石墨烯/LaF3的制备及其作为水基润滑剂的摩擦学性能研究

本文中采用简单的液相化学反应和水热还原过程，成功制备了还原氧化石墨烯纳米片和氟化镧复合材料(rGO/LaF₃). 通过SRV-1微动摩擦试验机测试了系列样品作为水润滑添加剂时的摩擦学性能. 结果显示:当rGO和LaF₃的比值为2∶1时，具有最低摩擦系数0.335；当比值为1∶1时，磨损体积最小；相比纯水，添加rGO/LaF₃复合材料(质量分数0.1%)后表现出了一定的减摩和抗磨作用，其中抗磨效果比较明显.      

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.     

ZrO_2/rGO多层复合薄膜的构筑及其摩擦学性能研究

将层层自组装(LBL)技术与原位还原过程相结合在单晶硅片表面成功构筑了与基底结合牢固、性能优异的氧化锆/还原氧化石墨烯(ZrO2/rGO)多层纳米复合薄膜.试验中,引入了具有强附着性和还原性的物质-多巴胺,使得氧化石墨烯(GO)片的表面锚固和原位还原可以一步完成.另外,ZrO2粒子的表面组装通过简单、温和的溶液沉积过程来实现.结果证明:复合薄膜中rGO和ZrO2的引入以及多层结构的构筑赋予复合薄膜许多优异的性能.在不进行热处理的情况下,所构筑的ZrO2/rGO多层薄膜表现出优异的力学性能(硬度:11.54 GPa)和摩擦学性能(摩擦系数:0.12~0.17),可作为减摩抗磨涂层被用于微/纳机电系统(MEMS/NEMS)的表面保护和其他领域.     

La_2O_3和WSi_2增强MoSi_2基复合材料的摩擦磨损性能研究

选用MRH-5A型环-块摩擦磨损试验机测定了3种载荷和2种转速条件下La2O3和WSi2增强MoSi2基复合材料在滑动干摩擦时的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜分析了复合材料磨损表面形貌.结果表明:La2O3和WSi2增强MoSi2基复合材料的抗磨性能优于MoSi2及WSi2/MoSi2材料;当载荷与速度乘积(pv)值小于183.04N·m/s时,La2O3和WSi2增强MoSi2基复合材料的磨损质量损失仅为相同条件下MoSi2的1/4～1/6和WSi2/MoSi2的1/2;这是由于La2O3和WSi2复合增强相存在硬化和韧化协同作用所致;随着pv值增加,La2O3和WSi2增强MoSi2基复合材料依次呈现犁削、粘着磨损和疲劳磨损特征.     

La2O3和WSi2增强MoSi2基复合材料的摩擦磨损性能研究

选用MRH-5A型环-块摩擦磨损试验机测定了3种载荷和2种转速条件下La2O3和WSi2增强MoSi2基复合材料在滑动干摩擦时的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜分析了复合材料磨损表面形貌.结果表明:La2O3和WSi2增强MoSi2基复合材料的抗磨性能优于MoSi2及WSi2/MoSi2材料;当载荷与速度乘积(pv)值小于183.04N·m/s时,La2O3和WSi2增强MoSi2基复合材料的磨损质量损失仅为相同条件下MoSi2的1/4～1/6和WSi2/MoSi2的1/2;这是由于La2O3和WSi2复合增强相存在硬化和韧化协同作用所致;随着pv值增加,La2O3和WSi2增强MoSi2基复合材料依次呈现犁削、粘着磨损和疲劳磨损特征.     

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.     

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。     

玄武岩鳞片和氟化石墨增强织物复合材料在高速摩擦磨损工况中的应用

将改性玄武岩颗粒和氟化石墨构成的二元复合填料引入PTFE/Nomex混纺织物,制备了适用于高速工况的织物复合材料. 机械性能方面,二元填料的引入同时增加了复合材料的拉伸强度和断裂伸长率. 热学性能研究则证实,二元填料提高了复合材料的热稳定性能. 对摩擦对偶的扫描电镜(SEM)观察说明,改性玄武岩颗粒既能单独应用快速在摩擦对偶表面形成转移膜,又能与氟化石墨复配起到研磨作用,协助氟化石墨的部分原位剥离,极大增强复合材料的抗磨性能. 在高速摩擦磨损试验中,当载荷为10 MPa,线速度为0.98 m/s时,仅添加改性玄武岩颗粒的复合材料磨损率较未改性复合材料降低了32%. 当载荷为50 MPa,线速度为1.18 m/s时,二元填料改性的复合材料磨损率较未改性复合材料降低了53%.      

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.     

纳米及微米颗粒改性玻璃纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

用玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机研究了纯玻璃纤维织物以及辐照聚四氟乙烯(PTFE)粉末、MoS2粉末、纳米TiO2和纳米CaCO3填充改性玻璃纤维织物复合材料的摩擦磨损性能；采用扫描电子显微镜观察分析了其磨损表面形貌．结果表明，辐照PTFE粉末和纳米TiO2可以明显提高玻璃纤维织物复合材料的减摩抗磨性能，且辐照PTFE粉末的减摩抗磨效果明显优于纳米TiO2；当PTFE的质量分数为10％时，PTFE改性玻璃纤维织物复合材料的综合摩擦磨损性能最好．MoS2和纳米CaCO3则使得玻璃纤维织物复合材料的摩擦系数和磨损率明显增大，其中纳米CaCO3填充玻璃纤维织物的摩擦磨损性能最差。     

聚四氟乙烯和二硫化钼填充聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损性能研究

采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了聚四氟乙烯(PTFE)和MoS2填充聚酰亚胺(PI)复合材料在干摩擦下与GCr15轴承钢对摩时的摩擦磨损性能，并利用扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪分析了PI复合材料及其偶件磨损表面形貌和元素面分布．结果表明，PTFE和MoS2均可降低PI的摩擦系数，其中PI 30％MoS2复合材料的减摩性能最佳，其摩擦系数同纯PI的相比降低了约50％．除PI 10％PTFE 20％MoS2外，其它几种复合材料的抗磨性能均明显优于纯PI，其中PI 20％PTFE 10％MoS2复合材料的抗磨性能最佳，其磨损率比纯PI的低1个数量级．PI复合材料的摩擦磨损性能同其在偶件磨损表面形成的转移膜的性质密切相关，当转移膜厚度适当且分布较均匀时，PI复合材料的减摩抗磨性能良好．     

多壁碳纳米管/聚醚醚酮(MWCNT/PEEK)复合材料的制备及其性能研究

采用热压烧结法制备了纯聚醚醚酮(PEEK)及MWCNT/PEEK复合材料.通过表征发现：导热系数、密度、硬度及热稳定性随多壁碳纳米管(MWCNT)含量的增加而增大.系统研究了载荷、速度及不同MWCNT含量对复合材料摩擦学性能和磨损机理的影响.结果表明，MWCNT可显著降低复合材料的摩擦系数和磨损率.在固定转速200 r/min，载荷为40和80 N,MWCNT质量分数为1%条件下，摩擦系数和磨损率最低，摩擦系数分别为0.241和0.235，磨损率分别较纯PEEK降低了60%和56%.当载荷增加到100 N,MWCNT质量分数为2%时，摩擦系数最低，磨损率较纯PEEK降低89%.固定载荷40 N，转速为400 r/min时，1%MWCNT/PEEK复合材料的磨损率最低，较纯PEEK降低了89%.当转速增大至600 r/min,2%MWCNT/PEEK复合材料的磨损率较纯PEEK降低了85%.固定转速200 r/min、载荷为40 N,MWCNT的质量分数较低时(<2%),MWCNT/PEEK复合材料的磨损机理主要是黏着磨损，MWCNT的质量分数(≥2%)较高时，磨损机理发生黏着磨损...     

O''-Sialon-BN复合材料的摩擦磨损性能研究

考察了 O - Sialon- BN复合材料 /普碳钢摩擦副在室温条件下的摩擦磨损性能 ,采用扫描电子显微镜观察分析复合材料试样的微结构和磨损表面形貌 ,并分析了其磨损机理 .结果表明 :室温干摩擦条件下 ,O - Sialon- BN复合材料 /普碳钢摩擦副的磨合期长达 2 0 min;经过磨合期后摩擦系数稳定在 0 .82左右 ;复合材料的主要磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损 .O - Sialon- BN复合材料具有较高的强度、硬度和断裂韧性 ,这是其具有良好抗磨性能的重要原因 .在摩擦过程中 ,O - Sialon- BN材料磨损表面形成的铁及其氧化物转移膜起一定的减摩抗磨作用 ,而 O - Sialon- BN复合材料中的 BN起一定的固体润滑作用     

石墨相形态对铜/石墨复合材料摩擦学性能和可靠性的影响

采用真空热压烧结工艺制备了石墨相形态为粉体(粒径约5 μm)、鳞片状(粒径445~636 μm)和近球形颗粒状(粒径200~300 μm)的铜/石墨复合材料,考察了以Al₂O₃陶瓷为摩擦副条件下石墨相形态对铜/石墨复合材料摩擦磨损性能及作用机制的影响,并探讨了材料在外载作用下的可靠性. 结果表明:石墨相形态不同时,石墨相和金属铜在材料中的分布方式也随之改变,进而影响到材料的摩擦学性能和力学性能. 在保持复合材料中石墨相含量不变的基础上,将石墨相形态从微米级粉体转变为各向异性的大块鳞片状石墨,再转变为各向同性较好的大尺寸近球形颗粒状石墨时,石墨相在材料中与金属铜形成的弱界面含量逐渐减小,金属铜的三维连续性变得更好. 材料在受到外载破坏时,从石墨相与铜基体界面萌生裂纹的扩展应力可被连续金属铜及时吸收钝化,使材料抵抗裂纹破坏的能力明显提高. 当石墨相为近球形颗粒状时,材料的抗弯强度、抗压强度、断裂韧性和冲击韧性分别高达155.4±3.6 MPa、353.5±24.7 MPa、5.3±0.6 MPa·m1/2和4.0±0.4 J/cm2. 此外,石墨相形态对材料的摩擦学性能也有重要影响,当石墨相以粉体形态存在时,石墨相与金属铜间形成的弱界面越多,铜基体的连续程度被石墨显著割裂,在摩擦力作用下割裂的铜颗粒易被剥离进入摩擦界面,与摩擦副形成“三体”磨损,导致材料的大量磨损. 当石墨相以鳞片状形态存在时,石墨相的聚集程度相对增加,使得金属铜的连续程度相对提高,可避免发生类似复合粉体形态石墨材料的磨损. 但是,鳞片状石墨呈大块片层状,形状各向异性,随着材料表面鳞片石墨的摩擦损耗,或者垂直于材料表面的鳞片石墨较多时,将造成摩擦副间摩擦系数较大的波动. 当石墨相为近球形颗粒状时,较为均匀的石墨相空间分布状态、三维连续结构的铜基体和润滑相/承载基体呈现的软/硬交替结构使得铜/石墨复合材料具有低且平稳的摩擦系数以及优异的减摩抗磨性能. 本文中以Al₂O₃栓为摩擦对偶时,复合材料的摩擦系数和磨损率分别低至0.13±0.02和5.4×10?6 mm3/(N·m).      

固体润滑剂对稻壳基陶瓷材料干摩擦行为的影响

为实现稻壳资源的综合利用,本文作者以稻壳粉为原料,酚醛树脂为粘结剂,石墨和二硫化钼为固体润滑剂,制备出稻壳基陶瓷复合材料,并研究其摩擦学性能,为稻壳基陶瓷材料在滑动轴承和电机电刷领域的应用奠定基础.在可控氛围微型摩擦磨损试验仪上,研究了不同载荷和转速下,石墨和二硫化钼对稻壳基陶瓷颗粒复合材料的摩擦学行为的影响.结果表明:添加质量分数10%石墨(或二硫化钼)于稻壳基材料中,材料的抗磨和减摩性能均得到明显的改善.在一定的载荷和速度下,添加石墨的稻壳基陶瓷复合材料的摩擦学性能优于添加二硫化钼稻壳基陶瓷复合材料.其中,石墨复合材料容易在低载荷(或转速)下,形成致密的摩擦膜起到一定的抗磨减摩功效;而二硫化钼的复合材料摩擦过程容易形成磨屑,致使材料表面形成微坑,使得抗磨性能降低.在高载荷或高转速时,两者均会因摩擦力诱导材料表面发生疲劳磨损,出现大量的坑槽,加剧磨损.     

二烷基二硫代磷酸锌添加剂对油润滑下填充聚四氟乙烯复合材料摩擦磨损性能的影响

利用MM-200型摩擦磨损试验机对比考察了聚四氟乙烯(PTFE)及其铜和镍填充复合材料在干摩擦以及液体石蜡和含商品添加剂二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)的液体石蜡-润滑下同GCr15轴承钢对摩时摩擦磨损性能,采用能量色散X射线显微分析(EDXA)测定了钢环磨损表面S和Zn元素的面分布,进而探讨了ZDDP对液体石蜡减摩抗磨作用的影响.研究表明:液体石蜡及含2%ZDDP的液体石蜡润滑均可大幅度降低摩擦副的摩擦系数,同时可显著降低PTFE-30%Ni复合材料的磨痕宽度,但对PTFE-30%Cu复合材料抗磨性能的影响不大.ZDDP作为添加剂可以有效地提高液体石蜡的抗磨作用,但对其减摩作用几乎无影响;ZDDP作为添加剂在摩擦过程中未发生摩擦化学反应,而是以物理吸附或化学吸附的方式在摩擦副接触表面成膜,从而起到抗磨作用.     

炭纤维增强铜锡锌基复合材料的摩擦磨损性能研究

采用粉末冶金法制备了炭纤维增强铜锡锌基复合材料(Cf/Cu-Sn-Zn)和ZQSn663锡青铜, 并对其力学性能和摩擦磨损性能进行了对比研究. 结果表明: 当炭纤维的体积分数φf≤12%时,Cf/Cu-Sn-Zn复合材料的力学性能高于ZQSn663锡青铜;Cf/Cu-Sn-Zn复合材料的比磨损率小于ZQSn663锡青铜,当炭纤维体积分数φf=12%时,复合材料的摩擦磨损性能最佳;在摩擦磨损过程中,Cf/Cu-Sn-Zn复合材料的磨损机制主要为粘着磨损,而锡青铜呈现出粘着磨损和磨粒磨损特征.     

脲基功能化的咪唑无卤素离子液体对复合锂基润滑脂摩擦学性能的影响

合成了两种脲基功能化的咪唑无卤素离子液体DOSS-1和DOSS-4. 采用SRV-V微动摩擦磨损试验机和Bruker-NPFLEX表面非接触光学三维轮廓仪，考察这两种离子液体作为2号复合锂基润滑脂(G)的减摩抗磨添加剂的摩擦学性能. 摩擦测试结果表明:这两种功能化咪唑离子液体添加到2号复合锂基润滑脂(G)中均表现出优异的减摩抗磨性能. 在添加量同等条件下，长链的DOSS-4表现出优于DOSS-1的减摩抗磨性能. 当添加质量分数为3%时，DOSS-4和DOSS-1的减摩抗磨性能最佳. 利用表面轮廓和扫描电镜进一步分析了磨斑表面的形貌，同时结合X射线光电子能谱仪(XPS)进一步分析了磨斑表面主要化学元素组成，阐明其摩擦机理. 该离子液体能够显著地降低摩擦磨损是因其在摩擦副表面形成了含N元素和S元素的化学反应膜.      

聚乙烯醇/羟基磷灰石复合材料的摩擦磨损性能研究

分别利用超声共混法和溶胶凝胶原位复合法制备出聚乙烯醇/羟基磷灰石(PVA-H/HA)复合材料,测定了其拉伸强度和抗剪切强度,并对不同HA含量下的试样进行了摩擦磨损性能研究.结果表明:少量HA的加入能提高复合材料的机械强度和抗磨损性能,利用原位复合法制备的试样机械性能较好,而且当HA含量为3%时复合材料的机械性能最佳;试样的磨损量随着接触载荷的增加而显著上升;在相同HA含量下,原位复合法制备的试样抗磨损性能更佳,当HA含量为4%时,原位复合法制备的复合材料试样的摩擦磨损性能最佳,其磨损量仅为纯PVA-H的29.8%.     

聚四氟蜡和二硫化钼填充凯夫拉纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

采用玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机研究凯夫拉(Kevlar)纤维织物材料及聚四氟蜡(PFW)和MoS2填充Kevlar纤维织物复合材料的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌.结果表明,PFW和MoS2均可以改善Kevlar纤维织物材料的摩擦磨损性能,其中PFW的改善效果尤为显著.当PFW质量分数为20%时,Kevlar纤维织物复合材料的摩擦系数减小75%、磨损率降低82%,Kevlar纤维织物复合材料的减摩抗磨性能最佳.