超弹Ti—Ni合金的摩擦学特性研究

以淬火45#钢为对比材料,研究了2种不同组成的超弹Ti-Ni合金(Ti-56%Ni和Ti-55.8%Ni)在滑动干摩擦条件下同GCr15钢对摩时的摩擦学特性.结果表明:2种超弹Ti-Ni合金的耐磨性能优于淬火45#钢,其中Ti-56%Ni合金的耐磨性稍优于Ti-55.8%Ni合金;在0.84m/s滑动速度下,超弹Ti-Ni合金的磨损体积损失随载荷增大而增大;当载荷为44.5N时,随着滑动速度增加,磨损体积损失先降低,随后又缓慢上升;超弹Ti-Ni合金与GCr15轴承钢对摩时的摩擦系数比同45#钢对摩时的大,其中Ti-56%Ni的摩擦系数比Ti-55.8%Ni的稍大;摩擦过程中高硬度的GCr15钢材料发生向Ti-Ni合金表面的转移.     

摩擦偶件对单晶硅宏观摩擦磨损行为的影响

研究了单晶硅分别与Si3N4、红宝石及GCr15钢对摩时的摩擦磨损性能.结果表明:单晶硅与不同偶件对摩时的摩擦系数均随着滑动速度的提高而降低;在相同试验条件下,单晶硅与GCr15钢对摩时的摩擦系数最高,这主要是由于单晶硅与GCr15钢中的过渡金属元素Fe具有很强的化学亲合势所致;而单晶硅与红宝石对摩时的磨损体积损失最大,与GCr15钢对摩时的磨损体积损失最小;低速下Si3N4和红宝石陶瓷偶件与单晶硅对摩时磨损表面存在大量的微断裂,随着滑动速度的增加其磨损表面逐渐变得较为光滑;GCr15钢与单晶硅对摩初期向单晶硅表面转移,在随后的摩擦过程中转移层因磨损而被去除,故单晶硅/GCr15钢磨损表面比其他2种摩擦副的磨损表面光滑.     

两种热作模具钢高温耐磨性对比研究

在UMT-3高温摩擦磨损试验机上对两种热作模具钢的高温摩擦磨损特征进行了研究,通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等检测手段对磨损表面和截面的形貌特征及物相进行分析.试验结果表明:SDCMSS钢有较H13钢高的高温耐磨性.在试验温度范围,SDCM-SS钢摩擦系数和磨损率要小于H13钢.SDCM-SS钢在400~700℃发生轻微氧化磨损机制;H13钢在400~500℃发生轻微氧化磨损机制,600和700℃发生严重氧化磨损机制.SDCM-SS钢高氧化性和高热稳定性能使新型模具钢具有较H13钢更宽的轻微氧化磨损温度区间,从而具有好的高温耐磨性能.700℃时,SDCM-SS钢的碳化物在摩擦过程中会聚集在摩擦氧化物层与基体交界面形成碳化物层.此碳化物层有益于提高热作模具钢的高温耐磨性.     

NiAl-TiO_2/Bi_2O_3纳米复合涂层制备及宽温域摩擦磨损性能

采用等离子喷涂(APS)技术制备NiAl-TiO_2/Bi_2O_3纳米复合涂层,通过高能球磨及喷雾造粒制备TiO_2/Bi_2O_3纳米复合喂料,考察纳米结构TiO_2/Bi_2O_3的不同配比对复合涂层显微结构、力学及摩擦磨损性能的影响.结果表明:复合涂层组织致密,各相分布均匀,采用TiO_2/Bi_2O_3纳米复合喂料使涂层呈现出典型的双态区域,涂层结合强度均高于40 MPa.单纯TiO_2纳米喂料制备的复合涂层中低温摩擦磨损性能较差,TiO_2/Bi_2O_3的复配改善了涂层中低温的塑性和摩擦学性能,并提高了涂层的高温润滑性能,其复合涂层磨损率均低于7×10-5 mm~3/(N·m),摩擦系数在800℃时可低至0.1左右,但过高的Bi_2O_3含量会导致涂层硬度降低,磨损率增加.高温摩擦促进了Bi_4Ti_3O_(12)、NiTiO_3等三元氧化物润滑相的生成,其与TiO_2、NiO在磨损表面形成光滑连续的摩擦层使涂层具有优异的高温摩擦学性能.     

TC4合金干滑动磨损性能的研究

在MG-2000销盘式磨损试验机上考察了TC4/GCr15摩擦体系中,TC4合金的磨损行为.利用SEM、XRD对合金磨面、剖面形貌及结构进行观察与分析,利用HVS-1000显微硬度计测试磨面至心部的硬度,利用激光共聚焦显微镜测试和观察磨面的粗糙度及三维形貌.结果表明:TC4合金的磨面形成了摩擦层,其分为有氧化物摩擦层和无氧化物摩擦层,无氧化物摩擦层对磨面无保护作用,合金磨损率较高;有氧化物摩擦层对磨面具有保护作用.在600°C,摩擦层中含有大量摩擦氧化物,对磨面具有最佳的保护作用,合金磨损率最低,TC4合金具有优异的高温磨损性能.磨面粗糙度和摩擦层中的氧化物数量密切相关,在600°C,磨面被大量光滑氧化物所覆盖,磨面粗糙度最低,略高于磨损前的表面粗糙度.     

钢的高温氧化磨损及氧化物膜的研究

研究了Cr-Mo-V铸钢高温磨损过程中氧化物膜的形态和剥落方式,并探讨了磨损机理.研究结果表明:400 ℃高温磨损经短时间内形成一层致密的Fe3O4和Fe2O3的氧化物膜,避免了钢与钢的直接接触,降低了磨损.同时,脆性氧化物膜发生疲劳剥落,导致磨损.磨损率取决于氧化物膜的剥落方式,在氧化膜内部剥落及氧化物与基体界面处剥落,属于正常的轻微氧化磨损,磨损率较低;从基体内部开裂剥落,属严重磨损,磨损率高.     

MoS2-Zr复合涂层形貌、结构及摩擦磨损性能研究

采用中频磁控溅射和多弧离子镀相结合的工艺在硬质合金YT15刀片表面制备了MoS2-Zr复合涂层,考察了其形貌、结构和摩擦磨损性能,分析了复合涂层的减摩机理.结果表明,与纯MoS2涂层相比,MoS2-Zr复合涂层的硬度和与基体之间的结合力获得显著提高(纯MoS2涂层的硬度约为4.0 GPa,与基体之间的结合力约为49 N;MdS2-Zr复合涂层的硬度约为10.7 GPa,与基体之间的结合力约为55 N).与45#钢的对摩试验结果表明,MoS2-Zr复合涂层的摩擦系数和磨损率均小于纯MoS2涂层的摩擦系数和磨损率.MoS2-Zr复合涂层与对摩材料之间所形成的转移润滑膜是影响摩擦过程中的摩擦系数的关键因素之一.由于摩擦副间转移膜的存在,涂层和对摩材料的摩擦转变为涂层和转移膜之间的摩擦,从而降低了摩擦系数,提高了材料的耐磨损性能.     

磨盘材料和温度对TC11合金磨损行为的影响

对TC11合金与两种不同硬度的GCr15和W6Mo5Cr4V2在25、400和600℃对摩时的磨损行为进行了研究.利用SEM、EDS以及XRD等对试样磨面和剖面的形貌、成分及结构进行了观察与分析.结果表明:TC11合金与三种不同硬度的磨盘对摩后,在25℃,磨损率均随载荷的增加而增加,且磨损率较高,磨损表面呈现黏着和犁沟特征,磨损机理为黏着磨损与磨粒磨损;在400℃,合金与低硬度GCr15对摩时,磨损表面被黑色光滑氧化物所覆盖,磨损机理为氧化轻微磨损;与高硬度GCr15对摩时,在50和150 N,磨损表面呈现黑色光滑氧化物和犁沟特征,磨损机理为氧化轻微磨损和磨粒磨损;在250 N,磨损机理为黏着磨损与磨粒磨损;与W6Mo5Cr4V2对摩时,磨损表面呈现犁沟特征,磨损机理为磨粒磨损;在600℃,TC11合金的磨损率均较低,且与两种不同硬度GCr15对摩后的磨损率均低于与W6Mo5Cr4V2对摩的磨损率,磨损机理均为氧化轻微磨损.在25和600℃,磨盘材料对合金的磨损率具有不同的影响,但不影响合金的磨损机理;在400℃,磨盘材料既影响磨损率也影响磨损机理.     

SiC和石墨混杂增强铜基复合材料的高温摩擦磨损特性研究

采用MMU-5G型端面摩擦磨损试验机研究了SiC和石墨颗粒混杂增强铜基复合材料在250～400 ℃与GCr15钢对摩时的高温摩擦磨损特性,并与SiC/Cu复合材料进行对比分析.结果表明:加入石墨颗粒可以降低复合材料和偶件GCr15钢的磨损率,获得低而稳定的摩擦系数;同时,有效防止高温条件下严重粘着转移现象的发生,使得在400 ℃下混杂复合材料仍具有较低的磨损率.这是由于在混杂增强铜基复合材料的高温磨损表面上通过"磨屑机械混合→热压"的机制形成了连续的富石墨机械混合层,而对磨损表面起到良好的固体润滑作用,使得SiC和石墨混杂增强铜基复合材料具有良好的高温摩擦磨损特性.     

原位内生NiAl-Al2O3-TiC的高温磨损特性

采用滑动磨损试验方法研究了原位内生NiAl-Al2O3-TiC与SiC陶瓷盘配副在600℃～900℃下的摩擦磨损特性.结果表明：在700℃～900℃范围内,NiAl-Al2O3-TiC表现出优异的自润滑性能,摩擦系数和磨损率均低于Ni基高温合金K44;600℃的摩擦系数和磨损率高于K44.产生自润滑性能的原因主要是由于磨损表面生成了由纳米氧化物构成的1～2μm保护层,该保护层具有自润滑性能,并部分地转移到对摩副表面,消除了NiAl-Al2O3-TiC与SiC之间的直接磨损.保护层的形成机制是氧化物颗粒的微区热压烧结.NiAl-Al2O3-TiC对保护层起到传递应力和支撑作用,随着试验温度的升高,NiAl-Al2O3-TiC强度和硬度的降低导致保护层的开裂和脱落.     

Ti3SiC2、不锈钢和NiCr合金在人工海水中的摩擦学性能

在SRV-1型摩擦磨损试验机上考察了Ti3SiC2、NiCr合金和不锈钢在干摩擦、蒸馏水和人工海水中的摩擦磨损性能,并用扫描电镜(SEM-EDS)及光电子能谱(XPS)对磨痕形貌及成分进行分析.结果表明:Ti3SiC2/Al2O3摩擦副的摩擦系数对摩擦条件变化不敏感,在液体介质中磨损稍有降低.3种摩擦条件下存在机械磨损和摩擦氧化磨损竞争,但机械磨损始终为主要磨损机制,因此摩擦和磨损较大.不锈钢/Al2O3和NiCr合金/Al2O3两摩擦副对摩擦条件变化较敏感,摩擦系数和磨损率在于摩擦、蒸馏水和海水中依次降低,其中NiCr合金降低幅度最大.干摩擦条件下两者以机械磨损为主要磨损机制,表现为黏着磨损和材料转移;蒸馏水中机械磨损和摩擦氧化磨损并存;海水中以腐蚀磨损为主导,腐蚀产物FeCl2、CrCl3或CrO22-或CrO2-等具有减摩抗磨作用.     

不同配副下ZrB2-SiC复相陶瓷的摩擦学性能

以微米级ZrB_2和SiC粉末为原料,采用热压烧结制备ZrB_2-SiC复相陶瓷,考察了SiC含量,摩擦对偶,速度和载荷对ZrB_2-SiC复相陶瓷摩擦磨损特性的影响.结果表明:ZrB_2-SiC复相陶瓷的摩擦系数和磨损率对SiC含量和摩擦对偶的变化较为敏感,速度和载荷变化,摩擦系数和磨损率的波动较大;以WC为对偶,速度0.1 m/s,载荷5 N时的ZrB_2-SiC复相陶瓷的平均摩擦系数和磨损率分别仅为0.4和2.41×10–4 mm3/(N·m).ZrB_2-SiC复相陶瓷的磨损机制以机械磨损为主,伴有轻微摩擦氧化,摩擦层的形成有利于摩擦系数的减小.     

Fe_3Al/WS_2复合材料的真空摩擦学性能研究

采用热压烧结的方法制备了添加WS2质量百分数为10%、20%和30%的Fe-28Al-5Cr基复合材料,通过XRD和SEM等手段分析了样品的相组成和组织结构.利用自制的真空摩擦试验机测试了样品在4×10-4Pa真空下的摩擦学性能.研究结果显示:通过与WS2的复合能够显著降低Fe3Al基金属间化合物在真空条件下的摩擦系数,但三种不同WS2含量复合材料的摩擦系数差别不大.随着WS2含量增加,复合材料的磨损率逐渐降低,特别是30%复合材料的磨损率较纯Fe-28Al-5Cr的磨损率低约1个数量级.滑动速度和载荷对三种材料的摩擦系数和磨损率均有一定的影响.纯Fe3Al的磨损表面较为粗糙,出现严重的剥落坑和剥落痕迹,磨损机理为严重的疲劳磨损.添加质量百分数为10%WS2的复合材料的磨损机理为磨粒磨损和疲劳磨损;添加WS2质量百分数为20%和30%的复合材料,其磨损表面相对较为光滑平整,磨损机理为轻微剥落.因此,在复合材料制备中添加WS2能够显著提高Fe3Al金属间化合物的真空摩擦学性能.     

Fe-Si-Cr-Al四元系Fe_3Si基合金在水润滑条件下的摩擦学性能

利用Optimal SRV摩擦磨损试验机考察了Fe65Si25Cr5Al5、Fe70Si20Cr5Al5、Fe75Si15Cr5Al5和Fe80Si10Cr5Al5等几种Fe-Si-Cr-Al四元系Fe3Si与Si3N4配副时在水润滑条件下摩擦学性能.结果表明:Fe65Si25Cr5Al5和Fe70Si20Cr5Al5的磨损率低于纯Fe3Si和AISI 304不锈钢,同样,与这两种材料配副的Si3N4对偶材料磨损率也相对较低;Fe75Si15Cr5Al5和Fe80Si10Cr5Al5的磨损率则高于Fe3Si和AISI 304不锈钢.Fe70Si20Cr5Al5中Cr元素的化学活性高于其中Al元素的化学活性,材料表面富集的Cr2O3有效阻碍了Si3N4与水的摩擦化学反应,从而使Fe70Si20Cr5Al5在水环境中的摩擦学性能Fe3Si显著提高,在载荷分别为30、50、70和90 N条件下,Fe70Si20Cr5Al5比Fe3Si的磨损率分别降低了15.5%、20.2%、31.8%和38.2%;对偶材料Si3N4的磨损率则分别降低了67.9%、36.9%、46.6%和50.6%.     

AlCoCrFeNiCu高熵合金在过氧化氢介质中的摩擦磨损性能

利用环-块摩擦磨损试验机研究了A lCoCrFeN iCu高熵合金/GCr15摩擦副在质量百分数为30%、60%、90%H2O2介质及去离子水中,于3种速度下的摩擦磨损行为,利用XRD和SEM研究了高熵合金的相结构和显微组织,并对摩擦磨损前后的表面形貌进行了分析.试验发现：高熵合金与GCr15摩擦副的摩擦系数和磨损量均随H2O2浓度的升高而减小,且高熵合金在H2O2介质中的磨损量远小于纯水中的磨损量.高熵合金在去离子水中以严重的黏着磨损为主,在30%和60%H2O2介质中,高熵合金的磨损机制转变为氧化磨损、磨粒磨损和黏着磨损的综合作用,在高浓度H2O2（90%）中,由于生成的氧化膜较稳定,使得高熵合金的磨损表面仅有很浅的犁沟,磨损程度明显降低.     

30CrMnSiNi2A钢干滑动摩擦磨损特性研究

利用销盘高速干滑动摩擦磨损试验机,对30Cr Mn Si Ni2A低合金超高强度钢的摩擦磨损性能进行了研究,应用JSM-6390A型扫描电子显微镜和X-衍射方法对摩擦磨损表面进行观察,表征其摩擦表面的微观形貌、摩擦磨损产生的磨屑以及由于摩擦产热而引起的氧化物,进而推断出磨损机制.结果表明:摩擦系数随速度和载荷的增大而减少,其速度是影响摩擦系数的主要因素;在摩擦初期当摩擦系数快速下降时,摩擦表面温度急剧增加,当达到一定数值后二者都形成一个动态的平衡;随着速度和载荷增大,磨损机理主要由氧化磨损转变为剥落、塑性变形、犁沟以及黏着磨损,且磨损表层的氧化物由Fe O转变为Fe_3O_4和Fe_2O_3,当出现Fe_2O_3氧化物时,磨损率急剧升高.     

激光熔覆原位制备Ti3Al金属间化合物涂层结构及摩擦学性能

利用激光熔覆原位合成技术在纯钛表面制备了Ti3Al金属间化合物涂层.用X射线衍射仪、扫描电镜和高分辨透射电镜分析了涂层的组成和组织结构.在UMT-2MT摩擦磨损试验机上对Ti3Al金属间化合物涂层在不同载荷和不同滑动速度下的摩擦磨损性能进行了测试.结果表明:Ti3Al金属间化合物涂层的主要组成物相为Ti3Al,涂层与基材冶金结合,涂层显微组织结构主要为树枝状晶,涂层的平均显微硬度约为HV0.2530,涂层的摩擦系数随载荷和滑动速度的增加而减小,磨损体积随载荷和滑动速度的增加而增加.Ti3Al金属间化合物涂层相对于钛基材耐磨性能显著提高.     

Ag-Cu-MoS2复合材料的真空载流磨损性能

采用粉末冶金方法制备了含有不同Cu质量分数(2%~4%)的Ag-Cu-MoS_2复合材料,并对其力学性能、电学性能和真空载流磨损性能进行了研究.结果表明:较高Cu质量分数的Ag-Cu-MoS_2复合材料表现出较高的硬度和抗弯强度;中等Cu质量分数(2.5%和3%)的Ag-Cu-MoS_2复合材料电刷表现出较低的电压降和电噪声;滑动速度的增加会降低材料间的接触稳定性,进而导致较高的电压降和较大的电噪声.在真空载流条件下与Ag合金盘滑动摩擦过程,不同Cu质量分数的Ag-Cu-MoS_2复合材料电刷均表现出较低的磨损,其磨损率在1×10~(–14)m~3/(N·m)~2.5×10~(–14)m~3/(N·m)范围,其磨损机理主要为疲劳磨损以及黏着磨损.     

反应烧结Ti3SiC2材料的载流摩擦磨损性能

采用HST-100型摩擦磨损试验机,研究了载流条件下法向载荷和电流对Ti3SiC2材料摩擦磨损性能的影响,同时借助JSM-6700F型扫描电子显微镜研究了Ti3SiC2材料的磨损机理.结果表明:当电流为0 A时,Ti3SiC2材料磨损主要以机械磨损为主,随着载荷的增加,摩擦系数逐渐减小,在120 N时达到最小值0.32.在载流条件下,Ti3SiC2材料磨损主要以电弧烧蚀和机械磨损为主,随法向载荷的增加摩擦率逐渐减小,在120 N时磨损率接近于非载流条件下单纯的机械磨损量2.2×10-6mm3/(N.m).在高载荷和不同电流条件下,Ti3SiC2材料均表现出良好的载流摩擦磨损性能.     

高温润滑脂中WS_2亚微米粒子的摩擦学性能研究

以新型润滑材料WS2亚微米粒子作为高温润滑脂添加剂,对其在高温润滑脂中于不同温度下所起的抗磨、减摩、抗极压等摩擦学性能进行了研究,并用电子探针显微镜和俄歇电子能谱仪分析了钢球磨斑表面形貌与表面典型元素的面分布和深度分布.结果表明:在不同温度尤其高温下,WS2亚微米粒子能显著提高润滑脂的摩擦学性能;在摩擦过程中,WS2亚微米粒子在摩擦副表面形成WS2吸附膜和含Fe、S的化学反应膜来有效减少摩擦磨损,增强润滑脂的抗磨、减摩和极压性能,从而更好地保护摩擦表面.