骨科固定用镍钛形状记忆合金的摩擦磨损性能研究

采用SRV摩擦磨损试验机考察了GCr15钢对常用骨科手术用固定材料--NiTi形状记忆合金在干摩擦及润滑油和人工关节液润滑下的摩擦磨损性能,同时考察了热处理对NiTi形状记忆合金摩擦磨损性能的影响;采用扫描电子显微镜观察NiTi形状记忆合金磨损表面形貌,并利用示差热分析(DSC)确定了NiTi合金的相变温度.结果表明:经过热处理的NiTi合金的形状记忆相变温度与人体体温接近,但热处理使NiTi合金的抗磨性能下降; NiTi合金在摩擦过程中受摩擦热的影响发生相转变,使其抗磨性能提高.相对于医用人工关节润滑液及其它润滑油而言,双酯作为GCr15/NiTi合金的润滑剂表现出更好的减摩和抗磨能力.     

TC4合金及其表面TiCp／Ni基合金激光熔覆层的摩擦磨损性能

利用УТИ TB-100型销-盘式摩擦磨损试验机研究了TC4合金及其表面TiCp／Ni基合金激光熔覆层在大气和真空(真空度10^-5Pa)环境中的干滑动摩擦磨损性能；采用透射电子显微镜分析了激光熔覆层的微观结构；用扫描电子显微镜观察TC4合金和TiCp／Ni基合金激光熔覆层磨损表面及其相应的偶件磨损表面形貌，进而对比分析了试验环境对材料摩擦磨损性能和磨损机理的影响．结果表明，材料在不同环境气氛压力下的摩擦磨损性能明显不同，TC4合金和TiCp／Ni基合金激光熔覆层在真空环境中的摩擦系数均高于在大气环境中的摩擦系数；TC4合金在真空环境中的质量磨损率低于在大气环境中的质量磨损率，TiCp／Ni基合金激光熔覆层在真空环境中的质量磨损率高于在大气环境中的质量磨损率．分析表明，TC4合金在大气环境中同硬质合金对摩时主要呈现氧化磨损特征，在真空环境中主要呈现粘着磨损特征；而TiCp／Ni基合金激光熔覆层在大气环境主要发生磨粒磨损，在真空环境中则发生磨粒磨损和粘着磨损．     

摩擦层的形成对TC4合金磨损性能的影响

采用MG-2000型销盘式高温磨损试验机对TC4合金在环境温度为200、400和600℃,载荷为50~250 N时的磨损性能进行了研究.利用SEM、EDS、XRD以及XPS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:在不同的试验条件下,磨损表面均会形成一层不同于基材的摩擦层.摩擦层的成分及分布形态对TC4合金的磨损性能产生了重要的影响.在200和400℃时,摩擦层分布不均匀且不含或仅含少量的摩擦氧化物,这样的摩擦层对磨损表面不具有保护作用,TC4合金的磨损率随着温度的提高而提高.在600℃时,摩擦层分布均匀,且摩擦层含有较多的Ti O2和Ti O摩擦氧化物,TC4合金的磨损率大幅下降.因此,磨损过程中形成的均匀且含有大量摩擦氧化物的摩擦层极大地改善了TC4合金的磨损性能.     

AlCoCrFeNi高熵合金的高温摩擦磨损性能

AlCoCrFeNi高熵合金因其优异的综合力学性能而有望成为新一代高温结构材料,但对其高温摩擦磨损性能的研究还较为少见.本文中应用放电等离子烧结(SPS)技术制备了AlCoCrFeNi高熵合金,研究了其显微组织和力学性能,系统地考察了其在室温至800℃时的摩擦磨损性能.结果表明:应用SPS技术制备的AlCoCrFeNi高熵合金主要由FCC相、无序BCC相和少量有序BCC相组成;呈网格状分布的FCC相使高熵合金具有良好的塑性和韧性,而呈等轴状分布的BCC相赋予了高熵合金优异的强度;高熵合金室温至800℃时的摩擦系数在0.43~0.51之间,磨损率低于10–5mm3/(N·m).室温至中温阶段主要为磨粒磨损,中温至高温阶段的磨损机制为磨粒磨损、黏着磨损和塑性变形综合作用.高温下高熵合金表面形成了一层主要由为Al2O3和Cr2O3组成的氧化物膜,在一定程度上起到抗磨作用.     

脂润滑条件下激光微精处理零件的抗擦伤性能研究

采用ＳＲＶ试验机和Ｔｉｍｋｅｎ试验机，对脂润滑条件下经激光微精处理的３种铸铁与ＧＣｒ１５钢的抗擦伤性能进行了研究。结果表明：激光微精处理使其抗擦伤性能均大幅度提高，其中合金铸铁经激光微精处理后可在蜗轮摩擦副中代替青铜使用。     

摩擦热对Ti6A14V合金摩擦磨损性能的影响

在高速销-盘式摩擦磨损试验机上考察了Ti6A14V销与GCr15钢盘摩擦副的干滑动摩擦磨损行为，并在线测量了销试样的摩擦接触温度，利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪及透射电子显微镜分别对Ti6A14V摩擦表面和次表层的微观形貌、组织成分、相结构进行研究．结果表明：Ti6A14V的卢相变点温度接近其摩擦系数和磨损率的转折温度；随着摩擦表面温度升高，在Ti6A14V表面依次形成TiO、TiO2和V2O3；温度骤变促使Ti6A14V表层析出纳米颗粒，高的摩擦温度使空气中的氮渗入表层而形成VN．上述结果共同对Ti6A14V／GCr15摩擦副的摩擦磨损行为产生影响．     

离子注入聚酰亚胺的摩擦磨损性能研究

用Ｎ＋和Ｆｅ＋分别对芳香聚酰亚胺薄膜进行了离子注入处理，考察了注入前后聚酰亚胺与５２１００钢对摩时的摩擦磨损性能．结果表明，这２种离子注入都可以降低聚酰亚胺与钢对摩时的摩擦系数和磨损，而且高剂量（１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２量级）离子注入的效果比低剂量（１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２量级）离子注入的好，尤以３×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２的Ｆｅ＋注入改性作用更好     

二烷基二硫代磷酸锌添加剂对油润滑下填充聚四氟乙烯复合材料摩擦磨损性能的影响

利用MM-200型摩擦磨损试验机对比考察了聚四氟乙烯(PTFE)及其铜和镍填充复合材料在干摩擦以及液体石蜡和含商品添加剂二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)的液体石蜡-润滑下同GCr15轴承钢对摩时摩擦磨损性能,采用能量色散X射线显微分析(EDXA)测定了钢环磨损表面S和Zn元素的面分布,进而探讨了ZDDP对液体石蜡减摩抗磨作用的影响.研究表明:液体石蜡及含2%ZDDP的液体石蜡润滑均可大幅度降低摩擦副的摩擦系数,同时可显著降低PTFE-30%Ni复合材料的磨痕宽度,但对PTFE-30%Cu复合材料抗磨性能的影响不大.ZDDP作为添加剂可以有效地提高液体石蜡的抗磨作用,但对其减摩作用几乎无影响;ZDDP作为添加剂在摩擦过程中未发生摩擦化学反应,而是以物理吸附或化学吸附的方式在摩擦副接触表面成膜,从而起到抗磨作用.     

Bi-Pb-Sn-Cd四元合金纳米微粒的制备及其摩擦磨损性能研究

通过直接对Bi-Pb-Sn-Cd四元块状合金进行超声分散制备了相应的四元合金纳米微粒;采用X射线衍射仪和热分析仪分析所制备的纳米微粒结构;采用透射电子显微镜考察了纳米颗粒的形貌及尺寸分布;采用四球摩擦磨损试验机考察了纳米颗粒的摩擦学性能.结果表明,所制备的纳米颗粒为低熔点共晶合金纳米微粒,颗粒平均尺寸在10～20 nm之间,其作为润滑油添加剂表现出良好的摩擦学性能.     

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.     

两种压铸镁合金的微动磨损行为研究

采用液压高精度材料试验机考察了压铸镁合金AZ91D和AM60B在平面-球面接触条件下的微动磨损行为,研究了循环次数、位移幅值、法向载荷和频率等参数对镁合金摩擦磨损性能的影响,分析了其磨斑表面和磨屑的微观形貌,并探讨了其微动磨损机理.结果表明:镁合金AZ91D和AM60B的摩擦系数随着法向载荷的增加而减小,磨损体积损失随频率增加而减小;AZ91D镁合金的抗微动损伤能力优于AM60B镁合金,二者的微动磨损机理相似,其主要磨损形式包括粘着磨损、表面疲劳(脱层)磨损、磨粒磨损以及明显的氧化磨损.     

Si3N4陶瓷与灰铸铁配副的摩擦学性能

在Ｍ－２００磨损试验机上于无润滑、蒸馏水润滑、乳化液润滑和１０＾＃机构油润滑４种条件下，对Ｓｉ３Ｎ４陶瓷分别与灰铸铁ＨＴ和Ｔ８钢配副进行了摩擦损性能的对比试验研究。结果表明：Ｓｉ３Ｎ４陶瓷与灰铸铁ＨＴ配副时的摩擦因数和磨损体积在几种润滑环境中均表现出同样的顺序     

羟基硅酸盐润滑油添加剂对45#钢/球墨铸铁摩擦副摩擦磨损性能的影响

采用MM-200型摩塔磨损试验机考察了45^#钢／球墨铸铁摩擦副在650SN基础油和含羟基硅酸盐矿物复合微粉的650SN基础油(KF-1)润滑下的摩擦磨损性能，结果表明：在650SN基础油润滑下的摩擦系数和磨损率随试验时间增加变化较小；而在KF-1润滑下，试验初期的摩擦系数和磨损率比基础油润滑下的稍大，随着试验时间的延长，相应的摩擦系数和磨损率同基础油润滑下的相比明显降低．磨损表面显微硬度测试结果表明，在KF-1润滑下45^#钢磨损表面形成了多孔摩擦改性层，硬度明显提高，因而摩擦磨损性能显著改善．     

铸铁滑动摩擦副表面温度对其磨损机制的影响

在铸铁摩擦融油润滑和线接触的滑动条件下，测定了试样摩擦磨损表面层的温度及其温度分布梯度，考察了表面层的相变特点、组织结构和表貌特征，并且分析了温度对磨损机制转化的影响。可以将摩擦磨损表面的热效应分为３个区：弱热效应区（对应于塑性流动磨损区）、热效应区（对应于氧化磨损区）和强热效应区（对应于严重磨损区）。在临界载荷前，表面层的γ相含量增加，但一临界载荷时，由于表面层的剥落，γ相的含量明显减少。摩擦磨     

锌基合金焊接区摩擦磨损性能研究

在ＭＭ－２００型摩擦磨损试验机上分别考察了锌基合金熔化焊（ＴＩＧ焊、气焊）焊接区熔敷金属及ＨＡＺ组织模拟试样的摩擦学性能,并用扫描电子微镜对其磨损表面形貌进行了观察和分析。结果表明：与母材相比,锌基合金熔化焊（ＴＩＧ焊、气焊）焊接区的耐磨性均有所提高,随负荷增大,磨损呈上升趋势。在２种不同熔化焊方法中,ＴＩＧ焊焊接区熔敷金属及ＨＡＺ组织模拟试样的耐磨性比气焊对应区域的耐磨性高。     

含硫添加剂润滑下CrMoCu合金铸铁渗硫层的摩擦磨损性能研究

采用低温离子渗硫技术在CrMoCu合金铸铁表面形成厚度约5μm渗硫层,渗硫层表面分布均匀,其相组成主要为FeS．在液体石蜡及含硫添加剂液体石蜡润滑下,对未渗硫及渗硫表面进行摩擦磨损性能对比试验,并对其磨损表面形貌和成分进行分析．结果表明,在高速重载条件下,CrMoCu合金铸铁经表面渗硫后其摩擦系数明显降低,同时降低了材料的粘着倾向,提高了材料的抗擦伤性能,在渗硫层与含硫添加剂协同作用下生成钼的化合物、磷酸盐及硫化物等化学反应膜,使CrMoCu合金铸铁表面具有更加优良的减摩耐磨性能．     

铸造铝青铜合金Cu-14Al-4Fe-Mn的摩擦磨损性能

用往复式摩擦磨损试验机考察了新型高强度、高耐磨性铸造铝青铜合金Cu-14Al-4Fe-Mn(代号HSWAB)的摩擦磨损性能,利用形貌扫描电子显微镜观察分析了合金磨损表面形貌,探讨了其磨损机理.结果表明,HSWAB合金在干摩擦和油润滑条件下的摩擦磨损性能及磨损机理存在明显差异.在干摩擦条件下,合金中脱落的硬质点及氧化物等磨粒导致较为严重的磨粒磨损,摩擦系数高、磨损率大,主要磨损机理为磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损及疲劳磨损.在油润滑条件下,摩擦系数和磨损率均显著降低,疲劳磨损和氧化磨损受到抑制,主要磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损.Cu-14Al-4Fe-Mn合金在油润滑条件下的摩擦系数低达0.08,磨损率低达3.7×10-6g/m,是一种优良的耐磨材料.     

含二烷基二硫代磷酸锌润滑下等离子渗氮钢的摩擦磨损性能研究

本文对比研究了等离子渗氮GCr15钢与GCr15钢基材在含二烷基二硫代磷酸锌（ZDDP）润滑下的摩擦磨损性能.利用脉冲直流等离子渗氮炉对GCr15钢进行离子渗氮处理,采用X射线衍射（XRD）分析了离子渗氮层相组成,测量了渗氮前后的表面硬度值,在四球摩擦磨损试验机上考察了GCr15钢渗氮处理前后在含ZDDP润滑下的摩擦磨损性能,通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱仪（XPS）的分析探讨了摩擦学作用机理.结果表明：离子渗氮处理可以明显提高GCr15钢的表面硬度值,在ZDDP作用下,其减摩性能和抗磨性能都有明显的提高,其中在质量百分数为1.5%的ZDDP润滑作用下具有最优的效果,研究证明这是由于在离子渗氮GCr15钢和未渗氮GCr15钢摩擦表面分别生成了正磷酸盐和焦磷酸盐的摩擦反应膜,并且前者表面的磷酸盐膜总量多于后者,可以有效地隔离摩擦副表面的直接接触.