环境气氛对C/C复合材料载流摩擦学性能的影响

在HST-100销盘式高速载流摩擦磨损试验机上,以电流、速度、载荷为试验参数对C/C复合材料/QCr0.5摩擦副进行载流摩擦磨损试验,分别分析空气、氮气对C/C复合材料磨损率和摩擦系数的影响.试验结果表明:相较于空气气氛,氮气气氛下摩擦系数较高,磨损率较低.通过扫描电子显微镜和能谱仪对不同气氛下材料磨损表面形貌和成分进行观察,从微观上解释了两种气氛对C/C复合材料磨损率和摩擦系数的作用机理.     

一种新型热作模具钢的高温磨损性能研究

采用球盘式高温摩擦磨损试验机,对针对某特殊工况自行研制的一种新型热作模具钢在室温、200、400、500和600℃下进行干滑动摩擦磨损试验,研究了该钢的磨损行为和磨损机制,并测试了不同温度磨损后材料亚表层的应变硬化区深度.结果表明:随着环境温度的升高,钢的磨损率呈现先升高,后降低再升高的趋势;摩擦系数随着温度增加先降低后升高;室温和200℃下磨损时其磨损机制主要为疲劳磨损;随着环境温度升高到400和500℃时,磨损表面生成一层致密氧化物并随着温度升高而增厚,呈轻微氧化磨损特征;600℃时,高温磨损表面的氧化物层继续增厚,但在试验载荷持续挤压下,氧化层出现破裂剥落,磨损率急剧升高,表现为氧化磨损;材料亚表层在磨损后产生明显的应变硬化,硬化效果随温度的升高先增强后减弱.     

碳含量对碳素钢磁场摩擦磨损性能的影响与作用机制研究

基于自制的HY-100销-盘式磁场摩擦磨损试验机,对比研究了有无外加磁场条件下,低碳钢、中碳钢和高碳钢的滑动干摩擦行为和其磨损特性,并使用扫描电子显微镜、金相显微镜等分析了摩擦微观表面与次表面,探讨了碳含量对碳素钢磁场摩擦的影响规律和作用机理. 试验结果显示:根据碳含量的不同,有无磁场条件下碳素钢摩擦系数的变化也不同,在外加磁场条件下,低碳钢摩擦系数降低,中碳、高碳钢摩擦系数升高;随着碳含量升高,磁场对其摩擦系数的影响越小. 外加磁场可以有效改善碳素钢的磨损性能,随着碳含量升高,磁场对其磨损率的改善程度越大. 分析其原因可能为铁碳竞争氧化,这既保证了铁氧化物的减磨效应,也减缓了铁氧化物积累后的剥落. EDS能谱分析结果表明高碳钢的氧铁比最低,和铁碳氧化竞争模型推论相一致.      

Mg—PSZ陶瓷在不同环境温下的摩擦磨损行为与机制研究

研究了氧化镁部分稳定氧化锆陶瓷（Ｍｇ－ＰＳＺ）在不同环境温度下的摩擦磨损行为与机制。结果表明：室温时,Ｍｇ－ＰＳＺ陶瓷的磨损机制主要是微观犁削和微观断裂,温度为２００℃时陶瓷磨损表面形成的针（轴）状磨损呈现“滚动轴承”效应,表现出最低的摩擦系数和磨损率;随着温度的进一步升高磨损率增大;４００℃以上可使偶件的磨损率急剧上升,其磨损机制则转变为脆性断裂和晶粒剥落。     

喷丸强化对Cr-Ni-Mo系高强钢的摩擦磨损性能影响

采用喷丸强化对Cr-Ni-Mo系高强钢进行强化处理,利用销盘式摩擦磨损试验机考察了喷丸前后试样的摩擦磨损性能,研究了喷丸强化对Cr-Ni-Mo系高强钢试样的表面形貌、微观结构、显微硬度、残余应力和摩擦磨损特性的影响,进一步揭示了销盘接触摩擦过程中喷丸处理的强化机理.结果表明：喷丸强化在材料表层形成了塑性变形层并产生了位错区域,但提高了表面粗糙度;随着喷丸气压和覆盖率的增加,试样的表层显微硬度和表面残余压应力值显著提高;同时,喷丸试样表面形成的冲击弹坑改善了接触界面润滑效果,喷丸试样的摩擦系数由未处理试样的0.073最大降至0.023,其磨损率由1.25×10^-5 mm³/(N·m)最大降至0.81×10^-5 mm³/(N·m),平均摩擦系数最大降低68.49%,磨损率最大降低了35.20%;此外,原始试样的磨损机理为犁沟,喷丸试样主要为犁沟、氧化磨损和黏结磨损.     

Mg-PSZ陶瓷在不同环境温度下的摩擦磨损行为与机制研究

研究了氧化镁部分稳定氧化锆陶瓷（Ｍｇ－ＰＳＺ）在不同环境温度下的摩擦磨损行为与机制．结果表明：室温时,Ｍｇ－ＰＳＺ陶瓷的磨损机制主要是微观犁削和微观断裂;温度为２００ ℃时,陶瓷磨损表面形成的针（轴）状磨屑呈现“滚动轴承”效应,表现出最低的摩擦系数和磨损率;随着温度的进一步升高磨损率增大;４００ ℃以上时可使偶件的磨损率急剧上升,其磨损机制则转变为脆性断裂和晶粒剥落．     

高温条件下热固性聚酰亚胺摩擦学性能研究

以3,3,4’,4’-联苯四甲酸二酐(s-BPDA)、4,4’-二氨基二苯醚(4,4’-ODA)、3,4’-二氨基二苯醚(3,4’-ODA)、4-苯乙炔苯酐(4-PEPA)为前驱体,设计并制备了热固性聚酰亚胺.采用球盘式高温摩擦磨损试验机进行室温(25℃)、100、200、250、300和350℃条件下的滑动摩擦磨损试验.通过表征不同温度磨损后的材料和对偶表面形貌,研究了其高温条件下的摩擦行为和磨损机制.结果表明:随着环境温度的升高,热固性聚酰亚胺的磨损率呈现先升高,后降低再升高的趋势;而摩擦系数却一直降低.这种趋势归结于聚合物接触表面机械性能的改变.不同温度条件下的磨损机理也是不同的,25和100℃条件下的磨损主要为疲劳磨损和磨粒磨损;随着环境温度升高到200℃时,磨损表面部分链段易于剪切,形成一层均匀的转移膜而降低了磨粒磨损;当温度升高至250、300以及350℃时,磨损表面的分子链段运动更加剧烈,在试验载荷持续挤压下,分子链间作用力破坏而剥落,磨损率急剧升高,表现为黏着磨损,并且环境温度越高,磨损率越大.     

摩擦热对Ti6Al4V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Ti6Al4V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Ti6Al4V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:Ti6Al4V的β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Ti6Al4V表面依次形成TiO、TiO2和V2O3;温度骤变促使Ti6Al4V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Ti6Al4V/GCr15摩擦副的摩擦磨损行为产生影响.     

强流脉冲电子束表面改性Al-Pb合金的摩擦磨损行为研究

利用强流脉冲电子束技术对Al-Pb合金进行表面改性处理,测试改性试样表面硬度分布及其形貌和组织,采用销-盘式摩擦磨损试验机、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪对改性Al-Pb合金的摩擦磨损性能及其磨损机理进行分析.结果表明:改性Al-Pb合金的组织结构得到改善,最大硬度出现在距合金表面约40 μm的亚表层;由熔化区、热影响和准静态热应力影响重叠区和过渡区组成,改性层表现出良好的耐磨性;在高载荷下改性合金表现出的低磨损率和摩擦系数与其磨损表面形成的润滑膜密切相关;随着载荷增加,其磨损机制主要表现为氧化磨损和粘着磨损.     

表面粗糙度对UHMWPE微动摩擦磨损性能的影响

采用SRV-4微动摩擦磨损试验机,研究了在干摩擦和水润滑条件下,表面粗糙度对UHMWPE微动摩擦磨损性能的影响.结果表明:干摩擦时,随着UHMWPE表面粗糙度的增加,摩擦系数先降低后升高,比磨损率则单调递增.利用光学显微镜和扫描电子显微镜对磨损表面形貌进行分析观测,发现干摩擦时表面粗糙度较小的UHMWPE磨损表面有少量犁沟,并伴随轻微的塑性变形,随着表面粗糙度的增加,摩擦副接触表面间的黏合点增多,黏着磨损加剧,且在对偶钢球的表面形成转移膜.而在水润滑条件下,摩擦系数和比磨损率显著降低,随着表面粗糙度的增加,摩擦系数和比磨损率同干摩擦时的变化趋势一致,磨损以磨粒磨损为主.     

热处理工艺对铸造汽车覆盖件模具钢的耐磨性研究

对不同淬火、回火温度与不同磨损条件下的铸造汽车覆盖件模具钢进行了磨损试验,研究磨损率与回火温度、摩擦参数等因素的关系,观察摩擦表面的显微组织和摩擦学性能.结果表明:试验用模具钢材料的耐磨性能与材料的硬度有一定关系,与淬火、回火温度有很大关系,更与磨损过程中加载载荷、滑动速率和摩擦距离等因素有关.回火温度对模具钢材料的硬度和耐磨性起到了一定的作用,500℃左右时硬度最大.600℃回火后,组织中主要成分变为马氏体与托氏体.在滑动速率较高、回火温度较低时,随着回火温度升高,磨损率降低速度明显;在加载载荷较大、回火温度较低时,随着回火温度的升高,磨损率降低速度明显.不同的滑动速率以及加载载荷情况下的磨损机理主要为黏着磨损和磨粒磨损等两种.     

聚四氟蜡粘结复合涂层的摩擦磨损性能研究

在45#钢块表面采用喷涂方法制备了聚四氟蜡粘结复合涂层和聚四氟乙烯粘结复合涂层,采用傅立叶红外光谱仪分析聚四氟蜡粘结复合涂层在不同固化温度下的结构变化,在国产MHK-500型摩擦磨损试验机上考察固化温度、载荷及速度对2种复合涂层摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜和光学显微镜观察复合涂层磨损表面及其偶件环磨损表面的形貌.结果表明:固化温度对聚四氟乙烯粘结复合涂层耐磨寿命的影响不大,而对聚四氟蜡粘结复合涂层的耐磨寿命影响很大;在120 ℃固化时聚四氟蜡粘结复合涂层的耐磨寿命比在常温固化时提高1倍;速度与载荷对聚四氟蜡粘结复合涂层摩擦磨损性能的影响较大,在低载荷、高速试验条件下,复合涂层具有良好的减摩耐磨性能.     

玻璃纤维增强尼龙1010复合材料的摩擦学性能研究

利用ＷＺＭ－１微型注塑机制备了玻璃纤维增强尼龙复合材料,在环－块摩擦磨损试验机上考察了玻璃纤维含量和试验条件下对其摩擦学性能的影响,并利用扫描电子显微镜对其磨损机理进行了分析。结果表明：在给定试验条件下玻璃纤维含量对复合材料的摩擦学性能有显著影响,玻璃纤维质量分数介于２５％～３０％之间时增强效果较好;复合材料的摩擦系数随载荷的增加而下降,达到最小值后,又随载荷的增加而持续上升;其磨损质量损失则随载荷的增加而持续增大,复合材料的磨损以粘着磨损为主,随载荷的增加转变为以玻璃纤维的破坏和磨平为主。     

干摩擦条件下Al18B4O33晶须增强AC4C铝基复合材料的摩擦磨损特性

利用环－块磨损试验机,在干摩擦条件下研究了铸态与Ｔ６处理态Ａｌ１８Ｂ４Ｏ３３晶须增强ＡＣ４Ｃ铝基复合材料的摩擦磨损行为。结果表明：与铸态复合材料相经,Ｔ６处理态复合材料的耐磨性较差;晶须与基体间的界面化学反应影响复合材料的摩擦磨损特性,在本文试验载荷范围内,复合材料发生了由轻度磨损向严重磨损的转化;在高载荷下,除 了产生擦伤和粘着,在表层和次表层发生的应变硬化还会导致界面开裂、晶须断裂和分离;在低     

煅烧石油焦及六方氮化硼对摩阻材料摩擦磨损性能的影响

在酚醛树脂基摩阻材料中分别添加煅烧石油焦（CPC）及六方氮化硼（hBN）作为摩擦改性剂，研究了2种摩擦改性剂对酚醛树脂基摩阻材料的力学性能和摩擦磨损性能的影响，通过热失重试验分析了复合材料的耐温性能，并利用扫描电子显微镜观察复合材料的磨损表面形貌．结果表明：当hBN体积分数为10％～15％时，摩阻材料与树脂基体的粘接强度最强且能够明显降低复合材料的硬度，有助于在摩擦界面生成均匀牢固的润滑膜而起到降低磨损率、稳定摩擦系数的作用；当hBN体积分数超过15％时，由于hBN过饱和及其与树脂基体的相容性差，导致摩阻材料机械强度下降，磨损率增大；随着CPC含量增加，摩阻复合材料的机械强度增加，摩擦磨损性能降低；CPC和hBN的体积分数为12％时能够不同程度地提高摩阻材料的耐温性能及降低其对速度和载荷的敏感性，且含12％hBN摩阻材料的热稳定性最佳，其摩擦磨损性能对速度和载荷的敏感性最小，     

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.     

纳米碳管/铝基复合材料的制备及摩擦磨损性能研究

利用粉末冶金法制备纳米碳管/铝基复合材料,研究不同纳米碳管含量对复合材料硬度和稳态摩擦磨损行为的影响,采用扫描电子显微镜观察复合材料的磨损表面形貌,并对其磨损机制进行探讨.结果表明:随着纳米碳管质量分数的增加,复合材料的硬度呈现先增大而后减小的趋势,含质量分数为2%的纳米碳管复合材料硬度比铝增加约80%;复合材料的摩擦系数逐渐降低,磨损率先减小而后增大;含质量分数为1%的纳米碳管复合材料磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损,而含质量分数为2%的纳米碳管复合材料以剥层磨损和疲劳磨损为主.     

CF/PTFE纤维混编织物增强环氧复合材料干摩擦特性

采用碳纤维与聚四氟乙烯纤维(CF/PTFE)混编织物增强,制备了环氧树脂基自润滑复合材料,研究了钢背衬复合材料与45钢在环-环端面干摩擦状态下的摩擦学特性,考查了纤维织物、摩擦热、载荷、速度对材料摩擦磨损性能的影响,用红外热像仪、热电偶及风冷方式对摩擦副温度进行监控,用激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜对复合材料及偶件磨损面进行了观察与能谱分析.结果表明:与碳织物相比,混编纤维织物大大改善了复合材料的摩擦学性能,改善效果极大依赖于摩擦温度、载荷和速度参数.PTFE纤维磨损后在树脂基体及偶件表面形成减摩型转移膜层,材料表现为疲劳磨损特征.摩擦高温使复合材料摩擦学特性改变,黏结磨损加剧,偶件钢环表面出现氧化磨损,树脂基体塑性流动,摩擦力增大.混编纤维的排布方式影响复合材料的摩擦磨损性能,摩擦面上大量破碎的碳纤维易使偶件表面转移膜受到破坏,复合材料转变为以磨粒磨损为主,减摩主要源于磨屑中的润滑组分.     

Cu-SiO2烧结材料的摩擦磨损性能研究

采用粉末冶金技术制备Cu-SiO2烧结材料,通过定速摩擦磨损试验机研究SiO2含量对Cu-SiO2烧结材料摩擦磨损性能的影响规律,在摩擦速度7.8～47 m/s范围内探讨摩擦速度和SiO2含量与摩擦第三体之间的关系.结果表明:随着SiO2含量增加,材料的摩擦系数升高、磨损量降低,同时材料的硬度增加、密度降低、孔隙度增加;摩擦表面所形成的第三体特征与摩擦速度密切相关,当摩擦速度较低时,所形成的第三体疏松而不连续,与基体的结合强度较低,容易从摩擦表面脱离而增加磨损量;当摩擦速度提高时,所形成的第三体致密连续,与基体的结合强度好,有利于提高摩擦系数和降低磨损量;在摩擦温度过高的情况下,基体金属强度降低,削弱了对SiO2硬质点的夹持能力,SiO2破碎严重而使磨损量增加,同时高温状态的第三体变形大且流动性好,可以起到润滑膜的作用而降低材料的摩擦系数.     

碳纤维织物/环氧复合材料油润滑下摩擦学性能

采用半干法制备碳纤维织物增强环氧树脂基自润滑复合材料,研究钢背衬复合材料与45钢在环-环端面浸油润滑状态下的摩擦学特性,考查载荷、速度和碳织物类型对复合材料摩擦磨损性能的影响,并采用扫描电子显微镜对复合材料及偶件磨损表面进行观察与分析.结果表明:轻载高速启动可显著提高单向碳织物/环氧复合材料的摩擦磨损性能,边界润滑状态下的碳织物/环氧复合材料主要表现出黏着磨损特性,对偶钢环上出现的网状转移膜大大改善了材料的摩擦学性能;平纹碳织物/环氧复合材料因表面织物纹理使得润滑油能深入到摩擦表面各区域,在重载下表现出较低的摩擦系数.