机械合金化法掺杂镍的碳质中间相结构及其高温摩擦磨损特性研究

采用机械合金化法在煤焦油沥青碳质中间相中掺杂元素镍,借助X射线衍射仪和激光Raman光谱仪研究了掺杂元素前后中间相的结构变化,利用SRV高温摩擦磨损试验机考察了机械合金化法掺杂元素镍的碳质中间相作为润滑油添加剂的高温摩擦磨损性能.结果表明:机械合金化掺杂元素镍后,中间相的结晶有序度下降、微晶石墨平面尺寸减小,表明机械合金化掺杂镍促使中间相向无定形结构转变;碳质中间相作为添加剂具有高温减摩抗磨效应,与原始态或高能球磨处理的碳质中间相相比,采用掺杂镍的碳质中间相作为添加剂时,其高温减摩抗磨效应更为明显且持续时间更长;碳质中间相的高温减摩抗磨效应与高温摩擦机械作用诱发的平面石墨微晶尺寸增加幅度有关.     

掺Ti/Ni碳质中间相的结构及其高温摩擦性能

利用机械合金化法将金属粉Ti/Ni掺入煤焦油沥青碳质中间相中,借助X射线衍射仪分析掺入金属前后碳质中间相的结构,采用MMU-5G型高温端面摩擦磨损试验机考察不同载荷下,以掺入金属的碳质中间相为润滑油添加剂的摩擦磨损性能,用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌,采用激光拉曼光谱仪分析磨损表面碳质材料的结构特征.结果表明:掺入金属Ti/Ni可以抑制碳质中间相因高能球磨处理引起的无定型化而起到催化石墨化作用,在较低温度下达到较好石墨化程度;采用掺入Ti/Ni的碳质中间相作为润滑油添加剂在载荷增加时,摩擦系数降低,摩擦稳定性增强,磨损程度下降,表现出良好的高温减摩抗磨性能;随着载荷增加,磨损表面碳质材料的有序程度增强,微晶石墨平面尺寸La值增大.     

硼化菜籽油润滑添加剂的摩擦磨损性能研究

对菜籽油进行化学改性制备出硼化改性菜籽油,利用红外光谱仪对其主要官能团进行鉴定,分别采用四球摩擦磨损试验机和SRV摩擦磨损试验机考察了以菜籽油为基础油,以硼化改性菜籽油为添加剂润滑下钢-钢摩擦副和钢.铝摩擦副的抗磨减摩性能,采用扫描电子显微镜观察钢球磨斑表面形貌,通过对铝合金磨痕表面分析,探讨硼化改性菜籽油添加剂的抗磨减摩机制.结果表明:以硼化改性菜籽油为添加剂,以菜籽油为基础油时钢·钢摩擦副和钢.铝摩擦副均具有良好的抗磨减摩性能,其润滑作用机制是由于长链菜籽油分子的载体作用、硼的缺电子性能及其二者的协同作用而在金属摩擦表面形成含硼、氧及碳等元素的表面保护膜.     

多烷基环戊烷对钢/钢摩擦副的润滑性能研究

合成了系列多烷基环戊烷,采用傅立叶变换红外光谱仪和核磁共振谱仪进行表征,确定为目标化合物,并测定产物的黏度、倾点和密度.将多烷基环戊烷用作润滑剂,在SRV摩擦磨损试验机上评价对钢/钢摩擦副的润滑作用,并利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱仪（XPS）分析钢块磨损表面形貌及化学状态.结果表明：多烷基环戊烷作为润滑剂对钢/钢摩擦副具有良好的减摩抗磨性能,其摩擦学性能受取代基的影响;取代基碳链越长,减摩效果越好;XPS结果显示低载荷时,MACs在摩擦副表面形成较为牢固的物理吸附膜,起到减摩抗磨的作用;随着载荷的增大,MACs借助于含Fe2O3和摩擦聚合物等的边界润滑膜来保护材料表面.     

一种可反应性纳米SiO2的制备和表征及其摩擦磨损性能研究

以正硅酸四乙酯为前驱体,以含不饱和双键碳链为修饰剂采用原位表面修饰法合成出1种可反应性纳米二氧化硅并对其结构进行表征;测定其透光率并得出在介质中的分散性;采用往复摩擦磨损试验机和四球摩擦磨损试验机考察纳米二氧化硅作为汽油机油添加剂的摩擦磨损行为,并用扫描电子显微镜及能量色散谱仪对其磨痕进行观察和分析.结果表明:SiO2 纳米微粒可以直接分散于基础油等油性介质中并具有良好的分散稳定性;作为润滑油添加剂表现出优异的抗磨减摩性能,并对磨损表面起到一定的修复作用.这是由于含双键有机物的存在,在摩擦过程中形成了聚合物膜而起到良好的减摩作用.     

骨科固定用镍钛形状记忆合金的摩擦磨损性能研究

采用SRV摩擦磨损试验机考察了GCr15钢对常用骨科手术用固定材料--NiTi形状记忆合金在干摩擦及润滑油和人工关节液润滑下的摩擦磨损性能,同时考察了热处理对NiTi形状记忆合金摩擦磨损性能的影响;采用扫描电子显微镜观察NiTi形状记忆合金磨损表面形貌,并利用示差热分析(DSC)确定了NiTi合金的相变温度.结果表明:经过热处理的NiTi合金的形状记忆相变温度与人体体温接近,但热处理使NiTi合金的抗磨性能下降; NiTi合金在摩擦过程中受摩擦热的影响发生相转变,使其抗磨性能提高.相对于医用人工关节润滑液及其它润滑油而言,双酯作为GCr15/NiTi合金的润滑剂表现出更好的减摩和抗磨能力.     

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.     

新型O-N型三嗪衍生物与磷酸三甲酚酯在菜籽油中的摩擦磨损复合效应研究

合成了一种新型无磷三正辛氧基取代三嗪衍生物(TONT),利用四球摩擦磨损试验机考察了单剂TONT、磷酸三甲酚酯(TCP)以及含不同质量分数的TONT和TCP的复合添加剂在菜籽油中的摩擦磨损性能;用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪观察分析了磨损表面形貌和元素化学形态.结果表明:所考察的添加剂均能够提高基础油的承载能力;在一定的条件下,单剂TONT和TCP能够有效地提高基础油的减摩和抗磨性能;TONT/TCP复配剂在基础油中表现出良好的抗磨和减摩效应,其在摩擦过程中发生物理、化学吸附的同时,与金属表面发生摩擦化学反应,生成无机盐和有机氮及含氮金属配合物,从而起到减摩抗磨作用.     

脲基功能化的咪唑无卤素离子液体对复合锂基润滑脂摩擦学性能的影响

合成了两种脲基功能化的咪唑无卤素离子液体DOSS-1和DOSS-4. 采用SRV-V微动摩擦磨损试验机和Bruker-NPFLEX表面非接触光学三维轮廓仪,考察这两种离子液体作为2号复合锂基润滑脂(G)的减摩抗磨添加剂的摩擦学性能. 摩擦测试结果表明:这两种功能化咪唑离子液体添加到2号复合锂基润滑脂(G)中均表现出优异的减摩抗磨性能. 在添加量同等条件下,长链的DOSS-4表现出优于DOSS-1的减摩抗磨性能. 当添加质量分数为3%时,DOSS-4和DOSS-1的减摩抗磨性能最佳. 利用表面轮廓和扫描电镜进一步分析了磨斑表面的形貌,同时结合X射线光电子能谱仪(XPS)进一步分析了磨斑表面主要化学元素组成,阐明其摩擦机理. 该离子液体能够显著地降低摩擦磨损是因其在摩擦副表面形成了含N元素和S元素的化学反应膜.      

新型无硫、磷有机钼化合物润滑油添加剂对钢/钢摩擦副摩擦磨损性能影响研究

合成出1种新的无硫、磷有机钼配位化合物(MCC),采用SRV摩擦磨损试验机评价所制备的有机钼配位化合物作为润滑油添加剂对钢/钢摩擦副摩擦磨损性能的影响,并探讨了其润滑机理.结果表明,所合成的有机钼配位化合物作为润滑油添加剂对钢/钢摩擦副具有较好的抗磨减摩作用,使钢/钢摩擦副的摩擦系数降低,磨损体积损失减小.磨损表面分析表明,在载荷和剪切力作用下,MCC在摩擦表面发生了剧烈的摩擦化学反应,并形成具有稳定结构的含钼氧化物化学反应膜,引起磨损表面硬度随载荷增加而增大,从而起到了抗磨减摩作用.     

载荷对Ni3Al基自润滑复合涂层摩擦学行为的影响

采用高能球磨结合喷雾造粒技术制备微米级球形Ni₃Al基复合粉末,利用等离子喷涂方法制备涂层后考察其在不同载荷(5、10和20 N)下宽温域内(25~800 ℃)的摩擦学性能. 用SEM、EDS和Raman分析磨痕、对偶销和磨屑的微观组织和物相组成,对比分析载荷对摩擦磨损机理的影响. 结果表明:25~200 ℃时,载荷增加促进了润滑相的“析出效应”,但载荷增至20 N时涂层发生塑性变形产生“封闭效应”,使涂层摩擦系数和磨损率随载荷增加呈先减后增的趋势;400~600 ℃时,载荷增加导致的摩擦热加速了氧化进程,降低磨损表面剪切强度,从而使摩擦系数和磨损率持续降低;800 ℃时,磨损表面形成富含NiCr₂O₄、Ag₂MoO₄和NiO的连续、光滑釉质层,但在20 N时局部过高的接触应力使润滑膜破裂而发生剥落,导致摩擦学性能下降.      

球形金属表面球磨制备石墨烯薄膜摩擦特性研究

采用球磨的方法实现了在钢球表面制备大面积连续的石墨烯薄膜,考察其随球磨时间变化,石墨烯薄膜在钢球表面的包裹程度、形貌变化、结构演变过程、结合性能及摩擦学性能. 研究表明:随着球磨时间的增加,石墨烯在钢球表面团聚减少,包裹更加均一,结构趋于有序;当球磨时间达到50 h时,在钢球表面形成分布均匀且大面积连续的石墨烯薄膜,使与含氢类金刚石碳薄膜组成配伍的平均摩擦系数从裸钢球的0.043降至0.022,磨痕深度和宽度都显著降低. 经胶带粘取100次或乙醇中超声清洗30 min后球磨制备石墨烯薄膜仍然粘附于钢球表面,在氩气环境下石墨烯薄膜表现出优于钢球的摩擦磨损性能.      

Al元素对Ni基合金摩擦学性能的研究

利用高能球磨和真空热压烧结技术制备了Ni Cr Mo和Ni Cr Mo Al两种不同的合金.研究了Al元素对合金的微观组织结构和机械性能的影响,考察了不同温度(RT~900℃)条件下合金的摩擦磨损性能,并对磨损机理进行分析.结果表明:Al元素的加入减少了合金粉末的团聚,促进了烧结过程中合金晶粒的长大,提高了合金的致密度和硬度;尤其在高温摩擦环境中,与Ni Cr Mo合金相比,含有Al元素的Ni Cr Mo Al合金能在摩擦表面形成由Mo O3、Ni O和Ni Mo O4等组成的摩擦层,且没有Cr2O3硬质相的生成,极大提高了其高温下的摩擦学性能.     

合金元素Ta、Ag对镍基合金机械性能和摩擦学性能的影响及机理研究

利用高能球磨和真空热压烧结方法制备了添加Ta和Ag的镍基复合材料. 考察了复合材料在宽温域范围内的摩擦磨损性能和力学性能,利用SEM、XRD等表征分析其物相组成、磨损机理及断裂机制. 结果表明: 热压烧结过程中,Ta与石墨模具中的C反应生成TaC陶瓷相并在基体中弥散分布;Ta、Ag的加入降低了材料的摩擦磨损,NiCrMoAl-Ta-Ag复合材料实现了在室温~800 ℃的连续润滑,室温时Ag提供润滑作用,中温时由磨屑和Ag形成局部润滑膜,800 ℃时磨损表面形成了含氧化物、钼酸银和Ag的润滑膜. 加入Ta极大提高了材料的机械性能,NiCrMoAl-Ta合金在室温~1 000 ℃具有优异的机械性能,归因于原位生成的TaC和Al₂O₃陶瓷相的弥散强化;材料的断裂机制随温度升高由微孔聚集型断裂转变为以微孔聚集型和氧化断裂为主的断裂.      

片状纳米石墨的制备及其作为润滑油添加剂的摩擦磨损性能

采用搅拌球磨法制备了平均直径1 μm、厚度10～20 nm的片状纳米石墨;利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射仪分析了片状纳米石墨的微观形貌和组织结构;利用四球和销-盘式摩擦磨损试验机考察了片状纳米石墨作为液体石蜡添加剂的摩擦磨损性能.结果表明,片状纳米石墨能够显著提高润滑油的抗磨性能及承载能力,降低摩擦系数,其最佳添加量约为50 ppm.     

20^#碳钢表面室温电解渗硫层的减摩性能

采用MPX-200型摩擦摩损试验机考察了碳氮共渗及室温电解硫化处理后20^#碳钢的摩擦学性能,探讨了在干摩擦条件下载荷、渗硫处理时间和滑动摩擦时间对渗硫层摩擦系数的影响。结果表明：室温电解渗硫层具有明显的减摩作用,并在一定程度上提高了材料表面的抗磨性能。表面层的X射线光电子能谱分析结果表明,其主要成分为硫化铁（FeS）。     

端铣Ti40阻燃钛合金的刀具磨损破损形态及其机理

分别采用油冷和低温喷雾射流冷却方法开展了涂层硬质合金刀具端铣Ti40阻燃钛合金试验,结合铣削力和铣削温度,对刀具磨损破损形态及其磨损机理进行了系统研究.结果表明:涂层硬质合金刀具在铣削Ti40阻燃钛合金时主要磨损形式为前刀面月牙洼磨损和后刀面边界磨损;前后刀面破损形态主要表现为涂层贝壳状剥落、裂纹和微崩刃.磨损机理主要是黏结磨损、磨粒磨损、氧化磨损及疲劳破损的综合作用.铣削高温是造成硬质合金刀具快速磨损的主要原因.低温喷雾射流冷却方式明显降低了铣削温度,减轻了刀具黏结磨损、氧化磨损,同时抑制了刀具边界磨损的发展速度,因而大幅度提高了刀具的耐用度.     

干燥气氛下速度对钠钙玻璃磨损性能的影响

以硼硅酸盐玻璃球为对摩副,在摩擦磨损试验机上研究了干燥气氛下滑动速度和载荷对钠钙玻璃表面磨损性能的影响规律与作用机理. 研究发现,随着滑动速度从0.25 mm/s逐渐增大到8 mm/s,钠钙玻璃在高载下(2 N)的稳态摩擦系数略微降低,当载荷降低为1 N时,速度对钠钙玻璃摩擦系数的影响并不明显. 随着滑动速度的增加,钠钙玻璃表面的磨损深度和磨损体积逐渐增加,钠钙玻璃在低载下(1 N)的磨损体积增大了21.5倍,而在高载下(2 N)的磨损体积增大了12.5倍. 低速时,钠钙玻璃接触界面温升较小,磨损机理以磨粒磨损和黏着磨损为主,并伴有少量脆性剥落. 随着速度的增加,磨屑逐渐转移到对摩副pyrex球表面并参与到磨损过程,钠钙玻璃的磨损机理转变为黏着磨损和犁沟去除. 相对于高载而言,低载下滑动速度对钠钙玻璃材料去除的影响更为显著,这是由于随着速度的增加,低载下玻璃界面的温升增长率大于高载下.      

仿生叠层构型石墨烯对铝基复合材料的纳米摩擦性能的影响

利用纳米压痕和纳米划痕试验表征了仿生叠层构型铝基石墨烯复合材料(Bio-inspired laminated graphene reinforced aluminum martrix composite, BAMC)与纯铝的力学性能和摩擦磨损性能. 鉴于摩擦力由黏着作用和犁沟作用两分量共同组成,对比探究了BAMC与纯铝在微观摩擦磨损过程中的弹塑性转变过程,分析了黏着作用与犁沟作用在摩擦力中的贡献度,揭示了其微观摩擦磨损机制. 结果表明:相较于纯铝,BAMC的纳米硬度提高了约24%,总摩擦系数(Friction coefficient)降低了约28%,黏着作用分量和犁沟作用分量分别降低了32%和16%. 换言之,复合材料中的异质界面产生异质变形诱导强化,进而增强了应变硬化,使仿生叠层石墨烯铝基复合材料的硬度得到明显提升,并且仿生叠层构型的石墨烯主要通过降低黏着作用来实现减磨. 从微纳米尺度揭示了BAMC的力学性能和摩擦磨损性能显著提升的机理,可为提升其摩擦磨损性能提供理论依据. 目前的工作通过纳米划痕和纳米压痕强调了叠层结构石墨烯的添加对块体复合材料的摩擦性能的影响,并表明仿生叠层构型铝基石墨烯是搭建仿生叠层结构的小尺寸理想增强体.