超高分子量聚乙烯/Al_2O_3生物摩擦学特性的研究

在自制销 -盘摩擦磨损试验机上评价了超高分子量聚乙烯 (UHMWPE)与 Al2 O3陶瓷摩擦副在干摩擦和生理盐水、蒸馏水及人血浆润滑条件下的摩擦学特性 ,用扫描电镜观察试样磨损表面形貌并分析磨损机理 .结果表明 :在干摩擦和生理盐水及蒸馏水润滑条件下的起始摩擦系数较接近 ,血浆润滑条件下的起始摩擦系数最低 ;稳态摩擦系数在干摩擦时最大 ,蒸馏水润滑条件下最小 ,生理盐水和人血浆润滑条件下较接近并比蒸馏水润滑下的高 ;干摩擦下UHMWPE的磨损率最大 ,血浆润滑条件下的最小 .干摩擦下 UHMWPE磨损表面可见大量不规则的细小纤维状磨屑 ,蒸馏水润滑下 UHMWPE磨损表面可见明显的塑性变形和疲劳剥落迹象 ,而血浆润滑条件下 UHMWPE磨损表面则可见大量的疲劳微裂纹     

仿生多孔超高分子量聚乙烯的摩擦磨损性能研究

模拟天然关节软骨中"多孔可渗透软垫层"的特征,采用模板-滤取工艺制备具有多孔结构的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)仿生人工软骨材料,采用改进的四球摩擦磨损试验机研究多孔结构和UHMWPE分子量对试样摩擦磨损性能的影响,利用扫描电子显微镜观察多孔材料的表面形貌并分析其磨损机理.结果表明,多孔结构能够提高UHMWPE试样在牛血清润滑条件下的耐磨性.试样的孔隙率约为27%,UHMWPE分子量的改变对试样的失重和孔隙率影响不大,但能够略微降低多孔UHMWPE试样的磨损量.在干摩擦条件下,多孔试样的磨损量比普通试样高66.9%,在牛血清润滑下的磨损量比普通UHMWPE低46.6%.UHMWPE的多孔结构能够提高UHMWPE试样表面的润滑性能,降低其磨损量.     

离子注入超高分子量聚乙烯的摩擦磨损性能研究

对人工关节软骨材料——超高分子量聚乙烯(UHMWPE)进行O+和C+离子注入改性,采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了离子注入UHMWPE试样在血浆润滑条件下同Si3N4陶瓷球对摩时的摩擦磨损性能;用扫描电子显微镜观察分析了注入和未注入试样及其磨痕表面形貌,用红外光谱仪(IR)分析了注入和未注入试样的化学特征.结果表明:经O+和C+离子注入处理的UHMWPE试样表面发生了碳化并形成了类金刚石结构;O+和C+注入处理均有利于增强UHMWPE的耐磨性能,而O+离子注入试样的耐磨性能优于C+离子注入试样,经450keV、5×1015/cm2的O+离子注入试样的耐磨性能最佳;未注入UHMWPE试样在血浆润滑条件下同陶瓷对摩时主要呈现粘着、塑性变形和犁沟特征,而注入UHMWPE试样在相同条件下主要呈现表面硬化层疲劳裂纹萌生、扩展、剥落及磨粒磨损特征.     

摩擦热对UHMWPE/钢摩擦副摩擦性能的影响

通过控制销盘试验中的散热条件测定了摩擦热对UHMWPE/钢摩擦副摩擦性能的影响;利用统计学相关系数理论对摩擦系数和表层温度的相关性进行定量比较,发现不良散热条件使其相关系数显著增大;根据Taylor Hobson轮廓仪测量试样表面形貌三维初始表面高度,尝试用元胞自动机方法进行了摩擦表面温度分布模拟计算,并结合磨损表面形貌分析探讨摩擦热对UHMWPE磨损机理的影响.结果表明:摩擦系统的热传导条件严重影响UHMWPE的摩擦性能;摩擦热效应使得局部接触表面温度超过熔点,摩擦热的积累效应使UHMWPE的磨损机理由粘着磨损变为熔融剪切磨损;在聚合物材料的摩擦试验及应用研究中必须考虑摩擦热的影响.     

滑动模式对超高分子量聚乙烯摩擦磨损行为的影响

在自行研制的髋关节模拟试验机上,以交叉滑动及单向滑动2种方式对比考察了蒸馏水润滑条件下超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察分析了UHMWPE的磨损表面形貌并探讨其磨损机理.结果表明:在相同载荷条件下,UHMWPE在交叉滑动方式下的磨损率明显高于单向滑动方式;在交叉滑动方式下,UHMWPE的主要磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损及塑性变形引起的表层剥落,而在单向滑动下其磨损形式主要为磨粒磨损伴随着少量的疲劳剥片;不同滑动方式所导致的磨损机理差异是造成UHMWPE磨损性能变化的主要原因.与其它试验方式相比,在髋关节模拟试验机上所得出的试验数据更接近临床观测结果.     

Schiff碱铜（Ⅱ）络合物和甘油-聚乙烯微胶囊改性超高分子量聚乙烯的磨损机理研究

将所合成的乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜（Ⅱ）络合物和甘油-聚乙烯微胶囊与超高分子量聚乙烯（UHMWPE）共混制备出改性UHMWPE材料，利用销-盘式摩擦磨损试验机评价Schiff碱铜（Ⅱ）络合物和甘油．聚乙烯微胶囊改性UHMWPE／GCr15钢配副在高速干摩擦条件下的摩擦磨损性能，利用扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌，采用电子能谱仪分析磨损表面的主要元素组成并探讨其磨损机理．结果表明，由于其独特的自身选择性转移效应使得耐磨性提高，在高速干摩擦条件下没有严重的粘着磨损．     

牙科用抗菌性义齿基托材料的摩擦磨损性能研究

在UMT-2MT型摩擦磨损试验机上,采用往复运动形式考察了牙科用抗菌性义齿基托材料的摩擦磨损性能,探讨在干摩擦和人工唾液润滑状态下抗菌性义齿基托材料的摩擦磨损性能.结果表明:在干摩擦条件下,随着抗菌剂含量的增加,义齿基托的摩擦系数逐渐升高,磨损深度逐渐减小,其磨损机制由粘着磨损和疲劳磨损共存转变为以疲劳磨损为主;在人工唾液环境中,抗菌剂含量对于义齿基托摩擦系数的影响并不明显,磨损深度随抗菌剂含量的增加明显减小,这可能与聚合物表面吸附水并形成保护膜有关,其磨损机制与干摩擦情况下基本一致.综合考虑不同比例抗菌剂对其摩擦磨损性能的影响,结合以前的抗菌性试验,抗菌剂的最佳添加量为2%.     

聚丙烯和二硫化钼对超高分子量聚乙烯复合材料摩擦磨损性能的影响

采用模压法制备了聚丙烯(PP)和MoS2填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料;在MM-200型摩擦磨损试验机上考察了UHMWPE/PP/MoS2复合材料的摩擦磨损性能;采用扫描电子显微镜观察分析复合材料磨损表面形貌.结果表明:单独添加MoS2可以提高UHMWPE的抗磨性能,但摩擦系数增大、力学性能降低;而采用PP和MoS2对UHMWPE进行改性可以显著改善加工性能;72.7%UHMWPE/18.2%PP/9.1%MoS2三元复合材料的加工性能、承载能力和长时抗磨性能明显优于UHMWPE;UHMWPE主要发生粘着磨损和疲劳磨损;而72.7%UHMW-PE/18.2%PP/9.1%MoS2三元复合材料在相同试验条件下同钢对摩时仅发生轻微塑性变形.     

氧气气氛中CrNiMo钢的高温高速干滑动摩擦磨损性能

采用MMS-1G型高温高速摩擦磨损试验机研究了不同温度条件下处于氧气气氛中的CrNiMo钢高速干滑动摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜和能谱仪对磨损表面的形貌和成分进行表征,并对其磨损机制进行分析.结果表明,在室温条件下,CrNiMo钢的摩擦磨损性能受环境气氛的影响较大,并受控于摩擦表面所产生的氧化膜,其磨损机制主要为磨粒磨损和氧化磨损;而在高温氧气环境中,气氛对CrNiMo钢的摩擦磨损性能影响减弱,较高的环境温度恶化了摩擦副的传热能力,磨损机制受控于环境温度,其磨损机制主要为氧化磨损和黏着磨损.     

表面粗糙度对UHMWPE微动摩擦磨损性能的影响

采用SRV-4微动摩擦磨损试验机,研究了在干摩擦和水润滑条件下,表面粗糙度对UHMWPE微动摩擦磨损性能的影响.结果表明:干摩擦时,随着UHMWPE表面粗糙度的增加,摩擦系数先降低后升高,比磨损率则单调递增.利用光学显微镜和扫描电子显微镜对磨损表面形貌进行分析观测,发现干摩擦时表面粗糙度较小的UHMWPE磨损表面有少量犁沟,并伴随轻微的塑性变形,随着表面粗糙度的增加,摩擦副接触表面间的黏合点增多,黏着磨损加剧,且在对偶钢球的表面形成转移膜.而在水润滑条件下,摩擦系数和比磨损率显著降低,随着表面粗糙度的增加,摩擦系数和比磨损率同干摩擦时的变化趋势一致,磨损以磨粒磨损为主.     

纳米氧化锌填充超高分子量聚乙烯复合材料的摩擦磨损性能研究

采用热压成型工艺制备了纳米ZnO填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了纳米粒子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复合材料磨损表面形貌.结果表明:填充15%～20%的纳米ZnO可以显著改善UHMWPE的摩擦磨损性能;复合材料的磨损机理随纳米粒子含量的增加而变化,纯UHMWPE的磨损机理主要为粘着磨损和疲劳磨损,随着复合材料中纳米粒子含量增加,疲劳磨损特征逐渐消失,当其纳米粒子含量大于15%时,其磨损机理主要为粘着磨损;复合材料磨损表面出现了贫ZnO区和富ZnO区,且富ZnO区以"岛"的形式分布在贫ZnO区中.     

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.     

碳黑填充超高分子量聚乙烯复合材料摩擦磨损性能研究

采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了载荷及偶件表面粗糙度对碳黑填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料摩擦磨损性能的影响；利用扫描电子显微镜观察复合材料磨损表面形貌并分析了其磨损机理．结果表明：同UHMWPE相比，碳黑填充UHMWPE的磨损质量损失随载荷增加而增大的幅度较小；偶件表面粗糙度对碳黑填充UHMWPE复合材料的摩擦磨损性能影响较大，随着偶件表面粗糙度的增大，摩擦系数和复合材料的磨损质量损失均显著增大．UHMWPE及其碳黑填充复合材料在干摩擦条件下同45“钢及SiC喷涂层涂覆45“钢对摩时主要呈现犁削和塑性变形特征，犁削和塑性变形程度随载荷和偶件表面粗糙度增加而加剧。     

超高分子量聚乙烯对聚酰胺摩擦磨损行为的影响

采用双螺杆挤出机制备聚酰胺/超高分子量聚乙烯(PA66/UHMWPE)和聚酰胺/超高分子量聚乙烯/马来酸酐接枝高密度聚乙烯(PA66/UHMWPE/MAH-g-HDPE)共混物,采用傅立叶转换红外光谱仪分析共混体系的结构,同时评价其机械性能及摩擦磨损性能.结果表明:加入MAH-g-HDPE相容剂可以使共混体系的相容性得到改善,提高共混物的机械性能;具有平整分子结构的UHMWPE有利于改善PA66的摩擦磨损性能,当摩擦偶件的转移层达到饱和状态后,共混物的耐磨性与其力学性能相关;共混物在摩擦过程中表现出严重的塑性变形和粘着磨损,但在共混体系的摩擦过程中,对摩擦磨损性能起主要作用的是受热软化的UHMWPE在磨损表面形成低剪切强度的界面层,从而使得PA66的摩擦磨损性能明显改善.     

二硅化钼自配副在干摩擦条件下的摩擦学性能研究

在 MM- 2 0 0型摩擦磨损试验机上考察了不同载荷下金属间化合物二硅化钼自配副的干摩擦磨损性能 ,采用扫描电子显微镜和微探针观察与分析了其磨损表面形貌 ,并对材料的摩擦磨损机制进行了探讨 .结果表明 :干摩擦条件下 Mo Si2 自配副在载荷为 5 0～ 10 0 N时具有较好的综合摩擦磨损性能 ,摩擦系数和磨损率分别维持在 0 .11和 6 .0×10 - 5g/ min;随着载荷的增大 ,Mo Si2 自配副的主要磨损机理从塑性变形和疲劳磨损转变为氧化磨损     

钛合金表面类金刚石碳梯度薄膜的摩擦磨损性能研究

与Ti6Al4V合金／超高分子量聚乙烯摩擦副对比,考察了Ti6Al4V合金表面类金刚石碳梯度薄膜／超高分子量聚乙烯摩擦副在干摩擦以及Hank’s溶液和生理盐水润滑下的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察试样磨损表面形貌,并进而分析磨损机理。结果表明,类金刚石碳梯度薄膜具有良好的减摩抗磨性能,其体积磨损率约为相同条件下Ti6Al4V合金体积磨损率的50％,相应的超高分子量聚乙烯偶件的磨损率亦较低,类金刚石碳梯度薄膜的磨损呈现轻微磨粒磨损特征,而超高分子量聚乙烯可抑制类金刚石碳梯度薄膜的磨粒磨损。     

小牛血清边界润滑条件下西佛碱铜配合物改性超高分子量聚乙烯往复摩擦磨损行为

采用自行研制的往复摩擦磨损试验机,在小牛血清边界润滑条件下,研究了含5wt%?10wt%?15wt.%乙二胺缩水杨醛西佛碱(Schiffbase)铜(Ⅱ)配合物的改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE)与钛合金(Ti6Al4V)配副的往复摩擦磨损性能.利用扫描电子显微镜及白光共焦三维轮廓仪观察其磨损表面形貌,采用EDS和XPS分析磨损表面的主要元素组成及其价态,并探讨其磨损机理.结果表明:在15%质量分数范围内,随乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜(Ⅱ)配合物加入量的增加,改性UHMWPE与钛合金配副的摩擦系数逐步降低,耐磨性逐步提高;磨损机制均为三体磨料磨损.     

碳纤维增强纸基摩擦材料磨损机理研究

以碳纤维为主要增强纤维,采用湿法工艺制备出1种纸基摩擦材料.研究了不同制动次数条件下样品的摩擦磨损行为,通过分析不同制动次数后样品磨损表面的粗糙度特征、三维轮廓形貌、微观形貌和热失重过程,探讨了碳纤维增强纸基摩擦材料的磨损机理.结果表明：随着制动次数的增加,磨损表面粗糙度大幅度降低,材料磨损过程经历了从＂跑合磨损＂到＂稳定磨损＂的转变;材料在磨损过程中微凸体逐渐被磨平,孔隙逐渐被填充,表现出疲劳磨损的特征;磨损后样品表层的热重曲线在320～450℃之间出现了新的剧烈失重峰,表明产生了热磨损;但是磨粒磨损的特征并不明显.     

表面纳米化中碳钢在干摩擦条件下的摩擦磨损性能研究

采用高能喷丸方法对45#钢进行表面纳米化处理,在环-盘摩擦磨损试验机上评价表面纳米化处理45#钢与T10钢摩擦副在干摩擦条件下的摩擦磨损试验,通过分析其磨损表面形貌探讨表面纳米化对中碳钢磨损行为的影响.结果表明:在载荷为10～60 N条件下,表面纳米化中碳钢的摩擦系数较处理前有所降低;在载荷为10～40 N时,其磨损质量损失较处理前有所降低;表面纳米化能够减弱中碳钢的疲劳磨损效应,提高中碳钢的摩擦磨损性能.     

载电条件下铬青铜／纯铜摩擦副摩擦磨损性能研究

考察了纯铜销试样和铬青铜QCr0．5盘试样摩擦副在载电条件下的滑动摩擦磨损性能，并初步探讨了摩擦磨损机制．结果表明，电流对铬青铜／纯铜摩擦副的滑动干摩擦行为具有显著影响，随着电流增加，销试样的磨损率增加，摩擦系数增大，摩擦表面塑性流动和粘着加剧．