TC4合金微弧氧化膜的摩擦磨损性能及其失效机理研究

采用微弧氧化(PEO)技术在TC4合金(Ti6Al4V钛合金)表面制备了微弧氧化耐磨陶瓷膜层. 利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和摩擦试验机分析测试了微弧氧化膜的结构与组成,考察了膜层在干摩擦和油润滑条件下的摩擦磨损性能及其磨损失效机理. 结果表明:基底材料的氧化和电解液化合物的沉积均对微弧氧化膜层的生长起重要作用;微弧氧化有效提高了材料的耐磨性,降低了材料在油润滑条件下的摩擦系数;在干摩擦条件下,摩擦力较大,剪切应力是导致膜层失效的主要因素,在油润滑环境中,压应力是导致膜层失效的主要因素;对微弧氧化膜层进行有效润滑可以极大地提高膜层的使用寿命.      

碳钢表面微弧氧化膜的制备及摩擦磨损性能研究

在碳钢表面利用微弧氧化技术分别在以铝酸盐和硅酸盐为主的电解液体系中制备了氧化膜.用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)研究了两种氧化膜的结构、元素含量及分布和相组成;用往复摩擦试验机评价了氧化膜的摩擦磨损性能,并对膜层和对偶表面的磨痕进行了表征.结果表明:铝酸盐体系中制得的微弧氧化膜主要由Fe3O4和铁铝尖晶石(Fe Al2O4)组成,而硅酸盐体系制得的微弧氧化膜成膜元素为Fe、Si和O,并且以非晶态存在.干摩擦条件下,铝酸盐体系中制备的微弧氧化膜具有比硅酸盐体系中制备的微弧氧化膜更低的摩擦系数和磨损率,这是由于铝酸盐中制备的氧化膜含有的Fe3O4在摩擦过程中向对偶发生了一定程度的转移,起到了减摩抗磨的作用.     

微弧氧化陶瓷层对AZ31合金板料渐进成形的影响

利用数控试验机床(CNC)和微弧氧化处理技术,对AZ31镁合金板材热渐进成形和多孔陶瓷层润滑机理进行了研究.结果表明:镁合金表面微弧氧化多孔陶瓷层吸附固体二硫化钼颗粒,形成多孔陶瓷-二硫化钼润滑膜.在摩擦初始阶段,多孔陶瓷固体MoS ₂润滑膜的室温摩擦系数约为0.08,满足镁合金板材热渐进成形润滑和减摩条件.多孔陶瓷层为固体Mo S ₂润滑剂提供了良好润滑平台,加工件内表面光滑,且没有任何缺陷.由于陶瓷层孔中吸附大量固体Mo S ₂粉末,所研究的润滑陶瓷层在渐进成形中具有自润滑作用.与无微弧氧化处理相比,多孔陶瓷润滑层具有更好的润滑效果.     

TC4(Ti-6Al-4V)氧化膜在生理介质中的摩擦电化学行为

应用阳极氧化和微弧氧化的方法分别制作了TC4(Ti-6Al-4V)表面氧化膜,分别在0.9% NaCl溶液和模拟人工体液中以PTFE盘作摩擦偶件,在圆平动盘销式摩擦磨损试验机进行摩擦电化学试验,获得了对应的摩擦系数,采用三电极体系得到摩擦电化学特性曲线.结果表明,静态时微弧氧化膜耐蚀性比阳极氧化膜提高了近2个数量级;与基体相比,TC4的阳极氧化膜的耐蚀性增强,摩擦系数降低,处理电压越高,摩擦系数越小;虽然TC4的微弧氧化膜的耐腐蚀性能均较阳极氧化膜有大幅度提高,但摩擦系数均较未处理的TC4的摩擦系数大,其中处理时间为20min的微弧氧化膜表现出良好的耐蚀和摩擦性能,通过对磨损试件的SEM形貌对比解释了微弧氧化膜摩擦系数较大的原因,这与膜层表面粗糙度和微孔孔径大小有关.     

聚四氟乙烯对齿轮润滑成膜膏润滑性能的影响

作者以聚四氟乙烯(PTFE)为固体润滑剂填料对GM型齿轮润滑成膜膏进行了改进,并且研制出了两种新的成膜膏系列产品。经四球试验机、动静摩擦系数精密测定仪和SRV试验机评价的结果表明,添加PTFE的GM-2型成膜膏的承载能力和减磨性能都明显地比未添加的好;以PTFE为主要固体润滑剂填料的GM-3和MFC-1型两种润滑成膜膏也都具有良好的润滑性能,其中后者的性能与含PTFE的GM-2型成膜膏的接近。通过对摩擦轨迹的电子探针检测发现,PTFE在摩擦过程中于摩擦表面形成了转移膜,因而改善了润滑成膜膏的摩擦学性能。     

Ti-6Al-4V微弧氧化陶瓷膜的微观结构及摩擦磨损性能研究

在NaAlO2和Na3PO4混合电解液中,利用微弧氧化技术在Ti-6Al-4V表面制备了氧化物陶瓷膜.用扫描电子显微镜、X射线衍射仪及显微硬度仪分别对微弧氧化膜的微观结构、相组成及其断面硬度进行分析,并对氧化膜致密层的摩擦磨损性能进行研究.结果表明:氧化膜表面呈现出多孔结构,氧化膜疏松层与致密层无明显界限,氧化膜与基底以犬牙交错形式结合;氧化膜主要由TiAl2O5和TiO2相组成,还含有少量AlPO4相和Al2O3相,氧化膜疏松层中TiAl2O5相的含量明显高于致密层;氧化膜内距Ti-6Al-4V基底约21 μm处的硬度存在最大值,两侧硬度降低;微弧氧化膜与Si3N4球对摩时具有较高的摩擦系数,磨损率比Ti-6Al-4V降低2个数量级,说明氧化膜致密层具有良好的耐磨性能,其磨损机制为微区脆性断裂.     

有限氧化物粉末润滑下Ti_3SiC_2自配副在空气中的摩擦系数-温度特性

以传统固体润滑剂石墨和MoS2为基准,考察了PbO、ZnO、NiO和TiO2等氧化物粉末有限润滑下Ti3SiC2自配副在空气中从室温到800℃的摩擦系数-温度特性.结果表明:石墨和MoS2可大幅降低Ti3SiC2自配副的摩擦系数,但石墨的使用温度范围较窄且最高使用温度较低(200℃以下);MoS2使用温度虽较宽,但在500℃以上会发生氧化失效.与石墨和二硫化钼的摩擦系数相比,虽然氧化物粉末的润滑性较差,但在不同温度范围具有固体润滑作用.从室温至600℃范围内PbO粉末润滑性最好;700℃以上,TiO2和NiO具有一定减摩作用.石墨、MoS2和氧化物粉末的润滑机理与粉末的成膜性、膜的剪切和膜的化学稳定性有关.     

石墨对聚四氟乙烯镶嵌轴承摩擦学性能的影响

作者利用端面摩擦试验机考察了几种石墨与聚四氟乙烯复合固体润滑剂镶嵌锡青铜材料的摩擦磨损性能，发现石墨的添加不仅可以提高聚四氟乙烯镶嵌铀承的耐磨性，而且还可以降低和稳定摩擦系数。通过Ｘ射线衍射、Ｘ射线光电子能谱和电子探针等对摩擦表面转移膜的化学组成和主要元素含量的变化及表面形貌的分析观察，作者认为石墨的减摩作用是其促进聚四氟乙烯向摩擦表面转移并使之在轴承表面形成均匀覆盖的固体润滑剂转移膜，从而有效地     

油溶性有机钼添加剂作用下微弧氧化改性TC4钛合金的摩擦学性能

借助微弧氧化技术在TC4钛合金表面构筑了高硬度氧化物薄膜,利用X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM)及拉曼光谱等手段对膜层结构进行了分析,考察了二烷基二硫代氨基甲酸钼(MoDTC)作为聚α烯烃PAO6润滑添加剂对微弧氧化薄膜的摩擦学性能的影响. 结果表明:经过微弧氧化处理后得到的钛合金试样展现了优异的减摩抗磨性能,与未处理的TC4样品相比,在含质量分数为2% MoDTC的PAO6油润滑下,摩擦系数降低了87.4%,磨损率下降了3个数量级. 这主要是因为经微弧氧化处理后,TC4钛合金表面形成的TiO₂薄膜具有较高硬度与耐磨性,同时促进了MoDTC添加剂在边界润滑条件下的摩擦化学反应,在接触区表面生成含有MoS₂的润滑层.      

钢-聚四氟乙烯摩擦界面的摩擦起电行为

作为界面摩擦中普遍存在的一种物理现象,摩擦起电由于其对摩擦界面的高度灵敏性而被广泛研究. 以钢-聚四氟乙烯(PTFE)为研究对象,通过采集摩擦过程中的摩擦系数、钢球的接地电流以及PTFE的表面电势,对其摩擦界面的起电行为进行了详细研究. 三种信号的波动幅值呈正相关性,反映了摩擦-摩擦起电的内在联系. 在钢-PTFE的摩擦过程中,材料的转移诱导使得PTFE的表面电势在达到饱和值后会反向演化. 利用钢-PTFE摩擦副进入稳定摩擦阶段的时间与摩擦电势的反向演化时间的关联性设计钢-PTFE或其他金属-聚合物摩擦副的摩擦状态监测系统,对实现机械运动过程中的摩擦副运动原位监测和故障预警具有重要价值.      

含二硫化钼、石墨和三氧化二锑的水性环氧树脂粘结固体润滑涂层的摩擦磨损性能

以水作为分散介质,制备了含MoS2、石墨和Sb2O3等组分的水性环氧树脂粘结固体润滑涂层;其具有价格低廉、无毒、不燃等优点,并且不含挥发性有机化合物（VOC）,是一类具有很好发展前景的环保型固体润滑涂层。采用MFT-R 4000型往复摩擦磨损试验机考察了所制备的水性环氧树脂粘结固体润滑涂层的摩擦磨损性能;利用扫描电镜和X射线光电子能谱仪分析了涂层磨损表面和转移膜的形貌,以及涂层磨损表面典型元素的化学状态,进而探讨了其润滑失效机理。结果表明：所制备的水性环氧树脂粘结固体润滑涂层具有良好的减摩抗磨性能;Sb2O3与MoS2之间,以及石墨与MoS2之间具有一定的协同减摩抗磨作用。相应的协同减摩抗磨作用分别源于机械相互作用以及水蒸气吸附导致的石墨层间吸引力减弱;而涂层发生润滑失效的主要原因为疲劳磨损和微断裂。     

石墨烯环氧涂层的耐磨耐蚀性能研究

将石墨烯水分散液添加到双组份水性环氧树脂中制备石墨烯固体润滑涂层,采用交流阻抗谱和动电位极化曲线研究了涂层在模拟海水(3.5%Na Cl溶液)中的电化学腐蚀行为和失效过程;采用UMT-3摩擦磨损试验机评价了三种石墨烯基环氧涂层在干摩擦和海水环境条件下的滑动摩擦磨损行为,并分析了其磨痕形貌和磨损机理.结果表明:石墨烯可以明显提高水性环氧的涂层电阻和电荷转移电阻,并降低环氧涂层在干燥条件与海水环境的摩擦系数和磨损率;石墨烯环氧涂层的摩擦系数和磨损率在海水环境中均比干摩擦低.     

多孔性镍基石墨复合电镀层的摩擦学特性研究

作者在对石墨粒子以表面活性剂进行润湿处理后,利用电镀的方法制取了多孔性Ni-石墨复合镀层。该镀层的孔隙率高且分布均匀,容易被油润湿,故其润滑性能良好。本文比较详细地研究了这种镀层的摩擦学特性,并以电感耦合等离子体发射光谱法研究了电解液中石墨粒子的吸附特性,且以X-射线透反射法证明了石墨粒子在镀层中具有择优取向性,同时讨论了镀层的表面及断面形貌。文章还对镀层的形成过程进行了理论分析与探讨。     

不同固体润滑下人字闸门底枢摩擦特性的销盘试验研究

人字闸门底枢长期在水下的低速重载下运行,易出现由磨损导致的故障,为此,三峡五级船闸的闸门已采用油脂和固体润滑剂混合润滑方式以减少摩擦磨损. 为了研究石墨、二硫化钼和聚四氟乙烯固体粉末对底枢摩擦副材料(45钢和锡青铜)摩擦学性能的影响,以三峡人字闸门底枢为研究对象,依据计算结果设计销/盘配对副面结构,在MMW-1A立式万能摩擦磨损试验机上开展磨损试验研究,并结合表面三维形貌测试和铁谱测试对摩擦磨损结果进行分析,结果表明:在试验条件下,聚四氟乙烯的摩擦系数最小,石墨次之,二硫化钼的摩擦系数最大;磨损量从小到大依次为石墨、聚四氟乙烯和二硫化钼;石墨润滑条件下磨损形式仅为单一的黏着磨损,二硫化钼和聚四氟乙烯润滑条件下磨损形式为黏着磨损和疲劳磨损,且石墨润滑产生的磨粒粒径要小于二硫化钼和聚四氟乙烯润滑产生的磨粒粒径,综上认为石墨是三者中性质较优的固体润滑剂. 在此基础上开展了石墨润滑下的13 h连续磨损试验,得到其摩擦系数和磨损量的变化规律,为人字闸门底枢摩擦副的固体润滑设计提供理论依据.      

镶嵌用固体润滑剂对锡青铜轴承摩擦学性能影响的研究

用端面摩擦试验机考察了几种镶嵌用固体润滑剂及添加剂在常温条件下对锡青铜轴承摩擦磨损性能的影响,并用X-射线衍射法、俄歇电子能谱法分析了摩擦表面转移膜的化学组成和结合情况。结果表明,几种固体润滑剂的嵌入均可提高轴承的耐磨性,并对减小摩擦系数有一定的作用;摩擦表面固体润滑剂转移膜的形成能够有效地减少摩擦副表面间的粘着现象,是改善轴承摩擦磨损性能的主要原因。     

氮化硼/超支化聚硅氧烷-聚酰亚胺粘结固体润滑涂层的性能

通过“一步法”设计制备了端氨基超支化聚硅氧烷(HBPSi-NH₂)-聚酰胺酸(PAA)粘结剂(HBPSi-PAA),然后利用喷涂法将其与固体润滑剂聚多巴胺包覆的球磨剥离六方氮化硼(PDA@exf-h-BN)纳米片喷涂在马口铁表面,经固化后制备出PDA@exf-h-BN/HBPSi-PI粘结固体润滑涂层. 采用MMUD-1B型摩擦磨损试验机和SDTA 85热失重分析仪分别对涂层的摩擦学性能和热性能进行了研究,并对其摩擦机理进行了初步探讨. 结果表明:当HBPSi-NH₂和PDA@exf-h-BN的引入量分别为10.0%(质量分数)和12.0%(质量分数)时,粘结固体润滑涂层的摩擦系数稳定在0.12,相比纯PI涂层降低了约65.7%,耐磨寿命可达60 min,并且初始分解温度从319.8 ℃提升至545.6 ℃,残余质量达到74.6%,其优异的摩擦学性能和热稳定性主要归因于HBPSi-NH₂和PDA@exf-h-BN的“软-硬”粒子协同减摩抗磨效应以及二者所赋予涂层优异的热稳定性.      

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.     

Ni—P—纳米碳管化学复合镀层的摩擦磨损特性

用化学镀方法制备了 Ni- P-纳米碳管复合镀层 ,研究了热处理对复合镀层微观结构及摩擦学性能的影响 .结果表明 :Ni- P-纳米碳管复合镀层比 Ni- P- Si C和 Ni- P-石墨镀层具有更好的摩擦磨损性能 ;在 6 73K条件下热处理 2 h后 ,复合镀层的耐磨性能显著改善 ;除 Ni- P-纳米碳管复合镀层的摩擦系数基本不变以外 ,其余复合镀层的摩擦系数均降低 .     

锡青铜镶嵌固体润滑剂轴承的摩擦学特性

在栓－盘式端面摩擦磨损试验机上于常温干摩擦条件下，对锡青铜轴承和镶嵌固体润滑剂（ＰＴＦＥ和石墨等复合物）的锡青铜轴承进行了摩擦学性能的对比试验研究．结果表明，几种固体润滑剂嵌入量不同的镶嵌轴承的摩擦系数都明显降低，耐磨性均比对照轴承的高２个数量级，其中以固体润滑剂嵌入面积分数为３０％的轴承的摩擦磨损性能最好．利用Ｘ射线微区分析仪、扫描电子显微镜和能量色散谱仪等，对磨损表面和磨屑的形貌、表面转移膜和元素的面分布等作了观察与分析，指出摩擦界面，尤其轴承金属摩擦表面固体润滑剂转移膜的形成是提高轴承性能的关键，锡青铜镶嵌固体润滑剂轴承以粘着磨损和疲劳磨损为主要磨损机理