Inconel 690合金高温微动磨损特性研究

采用SRVⅣ高精度微动磨损试验机研究核电材料Inconel 690合金的高温微动磨损行为和机制.结果表明:温度升高使摩擦系数和磨损量逐渐减小;温度升高至270℃,微动区域特性由完全滑移区转变为部分滑移区;室温下,由剥层造成的表面磨损占主导地位,随着温度的升高,疲劳裂纹的萌生和扩展为微动的主要破坏机制.摩擦氧化主要发生在滑移区,中心黏着区相对很少.在部分滑移区,疲劳裂纹萌生在黏着区与微滑区交界处.室温下亚表层更易出现剥层,高温下更易形成压实的氧化层.     

载荷对304不锈钢微动磨损性能的影响

采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机,研究了在干摩擦和水介质润滑条件下,载荷对304不锈钢微动磨损行为的影响,用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱(EDS)对磨损表面形貌和成分进行分析.结果显示:载荷和介质对微动摩擦行为和磨损机理有显著影响.在干摩擦下,载荷明显改变了微动运行区域,当载荷增大到50 N时微动运行区域由滑移区变为部分滑移区.摩擦系数和磨痕深度随着载荷的增加依次减小.磨损机理由黏着、磨粒和氧化磨损转变为局部疲劳和轻微氧化.同干摩擦相比,由于水介质的润滑和冷却作用,表面黏着被抑制,摩擦系数显著减小,两接触面间易滑移,部分滑移区消失.随载荷的增大磨痕深度增大,因腐蚀与磨损的交互作用,在海水中的磨痕深度比去离子水中略大.磨损机理主要为磨粒磨损和轻微的腐蚀磨损.     

环境气氛与温度对钴基碳化钨超音速火焰喷涂(HVOF)层磨损行为的影响

采用球/盘试验机研究WC-12Co和WC-17Co超音速火焰喷涂(HVOF)层在大气和Ar气环境中室温至650℃的磨损行为,结合磨痕形貌的SEM观测、成分的EDX和氧化物相的Raman光谱分析,探索涂层氧化和磨损的相互关系.结果表明:氧在WC-Co涂层的磨损过程中发挥至关重要的作用.在大气环境中,WC-Co涂层在室温至550℃形成的氧化物能减轻磨损,属氧化抑制磨损;650℃时氧化剧烈,涂层磨损严重,属氧化加速磨损.在Ar气环境中,WC-Co涂层在室温至550℃范围内的磨损严重程度远高于大气环境中试验的结果;由于高温下磨痕表面仍会生成少量氧化物,致使涂层的体积流失量呈现随温度升高而下降的特征;650℃时涂层的强烈氧化受到抑制,使其体积流失量甚至低于大气环境中的损失量.因此,乏氧环境中WC-Co涂层无论是在常温还是高温条件下均不宜作为耐磨涂层应用.     

矿用钢丝在腐蚀介质环境下的微动行为研究

钢丝绳中钢丝的锈蚀、磨损或断裂是造成矿井用钢丝绳失效的主要形式。以6×19点接触式提升钢丝绳为研究对象,在自制的微动摩擦磨损试验机上开展钢丝在腐蚀介质环境下的微动磨损试验研究。考察钢丝在模拟矿井淋水腐蚀介质中的微动运行特性,通过磨痕测量微动磨损量,采用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪对钢丝的微动损伤机理进行分析。结果表明：腐蚀介质影响钢丝的微动运行区域,在干摩擦和中性腐蚀介质下运行于混合区,而在酸性和碱性腐蚀介质下运行于滑移区;腐蚀介质明显降低钢丝的摩擦系数,其中酸性介质下的摩擦系数最小,约为0.36;腐蚀与磨损的交互作用显著加速了材料的流失,酸性腐蚀介质下钢丝的磨痕深度最大;钢丝在干摩擦条件下的损伤机制以材料的塑性变形、粘附涂抹和摩擦氧化为主,而在腐蚀介质环境下的损伤机制转变为磨粒磨损和化学腐蚀。     

低温环境下矿井提升钢丝绳摩擦磨损特性研究

为探究低温环境下矿井缠绕提升钢丝绳之间的滑动摩擦磨损特性,使用自制的低温环境钢丝绳摩擦磨损试验装置,以6×19+FC钢丝绳为研究对象,探究低温环境下干摩擦和水油润滑状态下钢丝绳的摩擦磨损特性. 研究结果表明:干摩擦时,摩擦系数随环境温度的降低小幅增大,在?25 ℃时达到最大值,约0.85. 油水润滑状态时,摩擦系数、磨损面积和磨损深度均明显小于干摩擦状态,平均磨损面积减小了约3倍,平均磨损深度减小了约7倍,平均摩擦系数随环境温度的降低先增大后减小,在?15 ℃时达到最大值,约0.35. 此外,随着温度的降低,干摩擦状态时钢丝绳的磨损机理由氧化磨损和磨粒磨损转变为疲劳磨损和黏着磨损;油水润滑状态时,钢丝绳的氧化磨损减弱,黏着磨损先加重后减弱.      

一种高碳钢低温干摩擦行为的研究

在20 ℃至-55 ℃范围内以球-盘摩擦形式考察了一种1.08%C高碳钢在滑动速度0.319 m/s,载荷在0.5～2.5 N下与GCr15钢球干摩擦时的摩擦磨损行为,利用SEM、EDS、XPS等观察了磨痕形貌,考察了磨屑中氧含量的变化,分析了摩擦氧化反应.结果发现,与常温环境相比,在0 ℃以下的低温环境显著提高了该钢铁摩擦副之间的摩擦系数,且摩擦系数基本不随温度发生变化.随着温度的降低该高碳钢的磨损量增加,黏着磨损程度增强,屑中氧含量减小.分析认为温度的降低伴随着湿度的降低,低温、低湿度环境减弱了摩擦氧化反应,减少了起隔离作用的金属氧化物的生成,加剧了摩擦副之间的黏着,从而导致摩擦系数和磨损量增大.     

氧气气氛中CrNiMO钢的高温高速干滑动摩擦磨损性能

采用MMS-1G型高温高速摩擦磨损试验机研究了不同温度条件下处于氧气气氛中的CrNiMo钢高速干滑动摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜和能谱仪对磨损表面的形貌和成分进行表征,并对其磨损机制进行分析.结果表明,在室温条件下,CrNiMo钢的摩擦磨损性能受环境气氛的影响较大,并受控于摩擦表面所产生的氧化膜,其磨损机制主要为磨粒磨损和氧化磨损;而在高温氧气环境中,气氛对CrNiMo钢的摩擦磨损性能影响减弱,较高的环境温度恶化了摩擦副的传热能力,磨损机制受控于环境温度,其磨损机制主要为氧化磨损和黏着磨损.     

位移幅值对690合金管/405不锈钢块切向微动磨损特性的影响

采用自制的微动磨损试验机,开展了690合金管/405不锈钢的切向微动磨损试验,研究了位移幅值(15、30、80和200 μm)对其微动磨损特性的影响. 试验结果表明:当位移幅值改变时,微动运行状态会发生改变. 当位移幅值为15 μm时,微动状态为部分滑移区,此时摩擦系数最小,磨损率最低,微动损伤最轻微;当位移幅值为30 μm时,微动运行于混合区,摩擦系数明显高于部分滑移区;而当位移幅值为80和200 μm时,微动运行于完全滑移区,稳定阶段的摩擦系数与混合区的接近. 总体而言,随着位移幅值的增大,磨痕宽度增大,磨损加剧,磨损体积增加. 部分滑移区的磨损机制主要为黏着磨损和剥层,混合区主要的磨损机制为剥层,而完全滑移区的磨损机制主要为剥层磨损和磨粒磨损.      

扭动微动条件下含水气氛对氧化行为的影响

对7075铝合金/GCr15摩擦副在不同湿度条件下扭动微动的损伤行为、氧化行为进行了研究.建立了7075铝合金在不同湿度条件下的扭动微动运行工况微动图.采用SEM、XPS对不同湿度环境下的磨损机制、氧化行为及其影响因素进行了分析.结果表明:湿度对7075的扭动微动运行存在显著影响,随着湿度的增加,摩擦扭矩明显降低;部分滑移区的磨损发生在接触边缘,损伤轻微;混合区和滑移区发生强烈的塑性变形,损伤严重,其主要磨损机制是磨粒磨损和剥层;潮湿空气增加了界面滑移,反应生成的氧化磨屑起到了润滑剂的作用,减轻了磨损.     

铜石墨合金材料在载流条件下的摩擦磨损行为研究

采用冷压烧结粉末冶金法,以300 MPa的压力进行初压,在氢气保护气氛下于烧结温度为950 ℃,3 h下烧结,然后冷却至室温后再以300 MPa的压力进行复压制备出铜石墨合金材料.通过电滑动磨损试验及扫描电子显微镜分析等方法研究了铜石墨合金材料的磨损性能,探讨其磨损机制.结果表明:在试验参数范围内,试样的磨损量随着试验载荷、速度及电流密度的增加而增大;在载流条件下电流产生的电弧热是其磨损量增加的主要因素;石墨和铅以单质形式存在有利于摩擦副之间的润滑和提高其耐磨性能;合金的磨损机制主要为磨粒磨损、电侵蚀磨损和黏着磨损.     

等离子堆焊Stellite合金高温摩擦磨损特性研究

采用等离子堆焊技术在气门用钢基体上制备了Stellite 1和Stellite F合金堆焊层,对堆焊层的金相组织、物相组成和硬度等进行了研究,在MMU-10G高温端面摩擦磨损试验机上考察了不同温度条件对2种堆焊层摩擦磨损性能的影响,并分析了堆焊层的磨损机理.结果表明:高温条件下,随着温度的上升,2种合金堆焊层的摩擦系数增大,磨损体积减小;温度为400℃时,Stellite 1和Stellite F合金堆焊层分别产生了大量的疲劳裂纹和宽大的犁沟,磨损较为剧烈;温度为500和600℃时,2种合金堆焊层磨损机制相似,主要磨损机制分别为疲劳剥落和磨粒磨损;氧化膜的快速形成以及上试样硬度的下降减小了磨损,磨痕中心区域变窄,磨痕边缘的磨屑不断堆积并被碾压产生了严重的黏着磨损,导致摩擦系数增加.     

温度对7A04铝销-50CrMo4钢盘摩擦副干滑动摩擦磨损行为的影响

针对7xxx铝合金温热成型过程中模具磨损等问题,本文作者研究了不同温度对7A04铝销-50CrMo4钢盘摩擦副干滑动摩擦磨损行为的影响.采用光学显微镜、3D光学轮廓仪和扫描电子显微镜等对试样的微观组织、磨痕形貌、磨损亚表层组织以及磨屑形貌进行了表征.结果表明,随着试验温度的升高,摩擦系数先降低后升高. 7A04铝销的磨损率先减小后增大;其磨损机制以磨粒磨损为主. 50CrMo4钢盘的磨损率先增大后减小,在225℃时降至最低;其室温下的磨损机制为磨粒磨损、胶合黏着磨损和剥层磨损的混合磨损机制,温度从125℃升至175℃时转变为轻微磨粒磨损和一般黏着磨损的混合磨损机制;各温度下均存在明显的材料转移现象. 7A04铝销在125℃时开始出现机械混合层,伴随有明显的氧化现象,这将导致在225℃下机械混合层结构变得疏松且易剥落.在225℃下50CrMo4钢磨损亚表面的变形晶粒区和动态再结晶区厚度增大,表面硬度下降,塑性增加,形成长条状的切屑. 7A04铝销表面机械混合层的氧化及塑性变形层的变化与50CrMo4钢磨损表面动态再结晶的变化决定了在不同温度中2种材料各具有不同的磨损率与磨损形式.     

超音速火焰喷涂WC-Co层的高温氧化对摩擦磨损性能的影响

针对WC-12Co和WC-17Co超音速火焰喷涂层(HVOF),采用球/盘试验机研究其在大气环境下从室温至800℃的摩擦磨损性能,并结合涂层的氧化试验、氧化产物的XRD和Raman光谱分析、磨痕表面SEM观测,探索高温氧化对涂层摩擦磨损机制的影响.结果表明:WC-Co涂层在350 ～450℃时的摩擦磨损主要受Co氧化物的控制,体积流失小,为轻微氧化磨损;高于500℃时,WO3增多,虽有利于减摩却因消耗WC使涂层耐磨损性能下降;摩擦作用促进CoWQ的形成,这种钨钴双氧化物能够降低摩擦,减轻磨损,使涂层在600 ℃高温下仍维持良好的摩擦学性能;在更高温度条件下氧化剧烈,涂层性能迅速恶化而发生严重磨损,不宜作为耐磨涂层使用.Co含量较高的WC-Co涂层具有更好的高温耐磨性.     

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.     

干燥和酸性条件下钢芯铝绞线磨损特性研究

在自制导线微动磨损试验机上考察了钢芯铝绞线在干燥和酸性2种典型气候条件下的微动磨损行为,利用扫描电子显微镜和铁谱显微镜分析了试样导线内外层线股接触区的表面形貌和磨损微粒的形貌、尺寸等.结果表明：2种试验条件下靠近线夹处的导线磨损机理主要为黏着和疲劳剥落,中间导线段的磨损机理主要为黏着和磨粒磨损,酸性条件下导线内还存在明显的腐蚀磨损.     

碳纤维切向微动磨损特性研究

在自制的多功能微动腐蚀试验机上,通过改变法向载荷和位移幅值,以碳纤维为研究对象开展球-面接触模式下的微动磨损试验. 建立了微动运行工况图、F_t-D曲线和摩擦系数曲线,探究了碳纤维的微动磨损运行特性;结合光镜(OM)、扫描电镜(SEM)、白光干涉仪和X射线光电子能谱(XPS)对磨损形貌及磨屑成分进行了分析,探究了碳纤维的微动磨损机理. 结果表明:随法向载荷的减小、位移幅值的增加,微动磨损区域由部分滑移区、混合区向滑移区转变. 摩擦系数随法向载荷的增加而减少,随位移幅值的增加而增加. 磨损体积随法向载荷和位移幅值的增加而增加;在部分滑移区和混合区,磨损率随载荷的增加而减小,在滑移区,磨损率存在波动,但依旧呈上升趋势. 混合区和滑移区的磨损机理为磨粒磨损、剥层和氧化磨损,但混合区氧化磨损较为严重. 位移幅值和法向载荷对碳纤维微动磨损行为影响较大,对摩擦系数以及磨损体积也有较为显著的影响. 混合区和滑移区微动磨损机理主要表现为磨粒磨损、剥层和氧化磨损.      

MoSi_2高温磨损行为的配副特性研究

在XP-5型高温摩擦磨损试验机上考察了MoSi2与Al2O3、SiC和Si3N4配对副在1000℃大气环境不同滑动速率下的摩擦磨损行为,利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了试样的磨损表面形貌和相组成.结果表明:随着滑动速率的增加,摩擦系数和MoSi2的磨损率均呈下降趋势,SiC为更适合于MoSi2的高温配对副材料.与Al2O3配对时,MoSi2的磨损机理主要表现为黏着和氧化;与SiC和Si3N4配对时,MoSi2的磨损机理为研磨、轻微氧化和点蚀.     

n-ZrO2/Ni复合电刷镀层的微动磨损行为

利用电刷镀技术制备n-ZrO2/Ni复合镀层,研究复合镀层与GCr15配副从室温到500 ℃的微动磨损行为,探讨了复合镀层的微动磨损机理.结果表明:随着试验温度升高,由于磨损表面发生摩擦氧化反应,形成具有固体润滑作用的氧化物保护层,使得其摩擦系数逐渐降低,当试验温度为500 ℃时,氧化物保护层大面积脱落导致摩擦系数上升;复合电刷镀层的显微硬度随温度升高而显著下降,导致其抗磨损性能降低;复合电刷镀层在室温下的微动磨损失效机理主要以剥层磨损为主,在200 ℃以上主要为剥层磨损,并伴有一定程度的粘着磨损.     

载荷及位移幅值对DLC薄膜微动磨损行为的影响

为了提高TC4钛合金表面的抗微动磨损性能,在本文中采用非平衡磁控溅技术(Unbalanced Magnetron Sputtering)在TC4钛合金表面沉积了类金刚石(DLC)薄膜. 采用球/平面接触形式研究了DLC薄膜的微动摩擦磨损行为. 在不同法向载荷和位移幅值下,结合微动运行工况图研究了DLC薄膜滑移状态和损伤机理. 利用原子力显微镜、纳米压痕仪、激光拉曼光谱仪、激光共聚焦显微镜、场发射扫描电子显微镜和SRV-V微动摩擦磨损试验机等设备对DLC薄膜进行性能的表征和微动摩擦磨损性能测试. 通过微动图,摩擦耗散能,磨痕形貌、化学成分分析揭示其损伤机理. 结果表明:载荷和位移幅值对DLC薄膜微动摩擦磨损行为和损伤机理有显著影响. 当位移幅值为25 μm 时,微动运行于混合滑移(mixed slip regime,MSR)情形下,当位移幅值为100 μm时,微动运行于完全滑移(gross slip regime,GSR)情形下. 小位移幅值时,DLC薄膜磨损机理是磨粒磨损为主;大位移幅值时,DLC薄膜磨损机理是黏着磨损为主. 干摩擦条件下,DLC薄膜有良好的抗微动磨损性能,关键就在于其优异力学性能和自润滑特性.      

电流作用对铜镁合金弯曲微动疲劳损伤特性的影响

采用自主研制的试验装置,研究了铜镁合金在不同电流强度条件下的弯曲微动疲劳损伤演变规律.运用红外线热成像仪测试电流条件下微动接触区温度分布情况;利用白光干涉仪、扫描电镜、电子探针、X射线光电子能谱仪对试样接触损伤区的微观形貌和化学行为进行分析.试验结果表明:在相同循环次数下,随着电流强度的增加,铜镁合金弯曲微动疲劳寿命逐渐降低,接触区温度逐渐上升,接触损伤区尺寸增大,剥落层逐渐细化,接触损伤区氧化程度越来越严重,氧化磨屑的主要成分为CuO和Cu₂O;主要损伤机制为氧化磨损、黏着磨损和剥落.