颗粒增强超高分子量聚乙烯基复合材料磨粒磨损的特性与机理

为了改善地面机械触土部件的减粘脱土状况，制备了石英砂颗粒增强超高分子量聚乙烯基复合材料，并对其磨粒磨损性能作了试验研究．运用正交试验方法分析了磨料粒度、载荷和速度及这三者的交互作用对材料耐磨性的影响，得出了回归方程．结果表明，载荷对纯超高分子量聚乙烯磨损的影响最大，载荷越高，磨损越严重；在颗粒增强复合材料体系中，磨料粒度对磨损的影响最大．这表明引入硬质点提高材料表层的硬度和抗犁切能力是耐磨性提高的主要原因．     

聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯的磨粒磨损性能与机理研究

为了开发地面机械触土部件用高聚物基复合材料，以９６．５％（ｗｔ）石英砂（粒度４５０－９００μｍ）和３．５％（ｗｔ）膨润土（粒度７６μｍ）作磨料，在ＪＭＭ型转盘式磨粒磨损试验机上对聚四氟乙烯和超高分子量聚乙稀的耐磨粒蘑损性能与淬火回火４５＃钢的进行了对比试验研究，并且通过磨损表面形貌的扫描电子显微镜观察，探讨了这两种高聚物材料的磨损机理，在相对滑动速度为１２３．６ｍ／ｍｉｎ、滑动距离为２５７０８．８ｍ、试样摩擦面与磨粒运动的切向呈３５°角、试样在磨料中的埋入深度为４０ｍｍ的试验条件下，用重量损失和体积损失计量时，尽管超高分子量聚乙烯的耐磨性分别是聚四氟乙烯的８．４２倍和３．７６倍，但与淬火回火４５＃钢相比，其以重量损失计量时的耐磨性是后者的４．０４倍，而以体积损失计量时的耐磨性却不及４５＃钢的５０％，这说明要将超高分子量聚乙烯用于制造地面机械的触土部件，还应设法改善它的耐磨性能。研究表明，导致聚四氟乙烯磨损的重要机制是犁切，导致超高分子量聚乙烯磨损的重要机制是疲劳磨损。     

超高分子量聚乙烯对聚酰胺摩擦磨损行为的影响

采用双螺杆挤出机制备聚酰胺/超高分子量聚乙烯(PA66/UHMWPE)和聚酰胺/超高分子量聚乙烯/马来酸酐接枝高密度聚乙烯(PA66/UHMWPE/MAH-g-HDPE)共混物,采用傅立叶转换红外光谱仪分析共混体系的结构,同时评价其机械性能及摩擦磨损性能.结果表明:加入MAH-g-HDPE相容剂可以使共混体系的相容性得到改善,提高共混物的机械性能;具有平整分子结构的UHMWPE有利于改善PA66的摩擦磨损性能,当摩擦偶件的转移层达到饱和状态后,共混物的耐磨性与其力学性能相关;共混物在摩擦过程中表现出严重的塑性变形和粘着磨损,但在共混体系的摩擦过程中,对摩擦磨损性能起主要作用的是受热软化的UHMWPE在磨损表面形成低剪切强度的界面层,从而使得PA66的摩擦磨损性能明显改善.     

离子注入超高分子量聚乙烯的摩擦磨损性能研究

对人工关节软骨材料——超高分子量聚乙烯(UHMWPE)进行O+和C+离子注入改性,采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了离子注入UHMWPE试样在血浆润滑条件下同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注入和未注入试样及其磨痕表面形貌,用红外光谱仪(IR)分析了注入和未注入试样的化学特征.结果表明:经O+和C+离子注入处理的UHMWPE试样表面发生了碳化并形成了类金刚石结构;O+和C+注入处理均有利于增强UHMWPE的耐磨性能,而O+离子注入试样的耐磨性能优于C+离子注入试样,经450keV、5×1015/cm2的O+离子注入试样的耐磨性能最佳;未注入UHMWPE试样在血浆润滑条件下同陶瓷对摩时主要呈现粘着、塑性变形和犁沟特征,而注入UHMWPE试样在相同条件下主要呈现表面硬化层疲劳裂纹萌生、扩展、剥落及磨粒磨损特征.     

超高分子量聚乙烯—SiC陶瓷摩擦副生物摩擦学特性的研究

用Ｆａｌｅｘ摩擦磨损试验机测定了３７℃下超分子量聚乙烯与ＳｉＣ陶瓷摩擦副分别在干摩擦，水润滑和血浆润滑下的摩擦学性能，且用扫描电镜观察了摩擦副表面形貌。结果表明：滑动初期的摩擦系数以干摩擦下的量大，血浆润滑下的最小，而滑动２ｋｍ后的摩擦数仍以干摩擦下的最大，但以水润滑下的最小；摩损率以水润滑下的最大，血浆润滑下的最小。采用表面轮廓仪对摩擦磨损前后的ＳｉＣ陶瓷表面进行了测试，发现ＳｉＣ陶瓷的磨损甚微     

纳米氧化锌填充超高分子量聚乙烯复合材料的摩擦磨损性能研究

采用热压成型工艺制备了纳米ZnO填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了纳米粒子对复合材料摩擦磨损性能的影响;采用扫描电子显微镜观察复合材料磨损表面形貌.结果表明:填充15%～20%的纳米ZnO可以显著改善UHMWPE的摩擦磨损性能;复合材料的磨损机理随纳米粒子含量的增加而变化,纯UHMWPE的磨损机理主要为粘着磨损和疲劳磨损,随着复合材料中纳米粒子含量增加,疲劳磨损特征逐渐消失,当其纳米粒子含量大于15%时,其磨损机理主要为粘着磨损;复合材料磨损表面出现了贫ZnO区和富ZnO区,且富ZnO区以"岛"的形式分布在贫ZnO区中.     

水工混凝土小角度冲蚀磨损特性的研究

选用55kW的3GQ-2/70型高压清洗水射流装置作为水工混凝土的冲蚀磨损设备,考察了小角度条件下含沙高速水射流作用下混凝土材料的冲蚀磨损性能。结果表明：混凝土肥到严重的冲蚀磨损;在冲击角度较小时,混凝土材料的冲蚀磨损机制主要表现为硬质磨粒沿水平速度方向的切削作用,以及沿垂直方向的冲击作用导致的表面裂纹和脆性断裂;钢纤维对混凝土材料的小角度冲蚀破坏有明显的增强作用。     

玻璃微珠增强超高分子量聚乙烯的耐磨耐热性能研究

采用热压成型工艺制备了偶联玻璃微珠填充的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,通过万能材料试验机、洛氏硬度计考察了玻璃微珠含量对复合材料力学性能、硬度的影响,对复合材料进行了X射线衍射分析(XRD)、差示扫描量热分析(DSC)和静态热机械分析(TMA),通过热变形、维卡温度测定仪考察了玻璃微珠含量对复合材料维卡软化温度的影响,通过高速环块磨损试验机和自制砂浆磨损水浴试验装置考察了玻璃微珠含量对复合材料耐摩擦磨损性能的影响,通过扫描电子显微镜观察复合材料磨损表面形貌并分析了其磨损机理.结果表明:偶联玻璃微珠在UHMWPE体系中起填充增强作用,能有效提高复合材料的硬度、维卡软化温度、熔点和玻璃化转变温度,从而降低材料的摩擦系数与磨耗.维卡软化温度最多能提高12.5%,而磨损质量最多能降低62%,玻璃微珠质量分数在5%~20%之间效果明显,材料的力学性能随玻璃微珠的含量增加而有所下降.     

炭纤维增强人工关节软骨材料——超高分子量聚乙烯的摩擦学特性

用炭纤维对超高分子量聚乙烯进行填充改性,测试了炭纤维填充量对其硬度及摩擦学性能的影响,用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了填充复合材料磨损表面形貌.结果表明:随着炭纤维含量增加,复合材料的硬度上升,耐磨性增强;炭纤维可大幅度降低超高分子量聚乙烯在蒸馏水润滑条件下的摩擦系数;超高分子量聚乙烯在干摩擦下的磨损主要表现为粘着、犁沟及塑性变形,而炭纤维填充复合材料的磨损表现为炭纤维的剥离.     

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     

两种UHMWPE／Kaolin复合材料在干摩擦条件下的滑动摩擦磨损性能研究

在ＭＭ－２００型磨损试验机上分别对以釜内聚合和熔融机械混合方法制备的高岭土填充超高分子量聚乙烯基复合材料（ＵＨＭＷＰＥ／Ｋａｏｌｉｎ）在干摩擦条件下与４５＾＃钢对摩时的摩擦磨损性能进行了研究,并用扫描电子显微镜和立体光学显微镜对其磨损表面进行了观察与分析,对材料的磨损机理进行了探讨。结果表明：引入适量的高岭土能明显降低ＵＨＭＷＰＥ的摩擦系数和磨损率,用釜内聚合方法制备的ＵＨＭＷＰＥ／Ｋａｏｌｉｎ复     

几种钢的腐蚀冲蚀磨损行为与机理研究

在相同试验条件下研究了１６Ｍｎ，２７ＳｉＭｎ和１Ｃｒ１８Ｎｉ９不锈钢在浆体（ｐＨ值在１～１２的范围，固体粒子是粒径２２０～４００μｍ的石英砂）冲蚀作用下的腐蚀冲蚀磨损行为，分析了ｐＨ值和冲击速度等对钢腐蚀冲蚀磨损的影响，以及腐蚀与冲蚀之间的交互作用机理，建立了钢的腐蚀冲蚀磨损率与ｐＨ值及冲击速度之间的三维关系图．研究发现：冲击速度对１Ｃｒ１８Ｎｉ９不锈钢腐蚀冲蚀磨损的影响可用指数关系表示，但对其它２种钢，冲击速度的影响不能用简单的数学关系表示；钢的腐蚀冲蚀磨损率随ｐＨ值降低而增加，ｐＨ值越低和／或钢的耐腐蚀性越差，腐蚀与冲蚀的交互作用越大，钢的腐蚀冲蚀磨损越严重．耐腐蚀性较好的钢（如１Ｃｒ１８Ｎｉ９不锈钢）的腐蚀冲蚀磨损机理主要为冲蚀磨损；耐腐蚀性比较差的钢（如１６Ｍｎ钢）除冲蚀磨损外，腐蚀及其与冲蚀磨损的交互作用也都是重要的磨损机理，特别在ｐＨ值比较低时更是如此     

氯化橡胶涂层冲蚀磨损行为的研究

针对含有海砂的海水环境,研究了氯化橡胶涂层在不同冲击角度、不同海砂浓度的环境中的冲蚀磨损行为及机理.结果表明:在含砂的海水环境中,氯化橡胶涂层的最大冲蚀磨损量发生在冲蚀角度为67.5°,最小冲蚀磨损量发生在冲蚀角度为22.5°;在不同冲蚀角度下,冲蚀磨损量均随着海砂浓度的增加而增加;低角度冲蚀磨损时,涂层的破坏形式主要以切削和犁削为主,高角度下,涂层的破坏形式则以变形与凿击为主.     

SiC/环氧树脂复合材料冲蚀磨损性能的研究

采用环氧树脂为粘接剂制备了SiC/环氧树脂复合材料,在自制的射流式冲蚀磨损试验机上研究了SiC/环氧树脂的冲蚀磨损性能.结果表明:大尺寸SiC颗粒制备的复合材料较小尺寸SiC颗粒制备的复合材料具有更好的冲蚀磨损性能,且大尺寸SiC颗粒复合材料的冲蚀磨损性能优于Q235钢,而小尺寸SiC颗粒复合材料则低于Q235钢.随着冲蚀角度的变化,其平行材料表面的切削分量和垂直材料表面的冲击分量将会发生变化,低角度冲蚀磨损机理以显微切削和碾压造成环氧树脂及SiC颗粒的层片状脱落为主转变为高角度冲蚀磨损以SiC颗粒碎裂造成环氧树脂疲劳脱落为主.     

聚四氟乙烯磨损机理的探讨

作者用MPX-200型栓-盘摩擦磨损试验机测试了模压聚四氟乙烯的磨损性能,考察了滑动速度、负菏、温度及偶件表面粗糙度对磨损的影响。磨屑分子量的测试结果表明,其大小与聚四氟乙烯磨损的严重程度成正比;磨屑的分子量比聚四氟乙烯本体的小,在本试验条件下磨屑分子量的降低为2—3个数量级;当超过极限PV值时,磨屑分子量的下降幅度急剧变小。作者指出,聚四氟乙烯之磨损随温度的变化与其所处的力学状态有关。通过电子显微镜和电子探针对试样、偶件和磨屑的表面观察,作者提出了聚四氟乙烯薄带状磨屑的形成机理,认为它是由聚四氟乙烯分子链受剪拉伸成束及较弱的束断裂的形式所产生。     

在胎牛血清蛋白润滑环境下GO/UHMWPE复合材料的摩擦学性能研究

采用往复式滑动摩擦磨损试验机,考察了在胎牛血清蛋白(BSA)润滑环境下,氧化石墨烯/超高分子量聚乙烯(GO/UHMWPE)复合材料的摩擦学性能.试验结束后,利用高分辨扫描电子显微镜(HR-SEM)和Micro-XAM非接触式三维表面轮廓仪观察试样表面磨痕并计算相应的磨损率.结果表明:在BSA润滑环境下,相对纯UHMWPE,尽管无机增强填料GO的添加可以显著降低复合材料的稳态摩擦系数(COF),但是随GO含量增加无明显变化.然而,复合材料的体积磨损率(WR)却随GO含量增加呈现出逐渐减小的趋势.因此无机填料GO可以显著改善UHMWPE在BSA润滑环境下的摩擦学性能.     

高速车削300M超高强度钢时的Al2O3 基陶瓷刀具磨损机理研究

使用Al2O3基陶瓷刀具对300M超高强度钢进行了干切削试验,采用电子扫描显微镜（SEM）观察刀具的磨损形貌,并通过能谱分析仪（EDS）测量了陶瓷刀具磨损微区的各元素含量,分析了陶瓷刀具的主要磨损机理.结果表明：陶瓷刀具磨损的主要机理为粘结磨损、磨粒磨损和氧化磨损.粘结磨损主要发生在前刀面上,且受刀具材料和工件材料接触点应力状态的影响.刀具前、后刀面的磨损边缘区易发生氧化磨损.