氧化铝/钼自润滑结构陶瓷表面三维复合润滑层的制备与摩擦学性能研究

应用先进的激光表面加工技术,在Al_2O_3/Mo层状自润滑结构陶瓷表面制备了微坑型织构.将织构图案作为固体润滑剂的贮存槽,通过在其中引入固体润滑剂形成三维复合润滑层.考察了复配润滑剂对织构化氧化铝/钼复合陶瓷在室温至800℃连续加热过程中的协同润滑作用,并通过磨损表面分析探讨了其在宽温域下的润滑机理.结果表明:通过集成固体润滑剂优异的减摩抗磨性能和微织构特殊的结构特征,可使氧化铝/钼复合陶瓷在室温、中温区域的摩擦学性能得到显著改善,实现了材料在较宽温度范围内的连续润滑.复合Graphite/BaSO_4/CaF_2-BaF_2的表面在室温至800℃温度范围内的摩擦系数均保持在0.45以下.     

Fe-Mo-Ni-Cu-石墨高温自润滑复合材料的摩擦学性能研究

采用粉末冶金工艺,在Fe-Mo-石墨自润滑复合材料的基础上,制备了添加Ni、Cu两种元素的Fe-MoNi-Cu-石墨高温自润滑复合材料,并在栓-盘式高温摩擦试验机上考察了其在室温、320和450℃下的摩擦学性能;采用金相显微镜、XRD和SEM等表征方法,分析了材料金相组织、物相成分和摩擦表面形貌.结果表明:FeMo-石墨自润滑复合材料中添加Ni和Cu元素,可以强化基体,增强材料的力学性能,改善材料的摩擦学性能.在高温摩擦过程中,Fe-Mo-Ni-Cu-石墨高温自润滑复合材料摩擦表面生成的由石墨+Cu Fe5O8+Fe3O4+Fe2.6Ni0.4O4组成的复合润滑膜是导致其具有良好高温润滑性的主要原因.     

织构化钛合金表面二硫化钨磷酸盐涂层的制备及其宽温域摩擦学性能

本文中以水为分散介质,二硫化钨为固体润滑剂,二氧化锆为增强相,磷酸二氢铝为黏结剂,采用喷涂工艺在织构化的钛合金表面制备环境友好型的磷酸盐涂层.考察涂层在室温～400℃范围内的摩擦磨损性能,并探究涂层与钛合金表面微织构的协同减摩抗磨机制及其对涂层磨损寿命的影响.结果表明：钛合金表面的二硫化钨磷酸盐涂层在宽温域条件下展现出良好的减摩抗磨性能.在400℃时,含有涂层的钛合金磨损率可降低至1.3×10^-4 mm³/(N·m),比钛合金基底的磨损率降低了45%.在钛合金表面构筑微织构,可进一步改善涂层的耐磨损性能,延长宽温域条件下的磨损寿命.在室温～400℃温度范围内,钛合金织构化表面涂层与TC4球对摩的摩擦系数均可低至0.30以下,磨损率可低至1.2×10^-5 mm³/(N·m)以下.同时提出了高温条件下涂层的润滑机理,以及表面微织构与固体润滑涂层间的“机械互锁”与“自补偿润滑”的减摩抗磨机制.     

铜和石墨对铁基含油自润滑复合材料机械及摩擦学性能的影响

采用粉末冶金工艺制备了铁基含油自润滑复合材料,考察了Cu与石墨的含量对铁基含油自润滑复合材料的机模样性能、摩擦学性能及组织结构的影响,并利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及光学显微镜等对材料的组分、显微组织形态和结构以及磨损表面形貌等进行了系统的观察和分析,结果表明：添加适量Cu的Fe-Cu二元系材料的机械性能和摩擦学性能明显优于Fe系材料,这主要是因为Cu的加入改变了材料的微观结构。添加适量石墨的Fe-Cu-石墨三元系材料比Fe-Cu二元系材料具有更优异的摩擦学性能,但机械性能有所下降,这主要是由于石墨与油的协同润滑效应和石墨的加入改变了材料的微观结构所致。     

合金元素Ta、Ag对镍基合金机械性能和摩擦学性能的影响及机理研究

利用高能球磨和真空热压烧结方法制备了添加Ta和Ag的镍基复合材料. 考察了复合材料在宽温域范围内的摩擦磨损性能和力学性能,利用SEM、XRD等表征分析其物相组成、磨损机理及断裂机制. 结果表明: 热压烧结过程中,Ta与石墨模具中的C反应生成TaC陶瓷相并在基体中弥散分布;Ta、Ag的加入降低了材料的摩擦磨损,NiCrMoAl-Ta-Ag复合材料实现了在室温~800 ℃的连续润滑,室温时Ag提供润滑作用,中温时由磨屑和Ag形成局部润滑膜,800 ℃时磨损表面形成了含氧化物、钼酸银和Ag的润滑膜. 加入Ta极大提高了材料的机械性能,NiCrMoAl-Ta合金在室温~1 000 ℃具有优异的机械性能,归因于原位生成的TaC和Al₂O₃陶瓷相的弥散强化;材料的断裂机制随温度升高由微孔聚集型断裂转变为以微孔聚集型和氧化断裂为主的断裂.      

MGO-MicroLMs/PS微胶囊润滑复合材料制备及摩擦学性能

以改性氧化石墨烯(MGO)/聚苯乙烯为复合壁材,硬脂酸丁酯为润滑芯材,通过种子微悬浮聚合法制备了改性氧化石墨烯微胶囊润滑材料(MGO-Micro LMs),以MGO-Micro LMs为润滑添加剂,经本体浇铸成型制备MGOMicro LMs/PS复合材料.采用IR和SEM表征了化学组成和微观形貌,以微机控制电子万能试验拉伸机和高速往复摩擦磨损试验仪评价了断裂行为和摩擦学性能,以Mico-XAM非接触式三维表面轮廓仪观察磨痕表面形貌并计算磨损率.结果表明:MGO-Micro LMs在聚苯乙烯基体中具有良好的分散性和相容性,同时对聚苯乙烯基体材料具有增韧效果;MGO-Micro LMs可以提高聚苯乙烯基体材料摩擦磨损性能,具有润滑和减摩作用,MGO-Micro LMs润滑机理为边界润滑.     

Ni3Al基自润滑复合材料摩擦学性能的研究

采用真空热压烧结方法制备了Ni3Al基自润滑复合材料,通过HT-1000型球盘式高温摩擦仪分别测试了不同条件下Ni3Al基自润滑复合材料的摩擦磨损性能.结果表明：复合材料在20～1 000℃均具有良好的自润滑性能,其摩擦系数在0.24～0.43之间.研究发现复合材料在低载（5 N、滑动速度为0.2 m/s）低温（20～400℃）下具有最低的摩擦系数（0.24～0.29）,但在低载高温下（600℃以上）摩擦系数较高（0.39～0.41）;而在高载（20 N）时在整个温度测试区间（20～1 000℃）拥有低而稳定的摩擦系数（0.28～0.31）.Ni3Al基自润滑材料优异的高温摩擦学性能归因于高温下材料摩擦表面形成的银、氟化物、氧化物以及钼酸盐等低剪切化合物的协同润滑作用.     

温度对Cu-12.5Ni-5Sn-石墨自润滑复合材料摩擦学性能的影响

采用粉末冶金方法制备出了Cu-12.5Ni-5Sn-石墨自润滑复合材料,通过改变石墨的含量来研究该复合材料的力学性能和在不同摩擦试验温度下的摩擦磨损性能,采用SEM和Raman分析磨损表面,进而讨论复合材料的摩擦、磨损和润滑机制. 结果表明:复合材料的硬度和屈服强度随着石墨含量的增加而逐渐降低;温度对不同石墨含量的复合材料的摩擦磨损性能有显著的影响,在室温下,石墨质量分数为1%和3%的石墨复合材料的摩擦系数和磨损率明显小于5%石墨复合材料;在300 ℃下,石墨质量分数为3%时,复合材料的摩擦磨损性能最好;在500 ℃下,石墨质量分数为5%的石墨复合材料的摩擦磨损性能最好. 在室温下,复合材料具有较好自润滑性的主要原因是形成了几乎光滑连续的石墨润滑膜. 在300和500 ℃下,由金属氧化物和石墨组成的混合物润滑膜是复合材料保持自润滑性的主要原因.      

石墨烯/碳纳米管增强氧化铝陶瓷涂层的制备及摩擦学性能的研究

对碳纳米管进行混杂功能化处理,并与石墨烯,氧化铝按一定配比制成骨料,与胶黏剂混合充分,采用手工涂覆,低温固化的方法在304不锈钢表面制备复合陶瓷涂层.对混杂碳纳米管分子组成进行了表征;对涂层的微观结构,石墨烯和碳纳米管的分散性,涂层的显微硬度、断裂韧性、涂层与基体的结合强度及摩擦学性能进行了分析.结果表明:混杂处理的碳纳米管表面既接枝了活性基团同时也包覆了表面活性剂,复合涂层结构致密,石墨烯和混杂处理的碳纳米管均匀分散在涂层中,且复合涂层的硬度、断裂韧性、结合强度和耐磨减摩性能明显提高.     

润滑条件下金刚石薄膜及石墨／金刚石复合薄膜的摩擦学性能

利用SRV摩擦磨损试验机对比考察了液体石蜡润滑时硬质合金基体上金刚石薄膜和石墨 /金刚石复合薄膜的摩擦学性能 ,采用扫描电子显微镜对试样和磨痕表面形貌进行了观察分析 ,并进而探讨了磨损机理 .结果表明 ,在润滑条件下 ,石墨 /金刚石复合薄膜的摩擦系数和磨损体积损失均较金刚石薄膜的小 ,金刚石薄膜和石墨 /金刚石复合薄膜的主要磨损机理均为亚微断裂磨损 ,而石墨膜可以有效地减轻亚微断裂磨损     

锡青铜梯度自润滑复合材料的摩擦学性能

利用粉末冶金工艺设计和制备了新型润滑材料——锡青铜梯度自润滑复合材料;在MM-200型摩擦磨损试验机上考察了其摩擦学性能,利用扫描电子显微镜观察分析了磨损表面形貌,进而探讨了其摩擦磨损机理.结果表明:锡青铜梯度自润滑复合材料摩擦学性能优异,且偶件损伤轻微;所研制的锡青铜梯度自润滑复合材料的摩擦学性能优于目前国内常用的金属润滑材料555铅青铜、6501锡青铜以及进口多层金属润滑材料;锡青铜梯度自润滑复合材料的优异减摩抗磨性能取决于其特殊的梯度结构.     

Ni-Mo基高温自润滑复合材料摩擦学性能的研究

用放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,简称SPS)技术制备了Ni-Mo-Pb O高温自润滑复合材料,分析NiMo-Pb O复合材料的微观组织结构,研究了Ni-Mo-Pb O复合材料从室温至700℃的摩擦学性能.在烧结过程中,Pb O和Mo之间发生了氧化还原反应,SPS烧结制备的Ni-Mo-Pb O复合材料主要由Ni的固溶体、Pb和钼的氧化物组成.复合材料的摩擦和磨损性能与温度有关.Ni-Mo-Pb O复合材料的摩擦系数随着温度的增加先减小后增加.磨损率随着温度的增加先减小后稍有增加.少量的Pb O加入到镍基合金中显著改善了镍基复合材料的高温摩擦磨损性能.尤其在约500℃时,复合材料显现出非常低的摩擦系数(0.09)和磨损率[约2.8×10_(–6) mm_3/(N·m)],这归因于主要由Pb O、少量的Ni O及钼酸盐组成的致密的润滑膜的形成.     

碳纤维织物/环氧复合材料油润滑下摩擦学性能

采用半干法制备碳纤维织物增强环氧树脂基自润滑复合材料,研究钢背衬复合材料与45钢在环-环端面浸油润滑状态下的摩擦学特性,考查载荷、速度和碳织物类型对复合材料摩擦磨损性能的影响,并采用扫描电子显微镜对复合材料及偶件磨损表面进行观察与分析.结果表明:轻载高速启动可显著提高单向碳织物/环氧复合材料的摩擦磨损性能,边界润滑状态下的碳织物/环氧复合材料主要表现出黏着磨损特性,对偶钢环上出现的网状转移膜大大改善了材料的摩擦学性能;平纹碳织物/环氧复合材料因表面织物纹理使得润滑油能深入到摩擦表面各区域,在重载下表现出较低的摩擦系数.     

Cu-2Ni-5Sn-(石墨+PbO)自润滑复合材料高温摩擦学性能的研究

采用粉末冶金工艺制备了Cu-2Ni-5Sn-(石墨+PbO)系自润滑复合材料,并采用XRD、SEM、万能材料试验机和高温摩擦磨损试验机等研究了微观组织、力学性能和室温至500℃下的摩擦学性能.结果表明:石墨+PbO复合固体润滑剂质量分数为8%时,该复合材料综合摩擦磨损性能最优.Ni的加入能提高基体的力学性能.随着温度的增加,该复合材料的摩擦系数几乎保持稳定,磨损率先缓慢增加,后急剧增加.室温时磨损表面形成以石墨为主成分的润滑膜起主要润滑作用,磨损机理主要为轻微塑性变形和局部剥落.300℃时,由PbO(Fe_2O_3)6、石墨和Cu_2O组成的致密润滑膜是Cu-2Ni-5Sn-(石墨+PbO)自润滑复合材料具有良好润滑性的主要原因,磨损机理主要包括复合材料塑性变形、局部剥落和轻微的黏着磨损.500℃时,主要由PbO(Fe_2O_3)6、石墨、Cu_2O和Cu O组成的复合润滑膜起到了润滑作用,磨损机理主要为石墨周边区域基体脱落及塑性变形引起的剥落和氧化磨损.     

Cu663合金表面石墨-铜三维复合润滑层的构筑与摩擦学性能研究

借助激光微加工技术,将柔性石墨纸加工成规则排列的多孔结构,利用多孔柔性石墨纸在Cu663合金表面构筑石墨-铜三维复合润滑层结构. 分别考察了表面石墨-铜三维复合润滑层在干摩擦和海水腐蚀环境下的摩擦学性能,并揭示了摩擦磨损机理和腐蚀机理. 结果表明:该三维复合润滑层结构具有优异的自润滑性能,且通过改变纹理图案和尺寸参数可有效调控其摩擦学性能. 当Cu663合金表面三维复合润滑层石墨表面密度为50%时,干摩擦条件下的摩擦系数和磨损率分别为0.14 ± 0.01和(5.10 ± 1.33) ×10?6 mm3/(Nm),相较于无润滑层的Cu663样品摩擦系数0.53和磨损率(2.97 ± 0.57) ×10?4 mm3/(Nm)分别降低73%和2个数量级. 在海水腐蚀环境中,表面石墨-铜三维复合润滑层的铜与石墨纸界面产生微弱电极,对三维复合润滑层的腐蚀摩擦性能起到至关重要的作用.      

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).      

铁-石墨系含油自润滑复合材料的研究与应用

作者在铁-石墨系材料中添加适量的青铜、二硫化钼和铅,研制出了几种含油自润滑复合材料。这些材料的机械强度和摩擦磨损性能均比铁-石墨系材料的有不同程度的提高,并且比日本同类产品的好。通过多方面的实用证明,铁-青铜-MoS_2-石墨系含油材料适合于在较高负荷和较高速度下长期使用。为了更进一步地扩大材料的应用范围,作者还就今后的工作提出了若干重点研究的方向。     

铸造锌-石墨复合材料的摩擦学特性

作者以高铝锌基合金ZA-27为基体,使之与石墨在熔融状态下复合成为均匀浆料,经过挤压铸造成型,得到了几种石墨含量不同的锌-石墨复合材料。微观结构分析结果表明,金属-石墨界面结合状态良好,石墨分布均匀。这种材料在石墨含量低于5％(wt,下同)时的承载能力比青铜ZQSn6-6-3的高。其线膨胀系数随着石墨含量的增加而下降。在本试验条件下,随着石墨含量的增加,复合材料进入稳定磨损阶段所需要的时间缩短,滑动过程的平稳性增大,摩擦表面温度降低,摩擦系数明显下降,磨损率减小;在石墨含量达到6.2％时,锌-石墨复合材料的减摩性。耐磨性和相对抗咬合性都远比基体合金ZA-27的好,表明锌-石墨复合材科是一种新型的具有良好开发应用前景的减摩耐磨材料。     

聚四氟乙烯/聚苯硫醚织物自润滑关节轴承的摩擦学性能

制备了两种聚四氟乙烯(PTFE)/聚苯硫醚(PPS)织物衬垫自润滑关节轴承.在径向载荷为35 kN,摆动频率为2.5 Hz工况下,利用关节轴承试验机对其摩擦学性能进行了研究.采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)对其摩擦面的微观形貌和磨损机理进行了研究.结果表明:PTFE/PPS短纤维关节轴承表现出良好的摩擦学性能,其耐磨性和PTFE转移膜面积比PTFE/PPS长丝纤维关节轴承高22.9%和69.7%.PTFE/PPS短纤维关节轴承的磨损机理主要为轻微的黏着磨损和磨粒磨损,PTFE/PPS长丝纤维关节轴承的磨损机理主要为严重的黏着磨损和磨粒磨损.     

载荷对Ni3Al基自润滑复合涂层摩擦学行为的影响

采用高能球磨结合喷雾造粒技术制备微米级球形Ni₃Al基复合粉末,利用等离子喷涂方法制备涂层后考察其在不同载荷(5、10和20 N)下宽温域内(25~800 ℃)的摩擦学性能. 用SEM、EDS和Raman分析磨痕、对偶销和磨屑的微观组织和物相组成,对比分析载荷对摩擦磨损机理的影响. 结果表明:25~200 ℃时,载荷增加促进了润滑相的“析出效应”,但载荷增至20 N时涂层发生塑性变形产生“封闭效应”,使涂层摩擦系数和磨损率随载荷增加呈先减后增的趋势;400~600 ℃时,载荷增加导致的摩擦热加速了氧化进程,降低磨损表面剪切强度,从而使摩擦系数和磨损率持续降低;800 ℃时,磨损表面形成富含NiCr₂O₄、Ag₂MoO₄和NiO的连续、光滑釉质层,但在20 N时局部过高的接触应力使润滑膜破裂而发生剥落,导致摩擦学性能下降.