高铝锌基合金的摩擦磨损性能与磨损机制

高铝锌基合金是铜合金和铝合金等高强度磨损件的理想替代材料，虽然人们已经就其耐磨性能进行了一些研究，但对这种合金更全面的摩擦学性能研究，尤其是有关它的磨损机理之研究却还是一个尚未深入开展的课题。为了对合理选用高铝锌基合金材料提供科学依据，在干摩擦和３０＃机械油润滑条件下，对高铝锌基合金同材质摩擦副及其与４５＃钢配副的摩擦磨损性能在ＳＲＶ滑动摩擦磨损试验机和Ｍ２００磨损试验机上进行了考察，并且利用俄歇电子能谱仪、扫描电子显微镜和Ｔａｌｙｓｕｒｆ５Ｐ－１２０形貌检测系统等分析和检测了磨损表面的组成变化、形貌和磨痕特征，提出了ＺＡ２７合金在不同工况下的磨损机制．     

喷射沉积过共晶Al—Si合金的微观组织和抗磨性能

采用扫描电子显微镜和Falex-6型摩擦磨损试验机研究了普通铸造和喷射沉积过共晶Al—Si合金的微观组织和摩擦学性能．显微组织观察和摩擦磨损试验结果表明，喷射沉积能够显著改变过共晶Al—Si合金中初晶Si相的形态和尺寸，细化合金的基体组织；与普通铸造合金相比，沉积态合金具有更好的耐磨性能．     

强流脉冲电子束表面改性Al-Pb合金的摩擦磨损行为研究

利用强流脉冲电子束技术对Al-Pb合金进行表面改性处理,测试改性试样表面硬度分布及其形貌和组织,采用销-盘式摩擦磨损试验机、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪对改性Al-Pb合金的摩擦磨损性能及其磨损机理进行分析.结果表明:改性Al-Pb合金的组织结构得到改善,最大硬度出现在距合金表面约40 μm的亚表层;由熔化区、热影响和准静态热应力影响重叠区和过渡区组成,改性层表现出良好的耐磨性;在高载荷下改性合金表现出的低磨损率和摩擦系数与其磨损表面形成的润滑膜密切相关;随着载荷增加,其磨损机制主要表现为氧化磨损和粘着磨损.     

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.     

锻造CoCrMo合金关节材料的摩擦腐蚀行为

采用UMT-2多功能摩擦磨损试验机和电化学工作站(CHI614E)考察了锻造Co Cr Mo合金在25%小牛血清溶液条件下的摩擦腐蚀性能,利用扫描电镜观察了摩擦腐蚀的形貌特征,对腐蚀损失量、机械磨损损失量及腐蚀和磨损的协同损失量进行了对比分析.结果表明:锻造Co Cr Mo合金的腐蚀电位(Ecorr)约-820 m V,在0.5~0.75 V区间出现二次钝化.不同载荷条件下,摩擦腐蚀的摩擦系数均大于纯摩擦系数,且随载荷的增加而减小,摩擦腐蚀电流则随载荷的增加而增大.随载荷的增加,机械磨损损失量所占比例增大,腐蚀损失量所占比例降低.摩擦腐蚀的协同损失量占到总损失量的30%以上,且随载荷增加而增大.     

纳米铜添加剂改善钢-铝摩擦副摩擦磨损性能的研究

采用环-块摩擦磨损试验机对比考察了钢-铝摩擦副在液体石蜡与含纳米铜颗粒液体石蜡润滑下的摩擦磨损特性,研究了对纳米铜添加剂添加量与载荷对其摩擦磨损性能的影响,通过对磨损表面粗糙度、形貌及其主要元素的能谱分析,探讨了纳米铜颗粒作为添加剂时钢-铝摩擦副的润滑机制.结果表明:含0.25%纳米铜颗粒液体石蜡时,钢-铝摩擦副的摩擦磨损性能最优;在不同载荷下纳米铜颗粒可以改善铝的摩擦磨损性能,特别在中等载荷(50～125 N)下,其抗磨减摩作用更明显;纳米铜颗粒能够在磨损表面形成一层低剪切强度的铜保护膜,有效地避免粘着磨损,同时阻止铝元素向钢表面的转移,从而显著改善钢-铝摩擦副的摩擦磨损性能.     

不同基体高铝青铜等离子喷焊层组织与摩擦磨损机理

采用等离子喷焊技术在不同基体上制备耐磨高铝青铜喷焊涂层,研究喷焊层与基体之间元素扩散对喷焊层组织的影响,并在室温条件下采用销-盘式摩擦磨损试验机考察喷焊层的摩擦磨损性能,进而分析喷焊层的磨损机理.结果表明:三种基体喷焊层在干摩擦条件下摩擦磨损机理存在明显差异,45钢基体喷焊层中团聚状k相易与对摩件发生黏着,脱落成为磨粒,导致严重的磨粒磨损,摩擦系数大;ZQAl9-4铝青铜基体喷焊层中脆性共晶组织(α+γ2)呈网状分布,断裂韧性对材料的磨损起支配作用,主要磨损机制为疲劳磨损与磨粒磨损;T3紫铜基体喷焊层中k相呈细小梅花状,均匀分布在固溶度较大的β'相中,涂层抵抗弹性变形能力提高,疲劳磨损机制得到抑制,摩擦系数小.     

TC4和TC11合金磨损性能的对比研究

采用MG-2000型高温磨损试验机对TC4和TC11合金在25和600℃进行磨损试验.利用SEM、EDS、XRD对两种钛合金的磨损表面及剖面的形貌、成分及结构进行对比观察与分析,利用HVS-1000型显微硬度计测试磨损表面至基材的硬度梯度分布.结果表明:TC4和TC11合金在25和600℃时磨损表面均形成了摩擦层.但在25℃时,摩擦层比较薄且分布不均匀,合金的磨损性能并未得到改善,因此两种钛合金的磨损率均随着载荷的增加而增加,磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损;600℃时,摩擦层厚度增加,分布均匀且含有较多高硬度的摩擦氧化物,因此两种钛合金的磨损率较25℃时均有大幅度的减小,且TC11合金的磨损率低于TC4合金,磨损机制为氧化轻微磨损.可以认为,TC4和TC11合金在25℃时均具有较差的抗磨损性能,而在600℃时均具有非常优异的抗磨损性能.     

稀土对Fe基合金激光熔覆层抗磨性能的影响

在Fe基合金粉末中引入La2O3,通过激光熔覆得到了同基材结合良好的熔覆层,用扫描电子显微镜观察了稀土含量对熔覆层组织形貌的影响,用显微硬度计测量了熔覆层的硬度分布,并采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了不同熔覆层在干摩擦条件下的摩擦磨损性能.结果表明,引入稀土有利于促进晶粒细化,提高熔覆层的组织均匀性及表面硬度,从而改善熔覆层的摩擦磨损性能.     

铸造铝青铜合金Cu-14Al-4Fe-Mn的摩擦磨损性能

用往复式摩擦磨损试验机考察了新型高强度、高耐磨性铸造铝青铜合金Cu-14Al-4Fe-Mn(代号HSWAB)的摩擦磨损性能,利用形貌扫描电子显微镜观察分析了合金磨损表面形貌,探讨了其磨损机理.结果表明,HSWAB合金在干摩擦和油润滑条件下的摩擦磨损性能及磨损机理存在明显差异.在干摩擦条件下,合金中脱落的硬质点及氧化物等磨粒导致较为严重的磨粒磨损,摩擦系数高、磨损率大,主要磨损机理为磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损及疲劳磨损.在油润滑条件下,摩擦系数和磨损率均显著降低,疲劳磨损和氧化磨损受到抑制,主要磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损.Cu-14Al-4Fe-Mn合金在油润滑条件下的摩擦系数低达0.08,磨损率低达3.7×10-6g/m,是一种优良的耐磨材料.     

锌基合金焊接区摩擦磨损性能研究

在ＭＭ－２００型摩擦磨损试验机上分别考察了锌基合金熔化焊（ＴＩＧ焊、气焊）焊接区熔敷金属及ＨＡＺ组织模拟试样的摩擦学性能,并用扫描电子微镜对其磨损表面形貌进行了观察和分析。结果表明：与母材相比,锌基合金熔化焊（ＴＩＧ焊、气焊）焊接区的耐磨性均有所提高,随负荷增大,磨损呈上升趋势。在２种不同熔化焊方法中,ＴＩＧ焊焊接区熔敷金属及ＨＡＺ组织模拟试样的耐磨性比气焊对应区域的耐磨性高。     

纳米复合材料激光熔覆层组织及抗磨性能

利用5kWCO2激光器，在Ni基高温合金表面制备了纳米Al2O3／钴基合金熔覆层，分析了熔覆层的组织结构及其抗磨性能．结果表明，当纳米Al2O3颗粒含量较低时，Al2O3颗粒能均匀分布于熔覆层中，从而形成纳米氧化物弥散强化的复合材料涂层；Al2O3颗粒在熔池中长大，尺寸为250-450nm；复合材料熔覆层的硬度随纳米Al2O3含量的增加而提高；当纳米Al2O3颗粒含适中时，熔覆层的抗磨性能较好；而当纳米Al2O3颗粒含量过高(3．0％)时，复合材料熔覆层的抗磨性能反而降低。     

DZ125高温合金表面激光熔覆Co基合金的组织和冲蚀性能研究

利用激光熔覆技术在DZ125高温合金表面制备了Co基合金熔覆层,采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪及HV-1000型显微硬度计测试了Co基合金熔覆层的组织结构,截面显微硬度.利用自制冲蚀设备对其耐冲蚀性能进行研究.结果表明:熔覆层与基体形成良好的冶金结合,交界处组织具有定向凝固特征且晶粒生长方向垂直于界面;在不同角度下熔覆层耐冲蚀性能各异,熔覆层的硬度是材料抗冲蚀性能影响因素之一.     

微织构刀具正交切削Ti6Al4V的试验研究

仿生摩擦学的出现,为刀具减摩技术提出了新的研究方向,通过钛合金的正交切削试验研究了表面微织构刀具在微量润滑和无润滑剂条件下的减摩性能.结果表明：表面微沟槽在润滑剂条件下可以有效地改善刀屑之间的摩擦,降低切削力与切削温度,同时表面微沟槽还可以改善钛合金的粘结现象;在无润滑剂条件下,微沟槽依然具有一定的＂润滑＂作用.     

在加载电流作用下Cr对Cu-Ag合金磨损性能的影响

通过电滑动磨损试验、扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析等方法,研究了在加载电流作用下微量Cr对4种不同成分Cu-Ag-Cr合金磨损性能的影响,探讨其电磨损机理.结果表明:Cu-Ag合金的磨损率随着Cr含量增加而减小;不同成分合金的磨损率均随着电流和滑动距离增大而逐渐增大;由于加入微量Cr在合金中形成弥散细小的析出相,在相同试验条件下,添加Cr的合金磨损性能明显优于Cu-Ag合金;合金的磨损机制主要为粘着磨损、磨粒磨损和电侵蚀磨损.     

金—稀土合金电刷丝的磨损机理研究

采用扫描电子显微镜、微区电子探针及 X射线光电子能谱等分析测试技术考察了金 -稀土合金电刷丝摩擦副的磨损机理 .结果表明 :该摩擦副的摩擦磨损机理为轻微粘着磨损 ;合金中稀土元素发生偏聚 ;在摩擦升温过程中 ,稀土元素向合金表面扩散富集 ,摩擦副接触表面氧化层不断生成和磨损 ,从而降低电刷丝的表面能 ,使摩擦副的接触表面粘着能降低 ,从而改善其摩擦磨损     

内爆炸载荷作用下7A55铝合金的动态性能及断裂行为

采用圆筒爆炸实验研究了内爆炸载荷作用下7A55铝合金的动态性能,用扫描电镜和光学显微镜 对破裂样品的断口形貌、金相组织等进行了微观分析。结果表明:在本文实验条件下,7A55铝合金能够承受 360MPa的内部爆炸加载;合金的断裂方式为剪切断裂,裂缝与筒壁的径向近似成45角;靠近圆筒内侧组织 中存在剪切变形带、绝热剪切带和裂纹,沿最大剪切应力面向外扩展。     

NiTi形状记忆合金表面TiN薄膜的摩擦磨损性能研究

采用电弧离子镀技术在NiTi形状记忆合金表面制备了TiN薄膜,利用X射线衍射、扫描电子显微镜、原子力显微镜、轮廓仪、纳米压痕仪和摩擦试验机表征了TiN薄膜的相成分、表面特性、厚度、硬度和膜基结合力.通过摩擦试验对比了未镀膜和镀膜NiTi合金的摩擦磨损特性.结果表明:制得的TiN薄膜均匀、致密,提高了NiTi合金的硬度;在干摩擦、0.9%NaCl溶液和Hank′s溶液润滑介质条件下,TiN薄膜均表现出良好的减摩抗磨性能,提高了NiTi合金的抗摩擦磨损特性.     

原位反应合成金属间化合物激光合金化层的组织及抗磨性能

以近等原子比的NiTi合金粉末为原料,利用连续波高功率Nd-YAG激光器在6061Al合金表面制备了Ni-Al和Ti-Al金属间化合物改性层,采用扫描电子显微镜、X射线能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计及摩擦磨损试验机分析了合金化层的组织形貌、结构、成分、硬度分布及磨损性能.研究结果表明,该激光表面改性层主要由Ni3Al和TiAl3金属间化合物组成;采用合适的保护措施和激光处理工艺参数,可控制改性层产生孔洞和裂纹倾向,从而获得与基体具有良好冶金结合的致密金属间化合物合金激光改性层;与此同时,Ni-Al和Ti-Al金属间化合物改性层可有效地改善铝合金的抗磨性能.