Al2O3基陶瓷刀具材料摩擦磨损特性及其有限元分析

以添加TiC、Ti（C，N）和SiCw 3种Al2O3基陶瓷刀具材料作为研究对象，在MRH-3型高速环-块摩擦磨损试验机上研究3种陶瓷刀具材料在相同试验条件下的摩擦磨损性能，通过扫描电子显微镜对陶瓷的磨损表面进行观察，并利用ANSYS有限元软件分析计算磨损时的应力分布．结果表明，Al2O3基陶瓷刀具材料的摩擦磨损特性与其添加剂的种类有关，其抗磨性能由大到小顺序依次为Al2O3／SiCw〉Al2O3／Ti（C，N）〉Al2O3／TiC．Al2O3基陶瓷刀具的摩擦磨损性能与其硬度（H）、弹性模量（E）和断裂韧性（KIC）有关，磨损率W随E／H增加而增大，随KIC增加而减小．Al2O3／TiC陶瓷刀具材料的磨损机理以粘着磨损为主，Al2O3／Ti（C，N）和Al2O3／SiCw陶瓷刀具材料的磨损机理主要为磨粒磨损．     

石墨对三氧化二铝/铜金属陶瓷复合材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金技术制备了Al2O3／Cu石墨复合材料；采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了石墨对Al2O3／Cu基金属陶瓷复合材料摩擦磨损性能和硬度的影响；采用扫描电子显微镜分析了复合材料磨损表面形貌．结果表明：Al2O3／Cu基复合材料的摩擦系数随石墨含量的增加而降低，当石墨含量大于1.0％后，摩擦系数降低明显；当石墨含量低于3％时，Al2O3／Cu基复合材料的磨损体积损失随石墨含量的增加而降低；当石墨含量低于2．0％时，石墨对Al2O3／Cu基复合材料的硬度无明显影响；当石墨含量超过3．0％后，Al2O3／Cu基复合材料的硬度随石墨含量的增加迅速降低；此外，石墨使得Al2O3／Cu基复合材料磨损表面的微裂纹减少、裂纹长度缩短；当石墨含量达到2．5％时，复合材料磨损表面微裂纹消失．这是由于石墨在磨损表面形成固体润滑膜，从而降低摩擦力并减少裂纹源所致．     

纳米Al2O3填充环氧树脂复合材料的摩擦学性能

研究了干摩擦条件下纳米Al2O3微粒含量及其表面改性处理对环氧树脂基复合材料滑动摩擦磨损性能的影响.结果表明，经过表面化学接枝处理后，少量的纳米Al2O3(体积分数约0．24％)即可大幅度提高环氧树脂的摩擦磨损性能，起到显著的减摩和耐磨作用．复合材料的热变形稳定性、显微硬度及磨损表面形貌分析结果表明，对纳米Al2O3微粒进行适当的表面处理有利于加强纳米微粒同基体树脂的结合，从而改善复合材料的摩擦学性能．     

无机纳米微粒及聚四氟乙烯填充聚醚醚酮复合材料的摩擦学性能

以纳米Al2O3、纳米TiO2及聚四氟乙烯(PTFE)作为复合填料，利用热压成型方法分别制备了纳米Al2O3-PTFE及纳米TiO2-PTFE填充聚醚醚酮(PEEK)复合材料；采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了纳米微粒对复合材料摩擦学性能的影响；采用扫描电子显微镜观察分析了复合材料磨损表面形貌．结果表明：纳米微粒和PTFE作为复合填料可以显著改善PEEK的摩擦学性能，其改善效果同纳米微粒的填充量相关；当纳米填料的质量分数相同时，PEEK／PTFE／nano-TiO02复合材料的摩擦磨损性能明显优于PEEK／PTFE／nano-Al2O3复合材料；含纳米Al2O3的复合材料磨损表面呈现严重塑性变形特征，且塑性变形程度随纳米微粒含量增加而增大，而含纳米TiO2的复合材料磨损表面塑性变形轻微．     

纳米Al2O3和Fe2O3填充尼龙PA1010的摩擦磨损行为

采用模具挤压成型方法制备了纳米Al2O3和Fe2O3填充PA1010尼龙复合材料，采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了所制备的尼龙复合材料在干摩擦条件下同45#钢对摩时的摩擦磨损行为。研究结果表明，填充纳米Al2O3使得PA1010尼龙复合材料的摩擦系数增大，而填充纳米Fe2O3使得摩擦系数降低；纳米Al203和Fe2O3填充尼龙复合材料的耐磨性能优于尼龙；当纳米填料的质量分数从10％提高到20％时，纳米Fe2O3填充尼龙的磨损量增大，纳米Al2O3填充尼龙的磨损量无明显变化，2种填料填充尼龙复合材料的摩擦系数变化不大．纳米Fe2O3填充尼龙复合材料同45#钢对摩时主要呈现粘着磨损和轻微疲劳磨损特征，而纳米Al2O3填充尼龙复合材料呈现脆性疲劳开裂特征。纳米Fe2O3填充尼龙复合材料在偶件磨损表面形成的转移膜更加均匀和连续，故其减摩抗磨性能优于纳米Fe2O3填充尼龙复合材料。     

纳米Al2O3增强PA6复合材料的摩擦磨损性能研究

利用MMW-1型摩擦磨损试验机考察了纳米Al2O3增强PA6复合材料同45#钢对摩时的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察分析了试样磨损表面形貌.结果表明:纳米Al2O3可以提高PA6的耐磨性能;在小于100 N低载荷下纳米Al2O3填充PA6复合材料的滑动摩擦系数符合粘弹性材料的变化规律;只有当填充量适当时,纳米Al2O3微粒才能有效地增强聚合物基体的抗磨粒磨损性能,并阻碍聚合物基体向偶件磨损表面的粘着转移;纳米Al2O3质量分数为10%的PA6复合材料的抗磨性能最佳.     

Al—TiO2体系热扩散反应合成Al3Ti／Al复合材料的磨损性能研究

针对Al-TiO2 体系 ,采用热扩散反应合成方法制备了Al2 O3 /Al和Al3 Ti/Al复合材料 ,考察了复合材料的组织结构特性、磨损性能及磨损机理 .结果表明 ,Al-TiO2 体系的热扩散反应合成产物为Al2 O3 和Al3 Ti,其中Al3 Ti呈棒状 ,相对均匀地分布于Al基体中 ;Al2 O3 为细小颗粒 ,偏聚于Al基体的晶界 .随着反应物中TiO2 /Al摩尔比的提高 ,产物中Al2 O3 和Al3 Ti的体积含量增加 ,复合材料的耐磨性明显提高 .复合材料的磨损失效主要源于其在反应过程中产生的微空隙 (裂纹核 )在摩擦载荷反复作用下的生长、扩展和摩擦表面的疲劳断裂     

烧结Fe3Al金属间化合物基摩擦材料的摩擦磨损性能研究

采用热压烧结方法制备了不同成分的Fe3Al金属间化合物基摩擦材料,考察了其物相、力学性能、抗氧化性及干摩擦磨损性能.结果表明,Fe3Al金属间化合物基摩擦材料密度低、强度高、抗氧化性好、摩擦系数稳定、高温耐磨性好;其在不同摩擦阶段的磨损机制存在差异,主要磨损机制包括磨粒磨损、塑性变形、裂纹萌生与扩展、微区脆性剥落及氧化磨损等.     

超高分子量聚乙烯及其纳米Al2O3填充复合材料摩擦磨损性能研究

采用MM - 2 0 0型摩擦磨损试验机考察了载荷及对摩偶件表面SiC粒度对超高分子量聚乙烯及其纳米Al2 O3填充复合材料摩擦磨损性能的影响 ,利用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌并分析了其磨损机理 .结果表明 :纳米Al2 O3 可以提高超高分子量聚乙烯的硬度及抗磨粒磨损性能 ;随着载荷的增大 ,超高分子量聚乙烯及纳米填充复合材料的磨损加剧 ;纳米Al2 O3 填充超高分子量聚乙烯复合材料的摩擦系数较超高分子量聚乙烯的略有增大 ;纳米Al2 O3 含量的增加有利于超高分子量聚乙烯复合材料抗磨粒磨损性能的提高 ;偶件表面喷涂SiC粒度的大小对超高分子量聚乙烯及其纳米Al2 O3 填充复合材料的磨损影响较大     

纳米Al2O3填充端异氰酸酯基聚丁二烯橡胶-环氧树脂复合涂层的干滑动摩擦磨损性能研究

采用丁二烯合成出端异氰酸酯基聚丁二烯液体橡胶,采用端异氰酸酯基聚丁二烯液体橡胶与环氧树脂E51反应制备端异氰酸酯基液体聚丁二烯橡胶-环氧树脂聚合物(ETPB),同时在其中进一步填充5%和10%(质量分数)纳米Al2O3,在45#钢底材上制备出环氧树脂、改性环氧树脂及填充5%和10%纳米Al2O3的聚合物复合涂层,在MRH-3型高速环-块摩擦磨损试验机上评价了4种涂层在干滑动条件下的摩擦磨损性能.结果表明:通过端异氰酸酯基聚丁二烯液体橡胶改性环氧树脂可以提高环氧树脂涂层的力学性能及其抗磨性;填充5%和10%纳米Al2O3可以有效提高ETPB涂层的抗磨损性能;随着载荷和滑动速度的增加,ETPB涂层的磨损率明显增大;纳米Al2O3填充ETPB涂层的磨损率随载荷和滑动速度增加基本不变;4种涂层的摩擦系数随载荷和滑动速度的变化不大;E51环氧树脂基聚合物复合涂层的磨损机理为脆性断裂和剥层磨损.     

有序态Fe3Al合金在水环境中的磨粒磨损行为

研究了不同载荷下含Ｃｒ的Ｂ２和ＤＯ３有序态Ｆｅ３Ａｌ合金在水中的磨粒磨损行为。采用扫描电镜分析了合金的磨损表面形貌和磨屑形貌。二次离子质谱分析结果表明：在水环境磨损条件下，随着载荷的增加，进入Ｆｅ３Ａｌ合金表层的氢浓度升高，合金表层的氢损伤加剧。在高载荷下由机械磨损所引起的材料流失仍占主导地位，相同载荷下Ｂ２有序态Ｆｅ３Ａｌ合金的磨损质量损失比ＤＯ３有序态Ｆｅ３Ａｌ合金低。     

多孔氧化铝陶瓷储油材料的摩擦学性能研究

用石墨作为造孔剂,利用模压成型高温烧结方法制备了分布均匀的多孔氧化铝陶瓷,将多孔氧化铝陶瓷浸渍甲基硅油得到多孔氧化铝储油材料,在THT07-135型高温摩擦磨损试验机上考察了其同Si3N4陶瓷球对摩时的摩擦磨损性能,用扫描电子显微镜观察分析了磨损表面形貌.结果表明,浸渍甲基硅油后多孔氧化铝陶瓷的减摩抗磨性能显著改善,这是由于储存在多孔氧化铝陶瓷中的润滑剂起到润滑作用并抑制偶件的氧化磨损所致.     

Al2O3纤维增强铝基复合材料干滑动磨损机制的研究

采用销-盘式磨擦磨损试验机研究了Al2O3纤维增强铝基复合材料的干滑动摩擦磨损性能,理论分析了磨损率与Al2O3纤维体积分数的变化规律,探讨了在干滑动摩擦条件下复合材料的磨损机制.结果表明:在干滑动摩擦条件下,随着Al2O3纤维体积分数增加,磨损率急剧下降,当纤维体积分数为9%时达到最小值,尔后略有回升;当纤维体积分数小于5%时,可用Archard模型对复合材料的磨损率进行理论预测;磨损亚表层中基体金属沿滑动方向的塑性流动是铝基复合材料磨损的基本特征,Al2O3纤维可有效地阻止基体的塑性流动,提高复合材料的耐磨性;随着滑动距离增加,摩销前端的变形量增大,甚至出现形变坑,将从复合材料中剥离出坚硬Al2O3磨粒并镶嵌于其中,很容易在铝基复合材料表面产生犁沟,从而加速铝基复合材料的磨损.     

2种Y—TZP／A12O3陶瓷材料的结构和磨料磨损性能比较研究

基于化学共沉淀法和机械混合法2种引入Y2O3的不同方式，通过等静压成型和常压高温烧结制备了2种．Al2O3增强Y—TZP陶瓷材料(Y-TZP／Al2O3)；用X射衍射仪分析了2种材料的物相组成；对比考察了2种陶瓷材料试样的磨料磨损性能，并用扫描电子显微镜观察分析了2种材料试样的磨损表面形貌．结果表明：基于化学共沉淀法引入Y2O3制备的陶瓷材料的结构均匀、晶粒细小，且耐磨性较好；当2种Y—TZP／A12O3陶瓷材料的HV和KIC相近时，其磨料磨损性能明显同其晶粒尺寸和微结构相关；2种材料的磨料磨损机理亦存在明显差异，基于化学共沉淀法引入Y2O3而制备的Y-TZP／Al2O3陶瓷材料主要呈现微裂纹和微犁削特征，基于机械混合法引入Y2O3而制备的Y-TZP／Al2O3陶瓷材料主要呈脆性断裂特征．     

准一维应变下Al2O3陶瓷动态压缩失效的实验研究

为了考察Al2O3陶瓷准一维应变下的力学性能,采用LY12铝套筒和45钢套筒对陶瓷试样进行了环向约束,在准静态和动态下分别进行了压缩实验,得到了材料的应力-应变曲线。实验结果表明,Al2O3陶瓷的轴向压缩强度基本上随围压的增大而增大,动态压缩加载下的轴向压缩强度随应变率增大而增大。Al2O3陶瓷在准一维应变下的破坏形式为裂纹破坏,准静态的脆性失效行为可以用Mohr-Coulomb失效准则来描述。     

等离子喷涂Al2O3/TiO2陶瓷涂层在液态石蜡润滑下的摩擦磨损性能研究

利用纳米和微米结构Al2O3/TiO2喂料制备出2种陶瓷涂层,考察了这2种涂层在液体石蜡润滑下与不锈钢球摩擦副的摩擦磨损性能,并探讨了2种涂层的磨损机理.结果表明:液态石蜡润滑能有效降低纳米Al2O3/TiO2涂层与不锈钢球摩擦副的摩擦系数和磨损率,但是对微米涂层的润滑效果不明显.纳米涂层的摩擦系数仪为微米涂层的1/3,而磨损率则降低了70倍以上.纳米涂层的磨损机制在低载荷下是轻微的黏着磨损,高载荷下则是摩擦抛光,而微米涂层的磨损机制是晶粒脆性断裂.     

高孔隙率Al2O3微孔陶瓷冲击性能实验研究

为研究脆性材料冲击损伤性能,对孔隙尺寸μm量级、孔隙率47％～50％的Al2O3微孔陶瓷进行了较系统的实验研究。通过对其进行应变率范围为25．4～494s^-1的冲击实验,结果表明：在较低加载率情况下,材料的模量和强度均表现出较明显的应变率敏感效应;随着加载速率的增加,强度和模量的应变率效应规律相反;而到更高的加载速率时,材料表现出应变率不敏感。借助试件表面的应变花,并与双波法实验结果进行对比,初步探讨了脆性材料在多次冲击下的累积损伤。