环境气氛对C/C复合材料载流摩擦学性能的影响

在HST-100销盘式高速载流摩擦磨损试验机上,以电流、速度、载荷为试验参数对C/C复合材料/QCr0.5摩擦副进行载流摩擦磨损试验,分别分析空气、氮气对C/C复合材料磨损率和摩擦系数的影响.试验结果表明:相较于空气气氛,氮气气氛下摩擦系数较高,磨损率较低.通过扫描电子显微镜和能谱仪对不同气氛下材料磨损表面形貌和成分进行观察,从微观上解释了两种气氛对C/C复合材料磨损率和摩擦系数的作用机理.     

PF/CNTs-Cu复合材料的制备及其载流摩擦磨损机理研究

以酚醛树脂(PF)、碳纳米管(CNTs)和泡沫铜(Cu)为原料,在反应釜内经无压浸渗和加压固化技术,制得一种新型PF/CNTs-Cu复合材料.在CSM摩擦磨损仪上,对不同CNTs含量的PF/CNTs-Cu复合材料进行了载流摩擦磨损测试.结果表明:未经CNTs改性的PF/Cu复合材料,摩擦系数和磨损率均最大,摩擦表面存在大量的犁沟痕迹,表现为典型的磨粒磨损.经CNTs改性后的PF/CNTs-Cu复合材料,载流摩擦磨损性能获得较大程度的改善.当CNTs质量分数在0.25%~1.0%范围内时,随着CNTs含量的增加,摩擦系数和磨损率逐渐减小,并在质量分数为1.0%时达到最小值.摩擦磨损机制则由最初的磨粒磨损逐渐转变为黏着磨损.当CNTs达到1.5%时,由于CNTs的团聚作用,导致复合材料的摩擦磨损性能急剧下降,摩擦磨损机制转变为磨粒磨损和黏着磨损共同作用形式.     

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.     

干摩擦和水润滑条件下芳纶浆粕/环氧树脂复合材料摩擦磨损性能研究

研究了芳纶浆粕纤维增强环氧复合材料在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能,探讨了纤维含量对复合材料摩擦磨损性能的影响,并分析了复合材料的磨损机理.结果表明:芳纶浆粕纤维能够大幅度提高环氧树脂的摩擦磨损性能;当纤维体积分数为40%时,复合材料的比磨损率最小;在水润滑条件下,复合材料的摩擦系数和磨损率均比干摩擦下的明显降低,这是由于水起到了润滑和冷却作用;干摩擦时的磨损机理为粘着磨损和塑性变形,水润滑时主要为犁削和轻微的磨粒磨损.     

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.     

电流对Mo2C改性C/C-Cu复合材料载流摩擦磨损性能的影响

通过对炭/炭坯体Mo_2C涂层改性并熔渗Cu制备了Mo_2C改性C/C-Cu复合材料,测试复合材料的载流摩擦磨损性能,研究电流强度对复合材料载流摩擦磨损性能的影响.结果表明电流由0增大至15A时,摩擦系数先减小后增大,5A时达最小值;复合材料体积磨损率逐渐增大;对偶磨损量在0~7.5A范围内较低,然后随电流增大而逐渐增大.电流较低时,磨损机制以磨粒磨损为主,随电流增大氧化磨损及黏着磨损程度提高,电流高至15A时,表现出了较明显的电弧侵蚀作用.     

反应烧结Ti_3SiC_2/TiC复合材料摩擦磨损性能研究

采用无压反应烧结技术制备Ti3SiC2/TiC复合材料,利用XRD-7000型衍射仪、INSTRON-1195型电子万能试验机、JSM-6700F型扫描电子显微镜、HST-100型摩擦磨损试验机对Ti3SiC2/TiC复合材料烧结试样的相组成、抗弯强度、断口显微形貌和载流摩擦磨损性能进行了研究.结果表明:在1550℃下可制备得到均匀致密的Ti3SiC2/TiC复合材料;随着试样中TiC含量的增加,复合材料抗弯强度逐渐增大;当TiC质量分数达到18%左右时,抗弯强度明显增加,摩擦系数趋于稳定,磨损率快速下降;电流强度是Ti3SiC2/TiC复合材料摩擦磨损性能的主要影响因素,随着试验电流强度的增强,摩擦系数和磨损率明显增大;同时在摩擦表面生成一层熔融状氧化膜(非载流:SiO2、TiO2和FeTiO3载流:FeTiO3和Fe2.35Ti0.65O4),主要磨损形式为电弧烧蚀和氧化磨损.     

碳纤维增强聚醚砜复合材料的摩擦磨损性能研究

利用销－盘磨擦磨损试验机考察了聚醚砜及其复合材料在干滑动摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果表明：碳纤维使聚醚砜的摩擦磨损性能得到明显的改善,春改善程度同碳纤维的长度和体积分数相关;当碳纤维的体积分数约为１５％时,聚醚砜复合材料的摩擦系数及比磨损率最低;添加固体润滑剂可以使复合材料的摩擦磨损性能得到进一步改善;随着温度及外载荷的变化,摩擦系数及比磨损率表现出不同的变化趋势。     

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.     

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.     

碳纳米管改性聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能研究

评价了用不同含量碳纳米管(CNTs)改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的力学性能,利用MM-200型摩擦磨损试验机研究了CNTs含量对PTFE复合材料摩擦磨损性能的影响,借助于扫描电子显微镜观察分析了试样磨损表面及磨屑形貌,并探讨其磨损机理.结果表明:CNTs能够提高PTFE复合材料的硬度和冲击强度,在本文研究范围内,当CNTs的质量分数为7%时,PTFE复合材料的力学性能最佳;CNTs能够增加PTFE复合材料的摩擦系数、降低其磨损量,当其质量分数为10%时,PTFE复合材料的耐磨损性能最佳.纤维状碳纳米管可以阻止PTFE带状结构的大面积破坏,以及在摩擦过程中于偶件表面能够形成转移膜并隔离复合材料与偶件的直接接触是其减摩耐磨作用的主要原因.     

纳米碳管/铝基复合材料的制备及摩擦磨损性能研究

利用粉末冶金法制备纳米碳管/铝基复合材料,研究不同纳米碳管含量对复合材料硬度和稳态摩擦磨损行为的影响,采用扫描电子显微镜观察复合材料的磨损表面形貌,并对其磨损机制进行探讨.结果表明:随着纳米碳管质量分数的增加,复合材料的硬度呈现先增大而后减小的趋势,含质量分数为2%的纳米碳管复合材料硬度比铝增加约80%;复合材料的摩擦系数逐渐降低,磨损率先减小而后增大;含质量分数为1%的纳米碳管复合材料磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损,而含质量分数为2%的纳米碳管复合材料以剥层磨损和疲劳磨损为主.     

纳米Fe_3O_4与纳米SrO·6Fe_2O_3填充丁腈橡胶复合材料的摩擦磨损性能比较

采用共混法制备了NBR/Fe3O4复合材料和NBR/SrO.6Fe2O3复合材料,使用UMT-2MT摩擦磨损试验机和2206型表面粗糙度测量仪对复合材料的摩擦系数和摩擦磨损状况进行了测试.通过扫描电子显微镜与X射线能量色散谱仪对NBR/Fe3O4复合材料的表面微观形貌以及纳米粒子在橡胶中的分布情况进行了探讨.结果表明:2种纳米材料的加入均能够改善NBR的耐磨性,其中NBR/Fe3O4复合材料的耐磨效果更佳.Fe3O4和SrO.6Fe2O32种纳米粒子的最佳添加量均为10%左右(质量分数).纳米Fe3O4粒子的加入使得NBR的摩擦系数与磨损率有较大幅度的减小,而纳米SrO.6Fe2O3在添加量为10%～30%的范围内,随着添加量的加大,摩擦系数与磨损率不断加大.NBR/Fe3O4复合材料在纳米粒子含量10%左右时具有较好的表面结构,且纳米Fe3O4粒子在复合材料中分布较为均匀.     

碳纤维的长度与取向对聚醚醚酮基复合材料摩擦磨损性能的影响

为了制备性能优异的聚醚醚酮(PEEK)基自润滑耐磨材料，本文作者通过挤出、注塑成型制备了碳纤维(CF)填充PEEK/聚四氟乙烯(PTFE)复合材料，研究了CF的含量、长度及其在复合材料中的取向对复合材料摩擦磨损性能的影响，采用扫描电子显微镜观察了磨痕的微观形貌，并分析了磨损机理. 研究结果表明:复合材料的平均摩擦系数和体积磨损率随CF添加量的增大均呈现先降低后升高的趋势. 当添加的CF质量分数大于10%时，长CF所填充复合材料的平均摩擦系数明显低于短CF填充复合材料. 当固定CF质量分数为10%时，复合材料在不同CF取向方向上的滑动摩擦磨损行为存在较大差异:X向(熔体流动方向)上滑动时，滑动方向与CF取向排列方向一致，平均摩擦系数较低，但体积磨损率较高；在Y滑动方向上(X的垂直方向)滑动时，平均摩擦系数较高，但体积磨损率较低.      

氮化碳增强聚四氟乙烯摩擦学性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法研究氮化碳(C₃N₄)对聚四氟乙烯(PTFE)摩擦学性能的影响. 首先,建立了纯聚四氟乙烯和氮化碳/聚四氟乙烯复合材料两个无定型模型,优化后分别计算其机械性能. 模拟结果显示:加入氮化碳后,聚四氟乙烯的杨氏模量和剪切模量分别提高了218% 和141%. 然后为了计算摩擦学性能,建立了与铜对摩的摩擦模型,对金属铜层施加一定的载荷和速度进行滑动磨损. 模拟结果显示:纯聚四氟乙烯的摩擦系数为0.144,磨损率为27.6%;氮化碳/聚四氟乙烯基体的摩擦系数为0.118,未见明显的磨损. 最后通过提取摩擦界面温度、原子运动速度、原子相对浓度、径向分布函数和结合能等数据,从原子尺度揭示了氮化碳对聚四氟乙烯摩擦学性能的作用机制.      

煅烧石油焦及六方氮化硼对摩阻材料摩擦磨损性能的影响

在酚醛树脂基摩阻材料中分别添加煅烧石油焦（CPC）及六方氮化硼（hBN）作为摩擦改性剂，研究了2种摩擦改性剂对酚醛树脂基摩阻材料的力学性能和摩擦磨损性能的影响，通过热失重试验分析了复合材料的耐温性能，并利用扫描电子显微镜观察复合材料的磨损表面形貌．结果表明：当hBN体积分数为10％～15％时，摩阻材料与树脂基体的粘接强度最强且能够明显降低复合材料的硬度，有助于在摩擦界面生成均匀牢固的润滑膜而起到降低磨损率、稳定摩擦系数的作用；当hBN体积分数超过15％时，由于hBN过饱和及其与树脂基体的相容性差，导致摩阻材料机械强度下降，磨损率增大；随着CPC含量增加，摩阻复合材料的机械强度增加，摩擦磨损性能降低；CPC和hBN的体积分数为12％时能够不同程度地提高摩阻材料的耐温性能及降低其对速度和载荷的敏感性，且含12％hBN摩阻材料的热稳定性最佳，其摩擦磨损性能对速度和载荷的敏感性最小，     

碳纳米管作为润滑油添加剂的摩擦磨损性能研究

采用催化裂解法制备了多壁碳纳米管,在M-200型摩擦磨损试验机上考察了碳纳米管作为长城SE级15W/30汽油机油添加剂的摩擦磨损性能,采用表面形貌仪测量其磨斑轮廓并计算磨损体积损失,用扫描电子显微镜对磨斑表面形貌进行观察分析. 结果表明: 碳纳米管作为润滑油添加剂表现出优良的抗磨性能,在质量分数仅为0.0125%～0.1000%时,润滑油的抗磨性能显著提高;在质量分数约为0.0500%时其抗磨效果最佳,磨损率降低幅值达57%;在较高载荷下,添加0.0250%的碳纳米管能够使其摩擦系数减小约15%,但随着碳纳米管质量分数的增加,摩擦系数迅速提高;含碳纳米管润滑油的磨斑表面平整,划痕较细且分布均匀.     

ATP改性UHMWPE水润滑轴承材料的摩擦学特性研究

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)轴承材料在低速重载工况下常发生严重磨损,通过添加改性填料能够显著提升其摩擦学性能. 凹凸棒土(ATP)作为一种改性填料能够增强基体材料的机械性能进而改善其摩擦特性,但是ATP作为填料往往会因为团聚效应而降低材料的补强效果. 通过对ATP进行表面改性处理可克服团聚效应,实现ATP与基体间的均匀共混. 通过表面化学包覆改性法制备由硅烷偶联剂KH570改性处理的ATP与UHMWPE共混制成复合材料,并与纯UHMWPE材料作对照试验. 利用RTEC摩擦试验机研究复合材料在水润滑条件下摩擦系数随载荷和转速的变化,以及材料填充含量对复合材料在低速重载(v=0.55 m/s、F_z=55 N)工况下磨损性能的影响. 利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)与电子万能材料试验机分别对ATP改性效果、熔融结晶行为及复合材料的重要力学性能进行表征测试. 试验结束后,利用表面轮廓仪与激光共聚焦显微镜观察复合材料表面形貌并分析其磨损机理. 结果表明:硅烷偶联剂KH570对ATP的改性效果良好,填充改性ATP能提高材料的邵氏硬度,且材料的拉伸性能随填充含量的提高呈下降趋势;对比纯UHMWP材料,复合材料的摩擦系数更低,适量的ATP填充能改善材料磨损性能,减小体积磨损率;试验中改性ATP质量分数为1%的复合材料其摩擦学性能最优,在低速重载时的摩擦系数及体积磨损率与纯UHMWPE相比分别降低了52.45%和37.58%.