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．     

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.     

高岭土填充改性超高分子量聚乙烯的浆体冲蚀磨损特性

分别采用机械混合和釜内聚合方法在UHMWPE基体上填充高岭土,制得两类UHMWPE／Kaolin复合材料,考察了两类UHMWPE／Kaolin复合材料的浆体冲蚀磨损特性及其与冲击速度和高岭土含量之间的关系,通过对磨损表面形貌的观察分析,探讨了UHMWPE／Kaolin复合材料的磨损机理。结果表明,采用聚合方法制备的含高岭土约6．6％（质量分数）UHMWPE／Kaolin复合材料的浆体冲蚀磨损性能优于UHMWPE,是一种有应用前景的复合材料。     

仿生多孔超高分子量聚乙烯的摩擦磨损性能研究

模拟天然关节软骨中"多孔可渗透软垫层"的特征,采用模板-滤取工艺制备具有多孔结构的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)仿生人工软骨材料,采用改进的四球摩擦磨损试验机研究多孔结构和UHMWPE分子量对试样摩擦磨损性能的影响,利用扫描电子显微镜观察多孔材料的表面形貌并分析其磨损机理.结果表明,多孔结构能够提高UHMWPE试样在牛血清润滑条件下的耐磨性.试样的孔隙率约为27%,UHMWPE分子量的改变对试样的失重和孔隙率影响不大,但能够略微降低多孔UHMWPE试样的磨损量.在干摩擦条件下,多孔试样的磨损量比普通试样高66.9%,在牛血清润滑下的磨损量比普通UHMWPE低46.6%.UHMWPE的多孔结构能够提高UHMWPE试样表面的润滑性能,降低其磨损量.     

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.     

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.     

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     

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     

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。     

γ射线辐照聚四氟乙烯复合材料的结构和摩擦磨损性能研究

通过γ射线辐照聚苯酯改性聚四氟乙烯(PTFE/POB)复合材料,利用红外光谱、X射线衍射、DSC等对辐照前后材料的化学组成、结晶结构等进行了表征,并与γ射线辐照纯PTFE材料作对比,考察了热稳定性能、拉伸性能和摩擦磨损性能. 结果表明:γ射线辐照并未造成PTFE/POB 材料的化学组成和热稳定性能的明显变化,但使得PTFE分子量降低,结晶度增大;相比纯的PTFE材料,POB的加入一定程度上提高了PTFE的抗辐照能力,延缓了PTFE分子量下降程度和再结晶化能力. 辐照对PTFE/POB材料的耐磨性能影响并不显著,但摩擦系数均有不同程度的降低,且随着辐照剂量的增大,呈现先增大后减小的变化趋势,这与辐照后PTFE的分子量、结晶度及带晶尺寸变化,以及POB自身的抗辐照能力等密切相关.      

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.     

聚丙烯和二硫化钼对超高分子量聚乙烯复合材料摩擦磨损性能的影响

采用模压法制备了聚丙烯(PP)和MoS2填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料;在MM-200型摩擦磨损试验机上考察了UHMWPE/PP/MoS2复合材料的摩擦磨损性能;采用扫描电子显微镜观察分析复合材料磨损表面形貌.结果表明:单独添加MoS2可以提高UHMWPE的抗磨性能,但摩擦系数增大、力学性能降低;而采用PP和MoS2对UHMWPE进行改性可以显著改善加工性能;72.7%UHMWPE/18.2%PP/9.1%MoS2三元复合材料的加工性能、承载能力和长时抗磨性能明显优于UHMWPE;UHMWPE主要发生粘着磨损和疲劳磨损;而72.7%UHMW-PE/18.2%PP/9.1%MoS2三元复合材料在相同试验条件下同钢对摩时仅发生轻微塑性变形.     

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.     

聚四氟乙烯及其复合材料的转移与磨损

本文对聚四氟乙烯(PTFE)的分子特征与结构特性、PTFE的转移行为及对其磨损的影响、影响转移膜生成的因素、PTFE转移膜与底材相互作用的本质,转移膜剥落形成磨屑的考察、PTFE结晶度对粘着磨损及摩擦的影响和PTFE基复合材料的特性及其摩擦学性能等进行了综述介绍。     

碳黑填充超高分子量聚乙烯复合材料摩擦磨损性能研究

采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了载荷及偶件表面粗糙度对碳黑填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料摩擦磨损性能的影响；利用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：同UHMWPE相比，碳黑填充UHMWPE的磨损质量损失随载荷增加而增大的幅度较小；偶件表面粗糙度对碳黑填充UHMWPE复合材料的摩擦磨损性能影响较大，随着偶件表面粗糙度的增大，摩擦系数和复合材料的磨损质量损失均显著增大．UHMWPE及其碳黑填充复合材料在干摩擦条件下同45“钢及SiC喷涂层涂覆45“钢对摩时主要呈现犁削和塑性变形特征，犁削和塑性变形程度随载荷和偶件表面粗糙度增加而加剧。     

液晶微纤原位增强PTFE复合材料抗磨性能与磨损机理

将热致型液晶与ＰＴＦＥ混合,用模压烧结法制备出新型原位复合材料,摩擦磨损试验结果表明该复合材料具有优良的抗磨性能,研究表明：液晶在ＰＴＦＥ中以微纤形态存在,能很好地起到承载作用,并有利于偶件表面薄而瓣转移膜的形成,从而改善复合材料的摩擦学性能并减轻偶件表面的损伤,液晶含量较低时,复合材料的磨损机理主要为擦伤与粘着,液晶含量较高时,其磨损机理主要为疲劳剥落。     

滑动模式对超高分子量聚乙烯摩擦磨损行为的影响

在自行研制的髋关节模拟试验机上,以交叉滑动及单向滑动2种方式对比考察了蒸馏水润滑条件下超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察分析了UHMWPE的磨损表面形貌并探讨其磨损机理.结果表明:在相同载荷条件下,UHMWPE在交叉滑动方式下的磨损率明显高于单向滑动方式;在交叉滑动方式下,UHMWPE的主要磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损及塑性变形引起的表层剥落,而在单向滑动下其磨损形式主要为磨粒磨损伴随着少量的疲劳剥片;不同滑动方式所导致的磨损机理差异是造成UHMWPE磨损性能变化的主要原因.与其它试验方式相比,在髋关节模拟试验机上所得出的试验数据更接近临床观测结果.