铝青铜在不同介质中的摩擦磨损行为研究

利用往复式摩擦磨损试验机和单摆冲击划痕试验机研究高铝青铜Cu-14%Al-X和普通铝青铜QAl9-4在3.5%NaCl、5%H2SO4、空气及纯水中滑动及其在空气中冲击载荷条件下的摩擦磨损行为.结果表明: 高铝青铜Cu-14Al-X除了在纯水及高载滑动下的磨损量高于普通铝青铜QAl9-4以外,其它条件下的耐磨性均优于QAl9-4;在纯水中,高铝青铜Cu-14Al-X于高载滑动下的磨损量突增现象与Al含量高而塑性降低有关;通过不同冷却时的摩擦系数和加热样品硬度的测定发现,在腐蚀性介质中,高铝青铜摩擦磨损性能的改善是由于滑动接触表面成分因脱铝腐蚀而变软以及腐蚀产物参与摩擦过程的缘故.     

人牙釉质在柠檬酸介质中的摩擦磨损行为研究

采用往复滑动摩擦磨损试验台,以TC4钛合金球为摩擦偶件,考察了人牙釉质在pH为3.2的柠檬酸介质中的摩擦磨损行为,并与人工唾液介质中的结果进行对比。结果表明：牙釉质在不同介质中的摩擦磨损行为存在显著差异。在柠檬酸介质中,鉴于柠檬酸对牙釉质表面的酸蚀软化和脱矿作用,牙釉质的摩擦系数低于人工唾液介质,但伴随显著波动,磨损机制以黏着剥落为主,磨损体积随循环次数增加几乎呈线性增长,磨损量明显大于人工唾液介质。     

MoSx掺杂DLC薄膜的摩擦磨损行为Ⅱ:速度的影响

采用RF-PECVD与磁控溅射复合技术制备了MoSx掺杂的DLC(a-C:H:Mo:S)薄膜,并对其组成、表面形貌、纳米硬度及热稳定性进行了分析.在QG-700摩擦试验机上考察了其在不同滑动速度下的摩擦行为.通过对摩擦表面的光学显微观察、扫描电镜(SEM)观察及能谱(EDS)分析,简单探讨了其摩擦磨损机理.结果表明:随着速度的增加,a-C:H:Mo:S/Si3N4体系的摩擦系数先升高后降低,而磨损率则表现出相反的变化趋势.分析认为摩擦系数的升高与高湿度下薄膜表面的氧化反应有关,而降低则主要是由于石墨化所致.     

MoSx掺杂DLC薄膜的摩擦磨损行为Ⅰ:载荷的影响

采用射频等离子体增强化学气相沉积与非平衡磁控溅射复合技术制备了MoSx掺杂的DLC薄膜(a-C:H:Mo:S),在QG-700摩擦试验机上考察了其在不同载荷下的摩擦磨损行为.通过对摩擦表面的扫描电镜(SEM)观察及能谱(EDS)分析,简单探讨了其摩擦磨损机理.结果表明:随着载荷的增加,a-C:H:Mo:S/Si3N4体系的摩擦系数及磨损率均呈先降后升的趋势,在高速下尤为明显.初步分析认为该现象与摩擦热效应导致的接触层结构转化相关.     

氧化锆陶瓷的摩擦磨损行为与机理

氧化锆陶瓷的工程应用前景广阔，在许多场合都必须与水或水溶液接触，但有关这种陶恣在水中的摩擦磨损行为和机理的研究报道不多见，而且已有的工作也不够深入。因此，对氧化锆陶瓷分别在水润滑和干摩擦下的摩擦学特性及其磨损机理进行了考察。     

几种钢的腐蚀冲蚀磨损行为与机理研究

在相同试验条件下研究了１６Ｍｎ，２７ＳｉＭｎ和１Ｃｒ１８Ｎｉ９不锈钢在浆体（ｐＨ值在１～１２的范围，固体粒子是粒径２２０～４００μｍ的石英砂）冲蚀作用下的腐蚀冲蚀磨损行为，分析了ｐＨ值和冲击速度等对钢腐蚀冲蚀磨损的影响，以及腐蚀与冲蚀之间的交互作用机理，建立了钢的腐蚀冲蚀磨损率与ｐＨ值及冲击速度之间的三维关系图．研究发现：冲击速度对１Ｃｒ１８Ｎｉ９不锈钢腐蚀冲蚀磨损的影响可用指数关系表示，但对其它２种钢，冲击速度的影响不能用简单的数学关系表示；钢的腐蚀冲蚀磨损率随ｐＨ值降低而增加，ｐＨ值越低和／或钢的耐腐蚀性越差，腐蚀与冲蚀的交互作用越大，钢的腐蚀冲蚀磨损越严重．耐腐蚀性较好的钢（如１Ｃｒ１８Ｎｉ９不锈钢）的腐蚀冲蚀磨损机理主要为冲蚀磨损；耐腐蚀性比较差的钢（如１６Ｍｎ钢）除冲蚀磨损外，腐蚀及其与冲蚀磨损的交互作用也都是重要的磨损机理，特别在ｐＨ值比较低时更是如此     

FH36钢在不同盐度模拟海水中的摩擦腐蚀行为研究

本文中利用UMT-2型多功能摩擦磨损实验机,分别测试FH36船用低温钢板在不同盐度模拟海水中摩擦腐蚀行为.结合电化学工作站监测FH36钢样在摩擦腐蚀过程中的电化学参数变化;使用白光干涉仪以及扫描电子显微镜分别对钢样的显微组织形貌和磨痕形貌进行了表征,结果表明：随着Cl^-浓度的增加,钢样摩擦系数降低,在腐蚀的耦合作用则会加剧材料损失,导致磨痕轮廓截面变宽、磨损量增加、腐蚀电位发生负移,钢样的腐蚀加剧.其中磨损量由占材料损失量的86.2%降至78.2%.当钢样处于开路电位时,低盐度模拟海水中磨损机制为磨粒磨损为主伴随腐蚀磨损,高盐度模拟海水中磨损机制为腐蚀磨损和疲劳磨损共存;处于阴极保护电位时,在各种Cl^-浓度(0～1.2 mol/L)下的磨损机制都以磨粒磨损为主.通过对摩擦腐蚀耦合的定量分析,证实了两者相互促进,且在Cl^-浓度达到0.6 mol/L时摩擦与腐蚀的协同耦合作用影响最大.     

TC11钛合金在人造海水中的腐蚀磨损特性研究

采用球-面接触方式,在振幅为5 mm条件下研究了TC11钛合金在人造海水和纯净水中的往复滑动腐蚀磨损行为,采用扫描电子显微镜观察磨屑和磨痕表面形貌,用能谱仪测试微区元素分布,用非接触式表面形貌仪测定磨痕的三维表面形貌及其磨损体积损失,研究了载荷、滑动频率以及介质对TC11钛合金摩擦系数和磨损量的影响,并用动电位扫描法分析TC11在腐蚀磨损前后的电化学行为.结果表明:在2种介质中TC11钛合金的摩擦系数均随着载荷和滑动频率的增加而呈下降趋势,但随载荷变化的趋势更为缓慢;TC11钛合金在海水中形成的润滑膜可以明显降低摩擦系数,但其磨损量比水介质中高,说明腐蚀加速了磨损;磨损后的钝化膜更易被破坏,TC11钛合金在水中的磨损机制为磨粒磨损,而在海水中则为疲劳脱落并伴有磨粒磨损.     

矿用钢丝在腐蚀介质环境下的微动行为研究

钢丝绳中钢丝的锈蚀、磨损或断裂是造成矿井用钢丝绳失效的主要形式。以6×19点接触式提升钢丝绳为研究对象,在自制的微动摩擦磨损试验机上开展钢丝在腐蚀介质环境下的微动磨损试验研究。考察钢丝在模拟矿井淋水腐蚀介质中的微动运行特性,通过磨痕测量微动磨损量,采用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪对钢丝的微动损伤机理进行分析。结果表明：腐蚀介质影响钢丝的微动运行区域,在干摩擦和中性腐蚀介质下运行于混合区,而在酸性和碱性腐蚀介质下运行于滑移区;腐蚀介质明显降低钢丝的摩擦系数,其中酸性介质下的摩擦系数最小,约为0.36;腐蚀与磨损的交互作用显著加速了材料的流失,酸性腐蚀介质下钢丝的磨痕深度最大;钢丝在干摩擦条件下的损伤机制以材料的塑性变形、粘附涂抹和摩擦氧化为主,而在腐蚀介质环境下的损伤机制转变为磨粒磨损和化学腐蚀。     

钛合金表面DLC薄膜的制备及其与不同材料配副的摩擦学性能研究

利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在钛合金TC4表面制备了梯度结构DLC薄膜,并研究了DLC薄膜微观形貌结构、力学性能以及不同对偶球材料(包括4种陶瓷与4种金属材料)对其摩擦学性能的影响. 结果表明:所制备的梯度结构DLC薄膜表面相对光滑平坦且与基底结合紧密,具有良好的力学性能;对于陶瓷球/DLC配副,在摩擦过程中由于对偶球硬度较大且耐磨,从而在陶瓷球表面易于形成稳定的碳质转移膜,SiC/DLC、Si₃N₄/DLC和ZrO₂/DLC表现为轻微的磨粒磨损和黏着磨损,而Al₂O₃球表面的碳元素含量较高使得DLC薄膜虽然发生破损和剥落但其摩擦系数仍保持在较低水平;金属球/DLC与陶瓷/DLC相比较,由于金属对偶球硬度较低,在摩擦过程中碳质转移膜无法稳定地覆盖在金属球,引起较高的摩擦系数,Al/DLC主要表现为严重的磨粒磨损,而Brass/DLC、304SS/DLC和GCr15/DLC主要为轻微的磨粒磨损或黏着磨损;SiC/DLC、ZrO₂/DLC、304SS/DLC和GCr15/DLC的DLC薄膜均具有较低的摩擦系数和磨损率且对偶球的磨斑较小,故其为较合理的摩擦副. 赫兹接触分析表明,陶瓷/DLC中除了ZrO₂/DLC,平均摩擦系数和计算接触半径的变化趋势是一致的,而在金属/DLC中并未发现这一规律.      

纳尺度下类金刚石(DLC)薄膜摩擦性能研究

类金刚石薄膜(DLC)作为保护涂层在磁存储系统和微/纳米机电系统(M/NEMS)等方面的应用十分广泛,但其在实际应用中存在着摩擦副的设计问题,本文中采用物理气相沉积(PVD)技术以金属Cr作为过渡层在硅基底上制备类金刚石薄膜,利用原子力显微镜,对类金刚石薄膜的表面特性进行表征,并研究针尖的力学性能对类金刚石薄膜摩擦学性能的影响.结果表明纳尺度下硅针尖和氮化硅针尖测得的摩擦力与法向载荷之间均呈线性关系,这说明针尖材料对类金刚石薄膜的摩擦性能没有影响.Si针尖的SEM图像表明:高载荷下,Si/DLC摩擦副的摩擦系数增加是由于Si针尖的磨损;而类金刚石薄膜的AFM图像表明:Si3N4/DLC摩擦副的摩擦系数增加是由于类金刚石薄膜表面的粗糙峰在高载条件下发生了塑性变形,DMT理论计算验证了我们的实验结果.因此,本研究对于类金刚石薄膜在实际应用中摩擦副的设计具有指导意义.     

双炔酸聚合LB膜结构及其摩擦磨损行为研究

采用垂直提拉法将单层双炔酸膜转移到云母基片上,同时将13层双炔酸膜转移到经过亲水处理的单晶硅片和石英片上,使双炔酸在紫外光照射下发生拓扑聚合制备双炔酸聚合LB膜,并对双炔酸和经紫外光照射后聚合双炔酸LB膜的结构及摩擦磨损特性进行研究.结果表明:双炔酸在可见区无吸收峰,但经紫外光照射后因双炔酸聚合后形成的共轭大π键在可见区出现了吸收峰;双炔酸LB膜均匀平整,厚度约为3.5 nm,聚合后其结构发生变化,厚度降至约1.5 nm;而聚合后双炔酸LB膜的减摩性能基本保持不变,聚合前后双炔酸LB膜的摩擦系数不随载荷而变化,符合阿芒顿定律,其抗磨特性得到明显提高;磨痕结果充分表明聚合双炔酸耐磨性能较好.     

氟化非晶碳基薄膜摩擦学行为对配副材料的依赖性

为了系统研究氟掺杂对非晶碳基薄膜摩擦学行为的影响,以C_2H_2和CF_4为气源,通过等离子体增强化学气相沉积方法制备不同F含量的非晶碳基薄膜.采用XPS、SEM、Raman光谱以及纳米压痕等技术测定薄膜的微观结构、化学组成和力学性能,利用球-盘式往复摩擦试验机评价薄膜与不同配副材料的摩擦磨损性能.结果显示:较低F含量并未显著影响薄膜与强碳黏着对偶Ti、WC和Si_3N_4的摩擦系数;少量F原子掺杂明显增加了薄膜与弱碳黏着对偶ZrO_2和Al_2O_3的摩擦系数;薄膜与GCr15对偶的摩擦系数随F含量增加而明显升高;高F含量导致薄膜与Cu对偶的摩擦系数产生明显波动,而导致薄膜与Al对偶的摩擦系数显著增加;值得注意的是,高F含量薄膜在不同体系中都表现出高摩擦低磨损的特点.高活性F原子与对偶材料的摩擦化学作用能够合理解释不同体系摩擦学行为.     

Mo硫化物/Ti复合薄膜的制备及其环境摩擦磨损性能研究

采用高温硫化处理磁控溅射Mo/Ti金属前驱体薄膜制备Mo硫化物/Ti复合薄膜,采用X射线衍射仪、能谱仪和扫描电子显微镜对复合薄膜的组织结构、化学成分和表面形貌进行分析,采用涂层附着力自动划痕仪和可控气氛球-盘式摩擦磨损试验仪分别测试薄膜与基体的结合力以及摩擦系数,并用扫描电子显微镜观察薄膜的磨损表面形貌,分析其磨损机制.结果表明:硫化温度在450 ℃以上时能够生成较多Mo硫化物,最佳硫化工艺为450 ℃×15 h;提高硫化温度或延长硫化时间均使薄膜的结合力下降;磁控溅射Mo/Ti前驱体复合薄膜经450 ℃×15 h硫化处理后,薄膜中生成复杂的Mo硫化物,形成Mo硫化物/Ti复合薄膜;与纯Mo薄膜硫化后相比,Mo硫化物/Ti复合薄膜具有更高的界面结合力和更优异的摩擦磨损性能.     

CrN基复合薄膜的结构及摩擦磨损性能研究

采用反应磁控溅射法制备了CrN、CrSiN与CrAlN复合薄膜,分析了复合薄膜的微观结构,并考察了3类薄膜的摩擦磨损性能。结果表明：所制备的薄膜晶体结构没有随着Si或Al的加入发生转变,仍然为面心立方结构。CrAlN复合薄膜为合金复合薄膜,其中Al以置换方式固溶于CrN中,取代了一部分Cr原子,形成固溶体;CrSiN复合薄膜为晶态CrN与非晶态Si3N4组成纳米复合结构。复合薄膜结构致密且硬度较CrN大幅提高,在摩擦磨损过程中具有较强的抗形变能力,能够有效阻止裂纹,抗摩擦磨损性能较CrN薄膜均有不同程度的提高。     

C60共聚物旋涂膜的摩擦特性研究

在云母基体上制备了含烷烃链的C60-苯乙烯(C60—PS)和含氟代烃链的C60-全氟代辛硫醇(C60—POTSF)2种C60共聚物旋涂膜，用原子力显微镜观察分析了C60共聚物旋涂膜的表面形貌，利用表面力仪研究了其摩擦力随速度和载荷变化的规律以及不同支链对C60共聚物旋涂膜摩擦性能的影响．结果表明：所制备的C60共聚物分子未发生聚集；当分子量相同时，含氟代烃支链的C60共聚物旋涂膜的摩擦性能优于含烷烃支链C60共聚物旋涂膜；含烷烃支链的C60共聚物旋涂膜的支链越长，其摩擦力越小，摩擦性能越好．     

Cr-Ni-N复合薄膜的制备及其摩擦磨损性能初探

采用多弧离子镀技术在9Cr18钢基体上制备了Cr-Ni-N复合薄膜,初步研究了复合薄膜的制备工艺、结构、摩擦学性能及力学性能.结果表明,所制备的复合薄膜具有纳米尺寸的多相结构;氮气流量对薄膜的相组成有明显影响;复合薄膜的硬度较高,韧性和抗磨性能良好.     

相对湿度对类金刚石薄膜摩擦磨损性能的影响

利用等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅表面制备了含氢类金刚石薄膜,在球-盘摩擦磨损试验机上考察了相对湿度对薄膜摩擦磨损性能的影响,利用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪观察和分析其磨损表面形貌和化学状态的变化情况.结果表明,随着相对湿度增加,DLC薄膜的摩擦系数和磨损率增加.这主要是由于薄膜表面氧化作用所致.     

电化学沉积DLC薄膜的摩擦学性能研究

采用直流电源,以有机溶剂作为碳源,通过电化学沉积方法在单晶硅表面制备了类金刚石碳薄膜．用原子力显微镜、拉曼光谱仪和傅立叶红外光谱仪等表征了薄膜的结构,用DF-PM型动-静摩擦系数精密测定仪考察了薄膜的摩擦学性能．结果表明：电化学沉积含氢类金刚石碳薄膜的硬度较高(约14GPa),薄膜均匀、致密,表面粗糙度小;在室温干摩擦条件下,薄膜同GCrl5钢以及α-Al2O和Si3N4陶瓷对摩时的摩擦系数随载荷增加而略微减小;陶瓷材料／类金刚石碳膜的摩擦系数较低,钢／类金刚石碳膜的摩擦系数较高;类金刚石碳薄膜同Si3N4陶瓷对摩时呈现断裂剥落特征;同GCrl5钢对摩时发生转移并形成转移膜,耐磨寿命缩短．