Al2O3基陶瓷刀具材料摩擦磨损特性及其有限元分析

以添加TiC、Ti（C，N）和SiCw 3种Al2O3基陶瓷刀具材料作为研究对象，在MRH-3型高速环-块摩擦磨损试验机上研究3种陶瓷刀具材料在相同试验条件下的摩擦磨损性能，通过扫描电子显微镜对陶瓷的磨损表面进行观察，并利用ANSYS有限元软件分析计算磨损时的应力分布．结果表明，Al2O3基陶瓷刀具材料的摩擦磨损特性与其添加剂的种类有关，其抗磨性能由大到小顺序依次为Al2O3／SiCw〉Al2O3／Ti（C，N）〉Al2O3／TiC．Al2O3基陶瓷刀具的摩擦磨损性能与其硬度（H）、弹性模量（E）和断裂韧性（KIC）有关，磨损率W随E／H增加而增大，随KIC增加而减小．Al2O3／TiC陶瓷刀具材料的磨损机理以粘着磨损为主，Al2O3／Ti（C，N）和Al2O3／SiCw陶瓷刀具材料的磨损机理主要为磨粒磨损．     

石墨对三氧化二铝/铜金属陶瓷复合材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金技术制备了Al2O3／Cu石墨复合材料；采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了石墨对Al2O3／Cu基金属陶瓷复合材料摩擦磨损性能和硬度的影响；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：Al2O3／Cu基复合材料的摩擦系数随石墨含量的增加而降低，当石墨含量大于1.0％后，摩擦系数降低明显；当石墨含量低于3％时，Al2O3／Cu基复合材料的磨损体积损失随石墨含量的增加而降低；当石墨含量低于2．0％时，石墨对Al2O3／Cu基复合材料的硬度无明显影响；当石墨含量超过3．0％后，Al2O3／Cu基复合材料的硬度随石墨含量的增加迅速降低；此外，石墨使得Al2O3／Cu基复合材料磨损表面的微裂纹减少、裂纹长度缩短；当石墨含量达到2．5％时，复合材料磨损表面微裂纹消失．这是由于石墨在磨损表面形成固体润滑膜，从而降低摩擦力并减少裂纹源所致．     

几种油性剂和极压抗磨剂对T8钢/Al2O3摩擦磨损性能的影响

采用Falex型摩擦磨损试验机考察了T8钢／Al2O3陶瓷摩擦副在3种油性剂(T405、T406和T451)与3种极压抗磨剂(T309、T306、T321)作用下的摩擦学性能；用扫描电子显微镜观察试销表面磨损状态；用俄歇电子能谱仪分析了摩擦表面元素化学成分。结果表明：3种油性剂都可以不同程度地改善摩擦副的摩擦磨损性能，其中尤以T405作用效果最佳；3种极压抗磨剂均具有较好的减磨抗磨性能，其中T309的抗磨性能最为突出，T321与T306可以明显降低摩擦系数，相比之下两者磨损率较大；俄歇电子能谱分析揭示在T309作用下，由于摩擦化学反应在T8钢试销磨损表面形成了含S、P物质层；油性剂作用下摩擦副的磨损形式主要为磨料磨损，而T309作用下磨损形式主要为磨料磨损与摩擦化学(腐蚀)磨损。     

Fe3Al／A12O3梯度复合涂层的摩擦磨损性能

利用等离子喷技术在钢表面制备了Fe3Al／Al2O3梯度涂层以及Fe3Al-Al2O3双层涂层和Fe3Al—Fe3Al／50%Al2O3-Al2O3三层涂层，采用MRH-3型环一块摩擦磨损试验机对比考察了涂层摩擦磨损性能，采用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌．结果表明，梯度涂层成分沿涂层厚度方向存在差异，相应的耐磨性能和磨损机制亦有所不同，梯度涂层的主要磨损机制包括颗粒脱落、裂纹萌生与扩展、微区脆裂层状脱落、塑性变形和粘着损伤等．     

无机纳米微粒及聚四氟乙烯填充聚醚醚酮复合材料的摩擦学性能

以纳米Al2O3、纳米TiO2及聚四氟乙烯(PTFE)作为复合填料，利用热压成型方法分别制备了纳米Al2O3-PTFE及纳米TiO2-PTFE填充聚醚醚酮(PEEK)复合材料；采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了纳米微粒对复合材料摩擦学性能的影响；采用扫描电子显微镜观察分析了复合材料磨损表面形貌．结果表明：纳米微粒和PTFE作为复合填料可以显著改善PEEK的摩擦学性能，其改善效果同纳米微粒的填充量相关；当纳米填料的质量分数相同时，PEEK／PTFE／nano-TiO02复合材料的摩擦磨损性能明显优于PEEK／PTFE／nano-Al2O3复合材料；含纳米Al2O3的复合材料磨损表面呈现严重塑性变形特征，且塑性变形程度随纳米微粒含量增加而增大，而含纳米TiO2的复合材料磨损表面塑性变形轻微．     

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.     

水煤浆喷嘴热冲蚀磨损机理研究

采用1Crl8Ni9Ti不锈钢、YG8硬质合金和Al2O3／(W，Ti)C陶瓷3种材料制备了水煤浆喷嘴，考察了其在水煤浆雾化和燃烧过程中的热冲蚀磨损机理．结果表明：喷嘴材料的硬度对水煤浆喷嘴的热冲蚀磨损行为具有重要影响；在相同条件下，高硬度的Al2O3／(W，Ti)C陶瓷喷嘴的冲蚀率最低，YG8硬质合金次之，硬度较低的1Crl8Ni9Ti不锈钢喷嘴的冲蚀率最高；在热冲蚀磨损工况下，1Crl8Ni9Ti不锈钢水煤浆喷嘴主要呈现微切削特征，YG8硬质合金水煤浆喷嘴主要呈现晶粒剥落特征，而Al2O3／(W，Ti)C陶瓷水煤浆喷嘴主要呈现研磨损伤和热崩特征．     

载荷对Al2O3增强Y-TZP陶瓷磨损特性的影响

采用往复式摩擦磨损试验机研究了10%(质量分数计)Al2O3增强四方氧化锆多晶Y-TZP陶瓷材料(简称10ADZ)在不同载荷下的磨损行为与机制.结果表明:随着载荷的增加和滑动时间的延长,10ADZ陶瓷的磨损率增大,但并非呈线性增加,磨损率增长幅度不同;在62 N低载荷条件下,10ADZ陶瓷的磨损机制以犁沟和塑性变形为主;在124 N载荷下其主要的磨损形式为塑性变形、微切削和微断裂;而在310 N的高载荷下其主要的磨损机制为断裂磨损.     

Al2O3纤维及炭纤维增强ZL109混杂复合材料磨粒磨损行为

利用挤压铸造法制备了Al2O3纤维及炭纤维增强ZL109混杂复合材料(Al2O3 Cf／ZL109)，考察了该混杂复合材料的磨粒磨损行为．结果表明：就砂纸粒度对复合材料抗磨粒磨损性能的影响而言，存在砂纸粒度的临界区域；Al2O3纤维有利于提高混杂复合材料的抗磨粒磨损性能，而炭纤维不利于提高复合材料的抗磨粒磨损性能，其中(12％Al2O3f 4％Cf)／ZL109混杂复合材料的抗磨粒磨损性能最佳．     

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。     

纳米Al2O3填充聚四氟乙烯摩擦磨损性能的研究

利用ＭＭ－２００型摩擦磨损试验机考察了填料含量及载荷对纳米Ａｌ２Ｏ３填充ＰＴＦＥ复合材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌及磨损机理,结果表明,纳米Ａｌ２Ｏ３可以提高ＰＴＦＥ的耐磨性,但Ａｌ２Ｏ３会导致严重的塑性变形,并且Ａｌ２Ｏ３含量越高,塑性变形越严重,当Ａｌ２Ｏ３的质量分数为１０％时,填充ＰＴＦＥ复合材料的磨损最小;随着载荷的增大,填充ＰＴＦＥ的磨损增加,填充ＰＴＦＥ     

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.     

电沉积Ni-La2O3纳米复合镀层的摩擦磨损性能

用复合电沉积方法制备了Ni-La2O3纳米复合镀层,研究了La2O3纳米颗粒含量对纳米复合镀层摩擦磨损性能的影响,并用扫描电子显微镜分析了其磨损机理.结果表明,在干摩擦条件下,随着La2O3纳米颗粒含量的增加,纳米复合镀层的摩擦系数降低,耐磨性能提高;La2O3质量分数为3.1%的纳米复合镀层的摩擦系数最低,耐磨性能最佳;纯Ni镀层呈现严重的粘着磨损特征,而纳米复合镀层主要呈现轻微磨粒磨损特征.     

Al2O3纤维增强铝基复合材料干滑动磨损机制的研究

采用销-盘式磨擦磨损试验机研究了Al2O3纤维增强铝基复合材料的干滑动摩擦磨损性能,理论分析了磨损率与Al2O3纤维体积分数的变化规律,探讨了在干滑动摩擦条件下复合材料的磨损机制.结果表明:在干滑动摩擦条件下,随着Al2O3纤维体积分数增加,磨损率急剧下降,当纤维体积分数为9%时达到最小值,尔后略有回升;当纤维体积分数小于5%时,可用Archard模型对复合材料的磨损率进行理论预测;磨损亚表层中基体金属沿滑动方向的塑性流动是铝基复合材料磨损的基本特征,Al2O3纤维可有效地阻止基体的塑性流动,提高复合材料的耐磨性;随着滑动距离增加,摩销前端的变形量增大,甚至出现形变坑,将从复合材料中剥离出坚硬Al2O3磨粒并镶嵌于其中,很容易在铝基复合材料表面产生犁沟,从而加速铝基复合材料的磨损.     

多孔氧化铝陶瓷储油材料的摩擦学性能研究

用石墨作为造孔剂,利用模压成型高温烧结方法制备了分布均匀的多孔氧化铝陶瓷,将多孔氧化铝陶瓷浸渍甲基硅油得到多孔氧化铝储油材料,在THT07-135型高温摩擦磨损试验机上考察了其同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磨损表面形貌.结果表明,浸渍甲基硅油后多孔氧化铝陶瓷的减摩抗磨性能显著改善,这是由于储存在多孔氧化铝陶瓷中的润滑剂起到润滑作用并抑制偶件的氧化磨损所致.     

纳米Al2O3填充环氧树脂复合材料的摩擦学性能

研究了干摩擦条件下纳米Al2O3微粒含量及其表面改性处理对环氧树脂基复合材料滑动摩擦磨损性能的影响.结果表明，经过表面化学接枝处理后，少量的纳米Al2O3(体积分数约0．24％)即可大幅度提高环氧树脂的摩擦磨损性能，起到显著的减摩和耐磨作用．复合材料的热变形稳定性、显微硬度及磨损表面形貌分析结果表明，对纳米Al2O3微粒进行适当的表面处理有利于加强纳米微粒同基体树脂的结合，从而改善复合材料的摩擦学性能．