三种有机酸处理后人牙釉质的磨损性能研究

采用3种不同pH值的有机酸溶液处理成人天然牙试样，以人造瓷牙为摩擦偶件，通过在微动摩擦磨损试验机上模拟人类咀嚼运动，对比考察了天然牙釉质的磨损性能；结合硬度和断裂韧性变化、表面形貌及元素组成分析，探讨了各组酸处理对牙釉质摩擦磨损性能的影响机理。结果表明：除pH=4.0的苹果酸以外，经其他酸以外，经其他酸处理后牙釉质的磨损比经水处理后牙釉质的大；经pH=4.0的苹果酸、柠檬酸和乳酸处理后牙釉质的磨损依次增大；而经pH=2.0的3种酸处理后牙釉质的磨损相差不大。酸处理后牙釉质的磨损形式以磨粒磨损和疲劳断裂磨损为主，不同酸腐蚀对磨屑形成机理和尺寸以及釉质表面硬度影响不同，因而各组牙釉质的磨损不同，当酸性较强时，不同种类的酸对牙釉质磨损影响的差别减弱。     

AZ91镁合金及其Al2O3纤维-石墨颗粒混杂增强复合材料的滑动摩擦磨损性能研究

利用挤压铸造法制备了单-A12O3短纤维增强及A12O3短纤维一石墨(Gr)颗粒混杂增强AZ91镁合金复合材料，考察了镁合金及其复合材料的滑动摩擦磨损性能．结果表明，复合材料的耐磨性能优于基体合金，其中单一A12O3短纤维增强复合材料的耐磨性能更优，而混杂Gr颗粒的复合材料在磨损表面不能形成自润滑薄膜，故不能改善镁基复合材料在滑动干摩擦条件下的摩擦磨损性能．基体合金和单一A12O3短纤维增强复合材料的主要磨损机制为犁削磨损，而A12O3-Gr颗粒混杂增强复合材料的主要磨损机制为犁削和剥层破坏．     

羟基硅酸镁复合粉体润滑油添加剂对钢-钢摩擦副的抗磨自修复机理

以羟基硅酸镁复合矿物粉体作为润滑油添加剂,采用MM-200型环-块摩擦磨损试验机研究了45^#钢摩擦副的减摩抗磨性能;采用扫描电子显微镜观察了钢环磨损表面和润滑油所含添加剂颗粒的形貌,采用能谱仪分析了钢环磨损表面成份,采用表面形貌仪测定了钢环磨损表面粗糙度,进而探讨了复合矿物粉体添加剂的抗磨自修复机理.结果表明:羟基硅酸镁复合矿物粉体添加剂对钢-钢摩擦副具有良好的减摩抗磨作用.在基础油(46^#机油)润滑条件下,随着载荷的增加,磨损机制由轻微擦伤转变为严重擦伤和黏着磨损.在含添加剂的油润滑条件下,较低载荷下钢环磨损表面发生轻微擦伤,且擦伤程度比基础油润滑下的更轻;而在较高载荷条件下钢环磨损表面非常光滑,呈现轻微的黏着磨损迹象.其原因在于在较低载荷条件下,添加剂在摩擦过程中可发生团聚形成大小不一的球状团聚体,球状团聚体可起到微球轴承的作用,使钢-钢摩擦副由滑动接触状态转变为滚动接触状态,从而显著降低摩擦系数,提高抗磨性能.而在较高载荷下,羟基硅酸镁复合矿物粉体添加剂易在钢-钢摩擦副磨损表面形成自修复抗磨层,从而隔离金属表面的直接接触,起到良好的减摩抗磨作用.     

强酸侵蚀对钠钙硅玻璃表面改性及其磨损性能研究

使用水接触角测量仪、红外光谱仪、纳米压痕仪和显微硬度计,探究了侵蚀处理时间对钠钙硅玻璃在强酸(pH=1,HCl溶液)和纯水侵蚀条件下机械化学性能的变化规律. 采用多功能往复式摩擦磨损试验机,以SiO₂球为对摩副,分析了钠钙硅玻璃在不同侵蚀条件下的磨损行为. 研究发现:经去离子水侵蚀24和50 h后,钠钙硅玻璃的机械化学性能变化不明显,而经强酸侵蚀的钠钙硅玻璃的断裂韧性显著增大,但其纳米硬度、等效弹性模量、维氏硬度和在潮湿空气(RH=50%)下的磨损性能降低. 酸性液体对钠钙硅玻璃性能的影响与Na+析出后玻璃表面形成的侵蚀层密切相关. 与纯水环境相比,钠钙硅玻璃表层Na+在强酸侵蚀时更易被析出,表面化学结构变成“富SiO₂”,同时玻璃表面变得更亲水,磨损过程产生的磨屑易于吸附在摩擦界面,从而导致界面磨损形式由摩擦化学磨损转化为黏着磨损,最终使钠钙硅玻璃的耐磨性降低.      

油溶性纳米Cu在微动磨损条件下的自修复行为与机理研究

将质量分数为1%的油溶性纳米铜分散于SJ 15W/40汽油机油中并以SJ 15W/40汽油机油为参比油、采用SRV型微动摩擦磨损试验机考察了油溶性纳米铜添加剂的摩擦磨损自修复行为.用表面轮廓仪、显微硬度计、扫描电子显微镜以及X射线光电子能谱仪等对摩擦副磨损表面进行了分析.结果表明,在本试验条件下,与参比油相比,添加油溶性纳米铜的SJ 15W/40汽油机油的摩擦系数和磨损体积损失均有大幅降低,且在达到一定试验时间和载荷后出现磨损负增长,表现出了明显的磨损自修复效应.油溶性纳米Cu能够改善摩擦副的表面磨损状况,使其得到整平和修复,其机理主要为软金属纳米颗粒(纳米Cu颗粒)在摩擦过程中由于物理、化学和电化学等作用而沉积于摩擦表面,形成含有单质铜的自修复沉积膜,从而起到了磨损自修复作用.     

含亚稳残余奥氏体HSLA TRIP钢的摩擦磨损性能研究

在SST-ST型销-盘摩擦磨损试验机上对特殊工艺热处理、成分为0.22C-1.50Si-1.65Mn的新型相变诱发塑性(HSLA Si-Mn系TRIP)钢的摩擦磨损性能进行研究,采用X射线衍射技术分析了摩擦过程中钢中残余奥氏体的变形诱发转变行为.结果表明,在本试验条件下,与相同成分并在两相区双相化处理的双相钢相比,TRIP钢具有较低摩擦系数和较好耐磨性.由于HSLA Si-Mn系TRIP钢中亚稳残余奥氏体在摩擦应力作用下的变形诱发相变作用,使得其磨损区的大量残余奥氏体向马氏体转变,一方面松弛了磨损表面的内应力,另一方面转变的马氏体使基体强化,从而使其具有较好摩擦磨损特性.     

近单一FCC相AlCoCrFeNi高熵合金的常温摩擦学行为及典型磨损机制

采用SRV-Ⅳ型微动摩擦磨损试验机对近单一面心立方(FCC)相AlCoCrFeNi高熵合金及其抛丸试样在常温下的摩擦磨损性能和行为进行了较详细的考察. AlCoCrFeNi高熵合金的磨损量随摩擦频率和法向载荷的变化均大体呈现正相关性.随着摩擦频率升高(6～40 Hz)，该高熵合金摩擦界面的原子排列由主要沿(100)晶面逐渐转变为沿(111)晶面，表现出显著的择优取向，其主要磨损机制由氧化磨损和分层磨损逐步过渡到塑性变形和分层磨损；拉曼光谱分析表明该合金在各摩擦频率(除30 Hz外)下形成的磨痕中存在复杂氧化物，其结晶构造与Al₂O₃和Cr₂O₃相似.随着法向载荷不断增大(10～200 N)，该合金摩擦界面的晶粒更加细化，摩擦界面的原子排列更加趋向沿(111)晶面，其主要磨损机制由氧化磨损过渡到疲劳磨损，最终转变为黏着磨损.由于细晶强化作用，经抛丸处理后该AlCoCrFeNi高熵合金表面显微硬度达403 HV，相比抛丸前提高近1倍.抛丸处理形成的表面强化层有利于降低合金的磨损，其厚度约为25μm.随着...     

摩擦热对Ti6A14V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Ti6A14V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Ti6A14V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：Ti6A14V的卢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Ti6A14V表面依次形成TiO、TiO2和V2O3；温度骤变促使Ti6A14V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Ti6A14V／GCr15摩擦副的摩擦磨损行为产生影响．     

堆焊熔敷层表面纳米晶层摩擦磨损性能研究

用预压力滚压技术在堆焊修复层表面制备纳米晶层.利用TEM、SEM分析技术研究表面纳米晶层微观结构,利用CETR-3型多功能摩擦磨损试验机考察在干摩擦条件下堆焊层表面纳米晶层的摩擦磨损性能.结果表明堆焊修复层表面经表面纳米化处理后,表面形成厚度约为10μm(晶粒尺寸小于100 nm)的纳米晶层,最表面层平均晶粒尺寸约为10 nm.纳米压痕试验表明纳米晶层的硬度提高,最表面纳米晶层的硬度约为原始堆焊层硬度的3倍.与原始堆焊试样相比,表面纳米化试样的摩擦系数降低了10%,磨损体积降低了25%~30%左右.表面纳米化样品的磨损机制由原始堆焊层的磨粒磨损和黏着磨损转变为磨粒磨损,分析表明晶粒细化导致的高硬度、低塑性是摩擦磨损性能改善和磨损机制改变的主要原因.     

Mg-3Al-0.4Si镁合金的高温磨损行为研究

在20~200℃温度下,利用销盘式磨损试验机研究Mg-3Al-0.4Si合金的磨损行为,评价载荷和温度对磨损速率的影响.应用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌以确定高温下的磨损机制,通过光学显微镜观察磨损亚表层组织演变,然后采用显微硬度计测量硬度变化.研究结果表明:随着磨损温度提高,Mg-3Al-0.4Si合金的磨损率随载荷增加而上升的趋势更为明显.其磨损行为可分为轻微和严重磨损,增加磨损温度显著降低轻微-严重磨损转变载荷.轻微-严重磨损前后的亚表层组织和硬度变化表明,摩擦热诱发磨损亚表层发生动态再结晶(DRX)组织转变引起的热软化是造成轻微-严重磨损转变的主要原因.     

等离子体沉积碳氟聚合物薄膜的纳米摩擦性能研究

利用原子力显微镜研究了感应等离子体刻蚀加工过程中单晶硅表面形成的不同厚度的碳氟聚合物薄膜的纳米摩擦特性，并针对几种不同的摩擦模式探讨了原子力显微镜探针在不同厚度的碳氟聚合物薄膜表面的摩擦行为．结果表明，同硅基体相比，聚合物薄膜的摩擦力信号明显较弱，薄膜的纳米摩擦特性同其厚度密切相关；碳氟聚合物薄膜在同Si3N4针尖接触过程中可向针尖表面转移，从而对针尖起修饰作用，以减轻微观摩擦磨损．     

γN相/Si3N4陶瓷球摩擦副在干摩擦条件下的磨损机制转变图

采用等离子体源渗氮技术在AISI 316奥氏体不锈钢表面制备γN相层.研究了γ_N相层/Si_3N_4陶瓷球摩擦副在球-盘式磨损仪、载荷2~8 N、滑动速度0.15~0.22 m/s干摩擦条件下的磨损行为,基于详细的磨痕表面和磨屑显微分析,通过响应面分析法建立γ_N相层在此状态下的磨损机制转变图.结果表明:γ_N相层在低载荷下的磨损机制主要是氧化磨损;而在较高载荷下的磨损机制主要是塑性变形和磨粒磨损.     

配副金属表面粗糙度对丁腈橡胶O型圈摩擦学特性的影响

UMT-3多功能摩擦磨损试验机上,以丁腈橡胶O型圈/316L不锈钢粗糙表面配副为研究对象,系统研究了配副金属表面粗糙度对丁腈橡胶摩擦学行为的影响,重点探讨了不同表面粗糙度下摩擦系数和磨损体积的变化规律、揭示了不同表面粗糙度下橡胶表面的损伤机制.结果表明:表面粗糙度对丁腈橡胶O型圈的摩擦磨损有重要影响;随着表面粗糙度的增加,稳定阶段的摩擦系数呈先降低后升高的变化趋势.当表面粗糙度在Ra为0.1μm左右时,丁腈橡胶表现出较低的摩擦系数和材料磨耗,磨损表面呈现出典型的花纹磨损特征;而过高或过低的表面粗糙度下丁腈橡胶均表现出较高的摩擦系数和材料磨耗,其磨损机制以黏着磨损和疲劳磨损为主.     

Cu—纳米TiB2原位复合材料的摩擦磨损性能

采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了Cu-纳米TiB2原位复合材料在滑动干摩擦条件下的磨损行为.结果表明:载荷和滑动速度对纳米TiB2颗粒原位增强Cu基复合材料的摩擦磨损性能有重要影响;随着载荷的增加,Cu-纳米TiB2原位复合材料的磨损率和摩擦系数增大;由于在较高载荷下发生表面开裂,TiB2增强相含量较高的原位复合材料的磨损由轻度磨损向严重磨损转化;在中等载荷下,表面保护性氧化膜和基体中纳米TiB2相使复合材料具有良好的抗软化能力,Cu-纳米TiB2原位复合材料的磨损率和摩擦系数随着滑动速度的增加而降低;在较高滑动速度下,复合材料的主要磨损机制为塑性流变和氧化磨损.     

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.     

等离子喷涂Al2O3-13wt.%TiO2涂层在干摩擦条件下的磨损机制转变图

研究了等离子喷涂AlO3-13wt.%TiO2涂层/WC硬质合金在干摩擦条件下,载荷为10～100 N和速度为0.1～0.5 m/s范围内涂层的磨损行为,并通过对涂层磨损表面的显微分析,建立了这种涂层的磨损机制转变图.结果表明:等离子喷涂AlO3-13wt.%TiO2涂层在低载荷低滑动速度条件下,即涂层的磨损率在0.1～1.0 mg/m条件下,磨损机制主要是塑性变形和显微犁削;在中速中载下,即涂层的磨损率在1.0～3.0 mg/m条件下,磨损机制主要是涂层的轻微断裂和颗粒剥落;在高速高载下,即涂层的磨损率在大于3.0 mg/m的条件下,磨损机制主要是涂层的断裂和剥层.     

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。     

团球共晶体增强奥氏体钢基自生复合材料的干摩擦磨损行为研究

利用MPX—2000型主轴盘—销式摩擦磨损试验机和扫描电子显微镜研究了团球状共晶体增强奥氏体钢基自生复合材料(EAMC)的干摩擦磨损行为．结果表明，根据EAMC的磨损量随载荷变化的关系，可以将其磨损划分为轻微磨损、严重磨损的过渡阶段和严重磨损等3个阶段，前2个阶段的磨损机制主要为磨粒磨损，而第三阶段的磨损机制为氧化磨损．同基体合金奥氏体中锰钢相比，在中、低载荷下，由于硬质相团球状γ (Fe，Mn)3C共晶体强化高韧性奥氏体基体具有基体和增强相的双重特性并发生二者的强韧性耦合，因此EAMC的抗磨性能优于基体合金；在高载荷下，剥落的共晶体使磨损表面产生局部变形，降低氧化激活能，使得EAMC的耐磨性降低．团球共晶体增强相可以有效减小试盘和试销的热量线扩散长度，增大摩擦热的散失空间，从而降低摩擦表面温度；此外，团球共晶体有利于EAMC在较高温度下依然保持室温时的强度，故EAMC发生严重磨损的外载荷高于基体合金奥氏体中锰钢．     

原位生成MoB增强Cu-Sn-Al合金复合材料的摩擦学性能研究

采用快速热压烧结方法成功制备了原位生成MoB增强的Cu-Sn-Al合金复合材料,研究了增强体添加含量对复合材料体系摩擦学性能的影响,并对其摩擦磨损机制进行了分析.研究表明：在Cu-5Sn合金基体中添加MoAlB陶瓷颗粒后,烧结过程中,层状结构MoAlB陶瓷中的Al元素能够扩散到基体中,生成原位MoB增强Cu-Sn-Al合金复合材料.此外,复合材料体系的硬度随着MoAlB添加量的增加逐渐提高,与Cu-5Sn合金相比,当添加MoAlB质量分数为30%时,复合材料硬度值提高了约5倍.同时,随着添加MoAlB陶瓷颗粒含量的增加,复合材料体系摩擦系数和磨损率逐渐降低,当添加的MoAlB陶瓷颗粒质量分数为30%时,复合材料摩擦系数和磨损率分别低至0.33和5.4×10^-5 mm³/(N·m).由于原位生成MoB颗粒的钉扎效应,在摩擦过程中能够抑制基体材料的塑性变形,使得材料体系的硬度显著提高,磨损率明显降低,摩擦过程中表面生成的摩擦氧化物,能够降低材料体系的黏着磨损和二体磨粒磨损,可以起到优异的抗磨减摩效应.     

水润滑条件下磨粒尺寸对橡胶密封副摩擦学行为的影响

磨粒磨损是各类机械橡塑密封装备的一种典型失效形式. 本文中开展了水润滑条件下磨粒尺寸对O型橡胶密封配副摩擦学行为的影响研究,分析了不同颗粒尺寸下的摩擦系数时变特性,探讨了不同运行阶段下的磨损形貌、颗粒运动特性和损伤失效机制. 结果表明:颗粒尺寸对橡胶/金属密封副的摩擦学性能有重要影响;研究发现了影响摩擦系数和损伤机制的两个颗粒尺寸临界值;当颗粒尺寸大于临界值约75 μm时,颗粒难以穿过密封界面,但少数颗粒能嵌入到摩擦副的接触区两侧,犁削作用下的金属表面产生较深的犁沟;当颗粒尺寸介于两临界值内时,接触副两侧形成“颗粒嵌入带”,颗粒以单独或颗粒群形式嵌入到橡胶内,尽管犁削了配副金属但也起到了良好的承载作用,表现出较低的摩擦系数并减缓了橡胶的磨损;当颗粒尺寸约小于另一临界值12.5 μm时,颗粒能较自由地通过摩擦界面,对配副金属表面起到了抛光效应,但也加速了橡胶的冲蚀磨损,橡胶磨损表面呈现“突脊-犁沟-突脊”交替特征,因此工程上应尽量避免此类现象的发生.