反应烧结Ti_3SiC_2/TiC复合材料摩擦磨损性能研究

采用无压反应烧结技术制备Ti3SiC2/TiC复合材料,利用XRD-7000型衍射仪、INSTRON-1195型电子万能试验机、JSM-6700F型扫描电子显微镜、HST-100型摩擦磨损试验机对Ti3SiC2/TiC复合材料烧结试样的相组成、抗弯强度、断口显微形貌和载流摩擦磨损性能进行了研究.结果表明:在1550℃下可制备得到均匀致密的Ti3SiC2/TiC复合材料;随着试样中TiC含量的增加,复合材料抗弯强度逐渐增大;当TiC质量分数达到18%左右时,抗弯强度明显增加,摩擦系数趋于稳定,磨损率快速下降;电流强度是Ti3SiC2/TiC复合材料摩擦磨损性能的主要影响因素,随着试验电流强度的增强,摩擦系数和磨损率明显增大;同时在摩擦表面生成一层熔融状氧化膜(非载流:SiO2、TiO2和FeTiO3载流:FeTiO3和Fe2.35Ti0.65O4),主要磨损形式为电弧烧蚀和氧化磨损.     

碳纤维织物增强PES-C/PTFE复合材料的摩擦学性能研究

利用热压成型方法制备了不同PES-C/PTFE含量的碳纤维织物增强复合材料,用LJ-500万能材料试验机和MRH-5A环块试验机分别考察了复合材料的力学性能和摩擦磨损性能,并研究了压制成型温度和等离子处理碳纤维织物对复合材料力学性能的影响.结果表明,碳纤维织物极大提高了PES-C/PTFE树脂弯曲强度,并且有效增加PES-C/PTFE树脂的耐磨性;PES-C/PTFE含量分别为42%和8%的碳纤维织物增强复合材料性力学及摩擦磨损综合性能最好.     

放电等离子快速烧结C/Cu复合材料的组织和摩擦磨损特性研究

利用机械合金化和放电等离子快速烧结法制备C/Cu复合材料,采用X射线衍射仪、显微硬度计、销-盘式摩擦磨损试验机和扫描电子显微镜对复合粉末和烧结体的组织结构、硬度、干摩擦条件下的摩擦磨损性能及其磨损机制进行分析.结果表明:C/Cu复合粉末尺寸随球磨时间的延长明显细化,C在Cu中形成过饱和固溶体;放电等离子烧结体组织致密、细小且均匀,随着碳含量增加,烧结体的硬度与密度减小;相对电解粗铜烧结样品而言,C/Cu复合材料表现出较低的摩擦系数和良好耐磨性,其磨损机制主要为粘着磨损和剥层磨损.     

铜石墨合金材料在载流条件下的摩擦磨损行为研究

采用冷压烧结粉末冶金法,以300 MPa的压力进行初压,在氢气保护气氛下于烧结温度为950 ℃,3 h下烧结,然后冷却至室温后再以300 MPa的压力进行复压制备出铜石墨合金材料.通过电滑动磨损试验及扫描电子显微镜分析等方法研究了铜石墨合金材料的磨损性能,探讨其磨损机制.结果表明:在试验参数范围内,试样的磨损量随着试验载荷、速度及电流密度的增加而增大;在载流条件下电流产生的电弧热是其磨损量增加的主要因素;石墨和铅以单质形式存在有利于摩擦副之间的润滑和提高其耐磨性能;合金的磨损机制主要为磨粒磨损、电侵蚀磨损和黏着磨损.     

NiCrW-Al_2O_3-SrCO_3-Ag金属陶瓷复合材料的高温摩擦学性能研究

采用粉末冶金方法(机械合金化+真空热压烧结)制备了不同SrCO_3和Ag含量的NiCrW-Al_2O_3-SrCO_3-Ag金属陶瓷复合材料,利用UMT-3考察复合材料在室温至1000℃条件下的摩擦磨损性能,利用SEM、EDS、XRD等表征分析其显微组织、物相组成及其磨损机理.结果表明:热压烧结过程中,SrCO_3高温分解,并与Ti_3SiC_2反应生成SrAl_4O_7,同时生成了Cr_2O_3和NiCr_2O_4等新相.分别添加质量分数10%SrCO_3和Ag的复合材料在宽温域内的摩擦磨损性能最优,归因于在中高温阶段复合材料摩擦表面发生摩擦化学反应生成了SrCrO_4和NiO等润滑相,与复合材料中的Ag、NiCr_2O_4等润滑相形成协同润滑,使得复合材料在400~1000℃宽温域范围内具有优异的摩擦磨损性能.     

原位TiC颗粒增强灰铸铁复合材料的组织及其摩擦磨损性能

采用原位反应铸造法制备了TiC颗粒增强灰铸铁复合材料,并考察了复合材料的组织、力学性能和摩擦磨损性能．结果表明：随着合金熔体中Ti含量增加,复合材料中TiC颗粒的数量增加,尺寸减小,而石墨的数量降低,且其形态由片状转化为点状;含有大量TiC颗粒及少量点状石墨的复合材料的力学性能和耐磨性优良,即使在较高载荷下,复合材料中的TiC颗粒和点状石墨仍具有协同减摩抗磨作用,从而使得复合材料的摩擦磨损性能优于普通灰铸铁．     

一种自润滑陶瓷摩擦磨损性能的研究

采用热压成型工艺制备了Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料,测试了其机械性能,并在MRH-3型摩擦磨损试验机上研究了其在室温下的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜观察分析了磨损表面形貌,进而研究了其摩擦磨损机理.结果表明:当CaF2含量为10%时,Al2O3/TiC/CaF2材料具有较好的力学性能;Al2O3/TiC/CaF2材料的摩擦系数随CaF2含量、载荷和速度的增加而降低;Al2O3/TiC/CaF2材料在高速摩擦条件下能够在磨损表面形成一层固体润滑膜,正是由于这层膜的存在使得其在高速、高载荷下具有较低的摩擦系数,而低速下其磨损机理主要是磨粒磨损,很难形成较完整的润滑膜,由于机械应力和热应力的共同作用,自润滑膜在反复摩擦下产生裂纹,从而导致其破坏.     

Ti_3SiC_2的加入对Ag-MoS_2-graphite复合材料力学及摩擦磨损性能的影响

采用热压烧结技术制备了Ag-Mo S2-graphite和Ag-Mo S2-graphite-Ti3Si C2两种银基自润滑复合材料,考察了两种材料的致密度、硬度、弯曲强度及其在不同环境(大气和低真空)中的摩擦磨损性能.结果表明:低润湿性使得Ti3Si C2与基体界面处的孔隙增多,降低了致密度和弯曲强度,但对硬度影响不明显;摩擦过程中Ti3Si C2颗粒易于从基体材料表面剥落,阻碍了润滑膜的形成,造成Ag-Mo S2-graphite-Ti3Si C2复合材料的摩擦系数高于Ag-Mo S2-graphite复合材料;但Ti3Si C2的添加能够明显提高复合材料在大气中的耐磨性能,这主要与摩擦过程中的材料转移和摩擦化学反应有关.     

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.     

热处理对Al2O3f/Mg-9Al-0.5Nd材料力学性能及摩擦磨损特性的影响

采用无压浸渗技术制备了Al2O3f/Mg-9Al-0.5Nd复合材料,研究了热处理对复合材料力学性能和摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌并对其磨损机理进行了分析.结果表明:热处理后复合材料的硬度及耐磨性得到显著提高;铸态复合材料的磨损机制主要表现为磨粒磨损和剥层磨损,热处理后复合材料抗剥层能力增强,磨损机制主要为磨粒磨损.     

316L不锈钢氮离子注入层的高温摩擦磨损特性

考察了316L奥氏体不锈钢高温氮离子注入层的摩擦磨损性能,并分析了其组织结构。结果表明：在相同注入工艺条件下,高温注入后的含氮层深度较常温注入下的提高约10倍;在150～460℃下注入处理时,在距离注入层表面大约40nm深度内的组织结构与注入温度有关,含氮层主要以膨胀奥氏体组织为主;由于膨胀奥氏体、CrN和微晶组织等对含氮层的强化作用,使显微硬度显著提高,摩擦系数明显下降,耐磨性能得到改善;460℃下注入处理后试样的摩擦系数较150℃下处理后的略高,而前者的耐磨性明显较高。     

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.     

TiC／NiCr金属陶瓷复合材料摩擦磨损性能

用粉末冶金法制备不同ＴｉＣ颗粒含量的ＴｉＣ／ＮｉＣｒ金属陶瓷复合材料,讨论了它们的显微组织特点,研究了该复合材料在水润滑条件下的摩擦磨损性能,试验结果表明：随着ＴｉＣ颗粒含量增加,金属陶瓷的耐磨性能明显提高,在本试验条件下,当ＴｉＣ颗粒体积分数为６７％左右时,ＴｉＣ／ＮｉＣｒ金属陶瓷复合材料的耐磨性能最佳;其磨损失效机制主要是在磨损过程中ＴｉＣ颗粒以显微脆断方式剥落产生磨损,磨损表面呈现微切削及显     

原位自生TiC对低合金马氏体钢磨料磨损性能的影响

以新型含TiC马氏体钢Ti60和商用不含碳化物马氏体钢JFE400为研究对象,通过三体磨料磨损试验机研究在纯煤粉和纯煤粉掺杂40%(质量分数)石英砂为磨料下,TiC硬质相对低合金马氏体钢磨料磨损性能的影响及其作用机理. 结果表明:在纯煤粉环境下,Ti60钢的磨损体积大于JFE400钢;但在纯煤粉掺杂40%(质量分数)石英砂环境下,Ti60钢的磨损体积却小于JFE400钢. 根据磨痕表面的形貌,上述结果是由以下几方面综合作用造成的. 首先,两种环境下材料的磨损机制均主要是犁削磨损;其次,煤粉颗粒的层状结构及低硬度的特性,使得TiC硬质相对其犁削行为起不到阻碍作用,而块状结构且具有高硬度的石英砂颗粒的犁削行为则受到TiC硬质相的阻碍. 所以在纯煤环境下,基体硬度较大的JFE400钢,相对于基体硬度较小的Ti60钢,呈现出较优的抗磨料磨损的性能. 而在纯煤粉掺杂40%(质量分数)石英砂环境下,Ti60钢的抗磨粒磨损性能却优于JFE400钢.      

外加极化电位对316L不锈钢微动磨蚀行为的影响

采用球－平面接触微动磨损试验机考察了轧制固溶316L不锈钢在不同极化状态下的微动磨蚀行为。结果表明：在阳极极化状态下,随着极化电位的升高,腐蚀疲劳微断裂作用增强,促进了微动损伤过程的发展;在阴极保护状态下,摩擦系数随微动过程的变化规律及微动损伤形貌与阳极极化态下的存在显著差异,在阴极极化态下,微动磨擦副之间的粘着导致较高的微动摩擦应力状态,但与阳极极化态相比并未产生严重损伤。     

CrN和CrAlN涂层海水环境摩擦学性能研究

采用多弧离子镀在316L不锈钢上沉积CrN和CrAlN涂层.采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描型电子显微镜(SEM)表征涂层的成分和结构,并用纳米压痕和划痕仪测试其硬度和结合力.采用UMT-3往复式摩擦磨损试验机对涂层在海水环境中的摩擦磨损性能进行测试.结果表明:CrN和CrAlN涂层在海水中摩擦系数相差不大,而316L摩擦系数明显大于涂层,且摩擦系数震荡剧烈,表明316L在海水中润滑性较差.涂层在海水中磨损率远小于316L,且CrAlN涂层比CrN涂层在海水环境中具有更优的耐磨性.CrN涂层的磨痕表面出现大量剥落坑,这是由于CrN涂层表面的大颗粒剥落形成的.而CrAlN涂层致密的结构、较为优越的耐蚀性以及摩擦时产生的具有自润滑效果的Al2O3保护层,使其在硬度值较低的情况下仍具有优异的耐磨性.因此海水环境中摩擦性能需综合考虑材料的机械性能、结构、耐蚀性以及耐磨性.     

Fe及SiO2对铜基刹车材料摩擦磨损性能的影响机制

通过加压烧结法制备出铜基粉末冶金航空刹车材料,采用模拟刹车制动试验方法考察了不同转速条件下Fe含量和添加SiO2对材料摩擦磨损性能的影响,利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察材料的显微组织结构及其磨损表面形貌,分析了Fe和SiO2对材料磨损性能的影响机制.结果表明:由于高硬度及耐磨的Fe弥散分布于铜基体中,使得刹车材料的摩擦系数和耐磨性能有所提高;SiO2虽然能够更有效地增加材料的摩擦系数和提高高速条件下的耐磨性,但对低速下材料磨损性能的提高不利.这是由于在低速下,SiO2易凸出摩擦表面而增加材料的磨损,而在高速下由于硬质SiO2颗粒对摩擦膜起到很好的钉扎作用而使其摩擦系数增加,磨损率降低.     

Modeling of the metal powder compaction process using the cap model. Part I. Experimental material characterization and validation

In order to produce crack free metal powder compacts that respect both the dimensional tolerances and the mechanical strength requirements, both tooling design and compaction sequence have to be adequately determined. The finite element method, through the use of an appropriate constitutive model of the powder medium, has recently been used as an efficient design tool. The accuracy of this method highly depends on the faithfulness of the constitutive model and the quality of the material parameter set. Furthermore, in order for the simulation results to be reliable, they should be experimentally validated on real parts featuring density variations. Hence, the main concerns of this paper are the development of a standard calibration procedure for the cap material model as well as the development of a reliable technique for the experimental validation of the powder compaction simulation results.The developed calibration procedure, applied for the case of 316L stainless steel powders, is based on a series of isostatic, triaxial and uniaxial compaction tests as well as resonant frequency tests. In addition, a sensitivity study was performed in order to determine the relative importance of each factor and basic simulations served to validate the parameter set extraction procedure.On the other hand, a local density measurement technique was developed for the experimental validation of the model results. This technique is based on correlation with Vickers macro-hardness. Finally, an application featuring the compaction of a 316L stainless steel cylindrical component is presented to illustrate the predictive capabilities of the cap material model as well as the accuracy of the acquired material parameter set.     

表面机械滚压处理(SMRT)316L不锈钢梯度纳米层在腐蚀介质下的摩擦学行为研究

采用表面机械滚压处理(surface mechanical rolling treatment,SMRT)技术在316L奥氏体不锈钢表面构筑了梯度纳米结构层. 利用透射电子显微镜(TEM)和纳米压痕仪等分析其微观组织、力学性能等基础上,重点探讨了SMRT前后316L在1 mol/L HCl溶液(以纯水环境作为对比组)中的摩擦学行为. 结果表明:经SMRT加工后316L表面梯度纳米晶层厚度达200 μm以上,表面硬化层厚度超过1.5 mm,表面硬度提升至基体近2倍;SMRT大大减缓了材料磨损,与基体试样相比,SMRT试样在腐蚀介质下减摩效果比纯水环境更明显,且在腐蚀环境下表现出优异的耐腐蚀性能,其磨损机制由处理前伴随严重剥落特征的疲劳磨损和磨粒磨损转变为轻微疲劳磨损. 因此,316L不锈钢机械滚压梯度纳米层在腐蚀服役环境下具有较高的潜在工程应用价值.