价了含不同质量分数纳米铜粉的聚乙二醇溶液的摩擦磨损性能,并与分散剂进行对比.结果表明:所制备的纳米铜粒径约5 nm且分布均匀;纳米Cu粉可以显著提高聚乙二醇的抗磨和减摩性能.这是由于纳米铜在钢球磨斑表面形成了铜沉积膜和微量的一价氧化铜.     

炭纤维和氧化铜增强尼龙1010复合材料的摩擦学性能及磨损机理

以注塑成型法制备了无机填料 Cu O和炭纤维增强尼龙 10 10 (PA10 10 )复合材料 ,采用 MM- 2 0 0型摩擦磨损试验机考察了复合材料的摩擦磨损性能 ,分析了磨损表面和转移膜形貌 .研究结果表明 :Cu O和炭纤维可以显著改善尼龙复合材料的摩擦学性能 ,以 2 0 % CF- 10 % Cu O- PA10 10的耐磨性能和拉伸强度最高 ;在摩擦过程中炭纤维促进 Cu O还原生成单质铜微粒 ,形成具有良好自润滑性能的含铜转移膜 ,对减少摩擦副之间的磨粒磨损和粘着磨损及提高转移膜的结合强度起重要作用     

载流条件下碳纤维细编穿刺织物增强铜复合材料摩擦磨损性能研究

本文采用低压辅助熔渗法制备碳纤维细编穿刺织物增强铜(3D-Cf/Cu)复合材料,研究了载流条件下该复合材料的摩擦磨损特性.结果表明:载流条件下,由于电弧的作用,3D-Cf/Cu复合材料表面产生氧化磨损;载荷和速度一定时,随着电流的增大,3D-Cf/Cu复合材料的摩擦系数逐渐降低,磨损率逐渐增大.相同实验条件下,3D-Cf/Cu复合材料的摩擦磨损性能优于纯Cu.     

锡青铜梯度自润滑复合材料的摩擦学性能

利用粉末冶金工艺设计和制备了新型润滑材料——锡青铜梯度自润滑复合材料;在MM-200型摩擦磨损试验机上考察了其摩擦学性能,利用扫描电子显微镜观察分析了磨损表面形貌,进而探讨了其摩擦磨损机理.结果表明:锡青铜梯度自润滑复合材料摩擦学性能优异,且偶件损伤轻微;所研制的锡青铜梯度自润滑复合材料的摩擦学性能优于目前国内常用的金属润滑材料555铅青铜、6501锡青铜以及进口多层金属润滑材料;锡青铜梯度自润滑复合材料的优异减摩抗磨性能取决于其特殊的梯度结构.     

渗硫层与FeS粉末摩擦学机理的对比研究

为了改善GCr15轴承钢在脂润滑条件下的摩擦学性能,通过2种方法将FeS固体润滑材料应用于脂润滑下轴承钢材料的摩擦过程中.通过低温离子渗硫处理在轴承钢表面制取渗硫层;将FeS材料研磨成微米粉末添加到润滑脂中.在球-盘摩擦磨损试验机上对比研究了轴承钢渗硫层和使用FeS微米粉末的摩擦学性能.研究表明:在材料表面制取渗硫层和使用FeS粉末均可有效改善轴承钢在脂润滑条件下的减摩抗磨性能.在较低转速和载荷下,轴承钢表面渗硫层的摩擦磨损性能较使用FeS粉末更好,而在高速重载的工况下,轴承钢表面在使用FeS粉末时体现出更好的抗磨性能.     

超声马达转子摩擦材料磨损特性研究

利用MPX－200型销－盘摩擦磨损试验机和自制的超声马达摩擦特性模拟试验台,考察了摩擦材料在普通滑动试验和超声马达试验条件下的磨损性能,研究了接触预压紧力和负载力矩对转子摩擦材料磨损状态的影响,并借助于扫描电子显微镜和光学显微镜对摩擦材料磨损机理进行分析,指出可用绝对转差率Sf描述超声马达定子和转子相对滑动摩擦磨损程度。结果表明,摩擦材料在超声马达试验条件下的磨损状态与普通滑动试验条件下的不同,普通滑动试验时摩擦材料磨损表面形成了层状覆盖膜,而超声马达转子摩擦材料磨损表面无覆盖膜,其表面呈现犁沟磨损和疲劳剥层磨损特征,这种磨损特征随预压紧力和负载力矩变化而变化,与绝对转差率Sf有关,且存在2个临界转变区。     

铸态铝基复合材料与半金属衬片摩擦副的干滑动摩擦磨损特性研究

采用铸态A356/SiC复合材料与高速列车制动盘偶件半金属衬片材料摩擦副进行干摩擦磨损试验,并用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和能谱仪等手段分析了复合材料的磨损机制.结果表明:复合材料表现出良好的磨损特性,在滑动速度3.0m/s以下,载荷达到600N(12MPa)时的磨损量仍很小;复合材料的磨损率随pv(压力与速度的积)值的增加而增大,摩擦系数则随pv值增加而小幅度减少;磨损过程中磨损表面很快形成以氧化物和以石墨为主的润滑膜,起到了减摩和耐磨作用.在pv值较低时复合材料的磨损机制为轻微的氧化磨损机制,随着pv值增加出现剥层磨损,在复合材料与半金属衬片间的接触表面,由于塑性流动挤出片状磨屑而使磨损量降低.     

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.     

新型C/C-Cu复合滑动导电材料电摩擦磨损行为研究

采用无压熔渗工艺制备一种新型的具有自润滑耐磨性能的炭纤维整体织物/炭-铜(C/C-Cu)复合材料,在改装的MM-2000型环-块摩擦磨损试验机上考察其载流摩擦磨损性能,探讨外加直流电对摩擦磨损行为的影响并分析其作用机理.结果表明:电流方向决定了复合材料摩擦面磨屑层存在与否,对摩擦系数有较大影响.正接条件下复合材料的摩擦系数和磨损率高于负接条件下.电流强度对C/C-Cu复合材料磨损率影响较为显著.随电流强度增大,磨损率增大,磨损机制由犁削磨损向黏着磨损转变.摩擦系数随电流强度的增大先升高后降低.     

45#钢等离子渗氮在不同润滑剂下的摩擦磨损性能研究

利用脉冲直流等离子对45#钢进行等离子渗氮,用X射线散射分析等离子渗氮表面成分,并测量了渗氮前后表面硬度,利用SRV摩擦磨损试验机考察45#钢等离子渗氮前后在含磷酸三甲酚酯、硫化异丁烯和离子液3种润滑剂润滑下的摩擦磨损性能,通过扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪对3种润滑剂的抗磨减摩机理进行分析.结果表明:等离子渗氮后可以提高45#钢表面的硬度;在磷酸三甲酚酯、硫化异丁烯和离子液润滑下,其抗磨性能大幅度提高,等离子渗氮层具有良好的抗磨性能,其中1-丙基-3-辛基咪唑六氟磷酸盐离子液具有优良的抗磨减摩性能.这是由于润滑油中活性元素与渗氮层协同作用的结果.     

固-液复合润滑对轴承钢摩擦学性能的影响

为了提高GCr15钢的耐磨性和承载能力,采用低温离子渗硫技术在GCr15钢的表面制备了FeS固体润滑薄膜,在球-盘摩擦磨损试验机上对比研究了在基础油及2种含硫极压抗磨添加剂(ZDDP和SO)润滑条件下GCr15钢渗硫前后的摩擦学性能.利用SEM观察了磨损表面的形貌,利用XPS分析了磨损表面边界润滑膜化合物的价态及元素随深度的变化.研究表明:在摩擦过程中,表面的硫化层会阻碍润滑油中的添加剂与基体之间的作用,当添加剂与基体直接接触时其作用才能发挥.只有当硫化层破坏程度较小时,与添加剂的复合作用效果才较为明显.含硫添加剂与基体之间的反应可以补充硫化层因磨损失去的FeS,体现了显著的复合润滑效果.其中,高活性的硫烯比需要温度催化的ZDDP对硫化层的补充作用更明显.     

沉淀法制备PVA/HA复合水凝胶的摩擦性能研究

本文采用沉淀法制备了PVA/HA复合水凝胶,用光学显微镜表征PVA/HA复合水凝胶的微观形貌,采用平头圆柱压头测定PVA/HA复合水凝胶的压缩弹性模量并依据国标GB1685-82测量PVA/HA复合水凝胶的应力松弛特性,用精密位移传感器对PVA/HA复合水凝胶的接触变形特性进行测量,在UMT-II型微摩擦试验机上对PVA/HA复合水凝胶开展往复式摩擦试验,研究冷冻-解冻次数、接触时间及滑动速率对PVA/HA复合水凝胶的摩擦性能的影响.结果表明,沉淀法可在PVA水凝胶基体中合成得到粒度细、分散好的晶相HA微粒;PVA/HA复合水凝胶的弹性模量和应力松弛速率均随着冷冻-解冻次数的增加而增高;滑动过程中的法向位移和启动摩擦系数随接触时间的延长而增大,随冷冻-解冻次数的增加而减小;但启动摩擦系数与滑动速率无明显的相关联性.     

纤维增强合成闸片摩擦磨损特性的试验研究

采用MM-1000型摩擦磨损试验机进行了纤维增强合成闸片和HZ408合成闸片与H300制动韫材料配副的制动摩擦试验，记录了制动过程中摩擦系数、磨损量与制动盘温度的变化情况，采用三维激光共焦扫描显微镜（CLSM）分析了磨损表面形貌．结果表明：制动初速度对纤维增强合成闸片的平均摩擦系数影响小于HZ408合成闸片，在高速制动工况下，纤维增强合成闸片的平均摩擦系数大于HZ408，耐磨性略低于HZ408合成闸片；在低速制动工况下，纤维增强合成闸片和HZ408合成闸片所引起的制动盘温升大致相同；在高速制动工况下前者引起的制动盘温升略高．     

两步法制备固体润滑FeS薄膜的摩擦磨损性能研究

通过两步法,即射频溅射Fe膜与低温离子渗硫复合处理工艺,在非黑色金属(单晶硅)表面得到了固体润滑FeS薄膜.利用X射线衍射仪研究了单质Fe膜与FeS薄膜的相结构,利用原子力显微镜和扫描电子显微镜观察分析了FeS薄膜的表面与擦伤磨损表面的形貌,用涂层划痕仪测量了FeS薄膜与基体的结合强度,用纳米压痕仪测定了FeS薄膜的纳米硬度及弹性模量,利用DD-92型摩擦磨损试验机评价了FeS薄膜的摩擦磨损性能.结果表明,两步法制备的FeS薄膜为金属Fe与固体润滑剂FeS共同组成的复合固体润滑薄膜,与其基体结合紧密,具有适当的表面硬度;FeS薄膜具有优异的减摩耐磨抗擦伤性能,摩擦系数与磨损量明显比45#钢原始表面的低,抗擦伤载荷明显提高.     

填料粒径对Cu/PTFE复合材料摩擦学性能影响的数值模拟

利用离散元方法对Cu/PTFE复合材料与45钢摩擦副建立滑动摩擦模型,重点探讨了填充质量一定时,Cu颗粒粒径对Cu/PTFE复合材料摩擦磨损性能的影响.模拟结果表明:Cu/PTFE复合材料与45钢滑动摩擦过程中,在45钢表面形成一层转移颗粒层,转移颗粒层的形成可以降低PTFE基复合材料的磨损;随着Cu粒径的增大,摩擦转移量呈增加趋势,说明一定范围内,较大粒径的Cu填充PTFE基复合材料更加有利于转移颗粒层的形成;滑动摩擦系数随着Cu粒径的增大呈减小趋势;PTFE基复合材料的磨损量、磨损率均随Cu粒径的增大先增加后减小.     

含氮类金刚石薄膜的力学和摩擦学性能的研究

利用脉冲等离子体增强化学气相沉积系统沉积了含氮类金刚石碳薄膜.利用X射线光电子能谱和红外光谱分析了薄膜的化学键状态,在UMT摩擦磨损试验机上考察了薄膜的摩擦学性能,利用扫描电子显微镜分析了摩擦对偶球表面的转移膜形貌.结果表明:随着薄膜中氮含量的增加,薄膜中的sp2C含量增加,硬度有所降低,薄膜的平均摩擦系数先减小后增加.     

MWCNTs复合物纳米流体的摩擦学性能

将油性剂油酸(OA)填充进多壁碳纳米管(MWCNTs)的空腔内制备复合物，再以复合物为添加剂制备一种纳米流体，考察了复合物的质量分数、MWCNTs的酸处理时间以及摩擦测试条件等对纳米流体摩擦学性能的影响，并分析了复合物的润滑机理. 结果表明:油酸被成功填充到经酸处理的MWCNTs管内，填充率约20%；摩擦过程中，复合物制备的纳米流体的摩擦系数有不断减小趋势，其减摩效果甚至优于同等含量的油酸乳化液；当复合物的质量分数为0.1%左右时，纳米流体可获得最佳的减摩、抗磨效果；随着酸化处理时间的增加，复合物制备的纳米流体的减摩、抗磨性能会有所提高. 摩擦过程中，复合物可释放出油酸并形成润滑膜，MWCNTs则能够在油酸形成的润滑膜上发挥“微轴承”的作用，从而使复合物获得更加优良的减摩、抗磨效果.