镍合金基自润滑复合材料的研究

作者根据发动机配气阀座在高温、高压、高速等苛刻条件下使用的技术要求,以摩擦学原理为指导进行配料,利用粉末冶金热压成型工艺制备出含银和石墨的镍合金基自润滑复合材料,并由该材料制作配气阀座实现其自润滑。研究结果表明,所研制的3种镍合金基自润滑复合材料都可顺利通过一个全程430秒的马力试验而毫无开裂,其中镍合金:银:石墨—70:15:15②材料具有机械强度高、摩擦系数低、耐磨性好、组织均匀、性能稳定、重现性好、易机加工和成品率高等优点,可连续运行3个全程以上,与其对摩的TZM合金阀体也可运行3个全程以上,它们的总磨损量均在机加工公差范围内。本文报道的是一项开创性的工作,在高温耐磨自润滑材料的研制方面开辟了一条新的技术途径,具有明显的技术和经济效益。     

Ni-Mo基高温自润滑复合材料摩擦学性能的研究

用放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,简称SPS)技术制备了Ni-Mo-Pb O高温自润滑复合材料,分析NiMo-Pb O复合材料的微观组织结构,研究了Ni-Mo-Pb O复合材料从室温至700℃的摩擦学性能.在烧结过程中,Pb O和Mo之间发生了氧化还原反应,SPS烧结制备的Ni-Mo-Pb O复合材料主要由Ni的固溶体、Pb和钼的氧化物组成.复合材料的摩擦和磨损性能与温度有关.Ni-Mo-Pb O复合材料的摩擦系数随着温度的增加先减小后增加.磨损率随着温度的增加先减小后稍有增加.少量的Pb O加入到镍基合金中显著改善了镍基复合材料的高温摩擦磨损性能.尤其在约500℃时,复合材料显现出非常低的摩擦系数(0.09)和磨损率[约2.8×10_(–6) mm_3/(N·m)],这归因于主要由Pb O、少量的Ni O及钼酸盐组成的致密的润滑膜的形成.     

NiAl-Cr(Mo)-Cr_xS_y自润滑复合材料的摩擦磨损特性

采用滑动磨损试验方法测试了NiAl-Cr(Mo)-CrxSy自润滑复合材料与SiC陶瓷配副在110～960℃的摩擦磨损特性.结果表明:200～400℃,纳米CrxSy晶粒在复合材料摩擦表面形成较完整的润滑膜,产生自润滑性能;700～900℃,复合材料摩擦表面生成了1～3μm厚、完整的玻璃陶瓷润滑膜,产生了自润滑耐磨性能.2种润滑膜材料均可向SiC表面转移,消除了复合材料/SiC的摩擦状态.随着温度的升高,2种润滑膜材料的强度降低,SiC微凸体压入润滑膜,导致润滑膜的剥落加剧,复合材料的摩擦系数与磨损率升高.     

锡青铜纤维基自润滑复合材料的机械和摩擦磨损性能研究

采用粉末冶金工艺制备了以锡青铜纤维为基体,以ＰＴＦＥ和ＭｏＳ２固体润滑剂为复合润滑相应的自润滑材料,考察了其机械性能和摩擦磨损性能,并与以锡青铜粉为基体的同种自润滑材料进行了性能对比。结果表明：纤维基材料的抗拉强度和冲击韧性分别为粉末基材料的２￣６倍和２￣８倍,且具有良好的渗透性,因纤维体通孔多和具有蜂窝结构,有利于润滑剂的渗透和贮存,因而相应的复合材料的自润滑性能良好。     

Fe-Mo-Ni-Cu-石墨高温自润滑复合材料的摩擦学性能研究

采用粉末冶金工艺,在Fe-Mo-石墨自润滑复合材料的基础上,制备了添加Ni、Cu两种元素的Fe-MoNi-Cu-石墨高温自润滑复合材料,并在栓-盘式高温摩擦试验机上考察了其在室温、320和450℃下的摩擦学性能;采用金相显微镜、XRD和SEM等表征方法,分析了材料金相组织、物相成分和摩擦表面形貌.结果表明:FeMo-石墨自润滑复合材料中添加Ni和Cu元素,可以强化基体,增强材料的力学性能,改善材料的摩擦学性能.在高温摩擦过程中,Fe-Mo-Ni-Cu-石墨高温自润滑复合材料摩擦表面生成的由石墨+Cu Fe5O8+Fe3O4+Fe2.6Ni0.4O4组成的复合润滑膜是导致其具有良好高温润滑性的主要原因.     

聚四氟乙烯自润滑编织复合材料关节轴承的摆动摩擦磨损性能研究

介绍了所研制的重载摩擦磨损试验机的工作原理及其性能特点 ,在摆动频率 5 .3min- 1 和摆角± 30°条件下测试了聚四氟乙烯 (PTFE)编织复合材料关节轴承承载力及摩擦的时间效应 ,在 135 MPa承载力下测试了轴承的磨损和温升以及摩擦系数随连续摆动时间变化的关系 ,并通过扫描电子显微镜观察分析了轴承失效机理 .结果表明 :该关节轴承承载力可达到 135 MPa,摩擦系数小且稳定 ;在摆动过程中 PTFE不断被挤出 ,使轴承自润滑功能下降 ,从而导致编织基体材料发生磨损 .     

反应合成Cu//FeS复合材料摩擦磨损分子动力学模拟

通过分析摩擦磨损试验后Cu//FeS复合材料的透射电子显微镜和扫描电子显微镜照片,分别建立Cu//Cu接触表面和Cu//FeS接触表面两种模型.分子动力学模拟表明,铜铜摩擦副间主要发生黏着磨损;Cu//FeS摩擦过程中,FeS形成结实且紧密的层状结构,并且沿密排面(0001)方向滑移,且滑动只发生在中间层内部.试验结果证实Cu//FeS复合材料耐磨性能优于纯铜摩擦材料,FeS自润滑材料在铜基复合材料中起到了良好的减磨作用.     

微孔贯通型高温自润滑金属陶瓷的摩擦磨损性能研究

以TiH2和CaCO3为复合造孔剂,以硬质微细颗粒为惰性弥散质点,采用真空烧结法制备出具有贯通型微孔结构的Al2O3-Ni-Cr-Mo-Si-Fe系金属陶瓷烧结体,并在烧结体中浸渍Ag-Cu-Pb-Sn系浸渍型固体润滑剂制备出新型高温扩散自润滑材料.结果表明:该材料具有良好的高温自润滑和耐磨性;在600℃下与不同配对材料进行摩擦磨损试验时,摩擦系数变化范围为0.22～0.29,磨损率变化范围约为(6～7)×10-15m3/N·m;润滑膜主要由浸渍在贯通型微孔中的浸渍型固体润滑剂通过微孔向摩擦表面的扩散、并在高温摩擦条件下被软化或熔化而形成.     

干摩擦条件下Al18B4O33晶须增强AC4C铝基复合材料的摩擦磨损特性

利用环－块磨损试验机,在干摩擦条件下研究了铸态与Ｔ６处理态Ａｌ１８Ｂ４Ｏ３３晶须增强ＡＣ４Ｃ铝基复合材料的摩擦磨损行为。结果表明：与铸态复合材料相经,Ｔ６处理态复合材料的耐磨性较差;晶须与基体间的界面化学反应影响复合材料的摩擦磨损特性,在本文试验载荷范围内,复合材料发生了由轻度磨损向严重磨损的转化;在高载荷下,除 了产生擦伤和粘着,在表层和次表层发生的应变硬化还会导致界面开裂、晶须断裂和分离;在低     

几种高温自润滑复合材料的研制与性能研究

针对某发动机配气阀座和阀体上平衡活塞用材的实际需要，利用中频感应加热的热压法研制出以超级镍合金为基体，以银和石墨为润滑相和以ＳｉＣ硬质微粒为弥散相的不同配方的几种高温自润滑复合材料，并就其物理机械性能和摩擦磨损性能进行了系统的试验研究与对比，从中筛选出一种制作成配气阀座和平衡活塞，在某发动机的规范工况下正常运行了１２００秒，各项技术指标均已达到规定的要求。     

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.     

树脂基复合材料摩擦片摩擦学性能研究

摩擦片的摩擦磨损性能严重影响盘式制动器的使用寿命和客车行驶的安全性.以灰铸铁HT250圆盘为对偶件,利用销盘式摩擦磨损试验机,在不同温度下对树脂基复合材料摩擦片的摩擦系数和磨损率进行研究,同时应用JSM-651010LA型扫描电子显微镜、HGP-7500型光电直读光谱仪和HXD-1000TMSC型显微硬度测试仪对摩擦磨损表面进行观察和测量,表征其摩擦表面的微观形貌和测定微观硬度,进而推断其磨损机理.结果表明:在不同温度下,平均摩擦系数和磨损率均随着温度的升高先增加后降低;随着温度升高,摩擦层的面积和其微观硬度的变化和平均摩擦系数、磨损率的变化规律基本相同;在高温摩擦磨损过程中,黏着磨损占主导作用,同时伴随着切削磨损.     

层片式复合材料摩擦性能与表面形态的研究

粉末冶金材料摩擦面上多组分的混合以及第三体的存在,不利于澄清材料中不同组分对摩擦性能的贡献程度.本文采用机械组合方法制备了铜-钢-铝层片式摩擦材料,通过定速摩擦试验机,在干、湿两种条件下,观察了3种组分的摩擦表面微结构随摩擦速度的变化过程,测试了不同条件下的摩擦性能.结果表明:铜良好的塑性和焊合性,易形成与基体黏附性良好的第三体,使表面的粗糙程度增加;钢较高的强度及其氧化物的脆性,形成的第三体流动性好且与基体的结合强度有限,容易发生开裂和脱落;铝形成的富氧化铝的第三体,其颗粒间较差的黏合程度易在表面弥散分布,使表面平整度好.在摩擦速度低于900 r/min条件下,水分的润滑作用使湿摩擦条件下的摩擦系数低于干摩擦;摩擦速度高于900 r/min时,水分的冷却和清理微细第三体颗粒的作用,降低了材料的软化程度和第三体的流动性,使湿摩擦系数大于干摩擦系数.     

玻璃纤维增强尼龙1010复合材料的摩擦学性能研究

利用ＷＺＭ－１微型注塑机制备了玻璃纤维增强尼龙复合材料,在环－块摩擦磨损试验机上考察了玻璃纤维含量和试验条件下对其摩擦学性能的影响,并利用扫描电子显微镜对其磨损机理进行了分析。结果表明：在给定试验条件下玻璃纤维含量对复合材料的摩擦学性能有显著影响,玻璃纤维质量分数介于２５％～３０％之间时增强效果较好;复合材料的摩擦系数随载荷的增加而下降,达到最小值后,又随载荷的增加而持续上升;其磨损质量损失则随载荷的增加而持续增大,复合材料的磨损以粘着磨损为主,随载荷的增加转变为以玻璃纤维的破坏和磨平为主。     

油润滑条件下弹性金属塑料复合材料的摩擦磨损特性研究

在MPA－2000型盘销式摩擦磨损试验机上评价了油润滑条件下弹性金属塑料复合材料与钢对摩时的摩擦学特性,用扫描电子显微镜观察试样磨损表面形貌并分析其摩损机理,并在试验基础上建立了弹性金属塑料材料与钢对摩时的等摩损率图。结果表明：在低载荷条件下摩擦系数较高,随着载荷数升高摩擦系数降低;当滑动速度小于3．52m/s时,摩擦系数基于稳定在0．030;弹性金属塑料材料的磨损率随滑动速度和载葆的升高而增加,结合等磨损率图分析发现,当载荷小于1515N而滑动速度小于3．52m/s时,弹性金属塑料复合材料的磨损率相对较低;当滑动速度泪地3．52m/s时,弹性金属材料的磨损机理以微切削、挤压变形和犁沟磨损为主,在摩擦副两表面形成转移－依附物;当滑动速度为5．24m/s时,弹性金属塑料材料的磨损以表层软化和熔融为主要特征,所建立的等磨损率图对弹性金属塑料材料的使用有一定的指导作用。     

炭纤维增强铜锡锌基复合材料的摩擦磨损性能研究

采用粉末冶金法制备了炭纤维增强铜锡锌基复合材料(Cf/Cu-Sn-Zn)和ZQSn663锡青铜, 并对其力学性能和摩擦磨损性能进行了对比研究. 结果表明: 当炭纤维的体积分数φf≤12%时,Cf/Cu-Sn-Zn复合材料的力学性能高于ZQSn663锡青铜;Cf/Cu-Sn-Zn复合材料的比磨损率小于ZQSn663锡青铜,当炭纤维体积分数φf=12%时,复合材料的摩擦磨损性能最佳;在摩擦磨损过程中,Cf/Cu-Sn-Zn复合材料的磨损机制主要为粘着磨损,而锡青铜呈现出粘着磨损和磨粒磨损特征.     

高速电弧喷涂Fe-Al／WC复合涂层的摩擦学特性

利用高速电弧喷涂技术制备了Fe-Al涂层和Fe-Al／WC复合涂层，在T-11型摩擦磨损试验机上对比研究了2种涂层同GCrl5钢球配副时的滑动摩擦磨损特性，并探讨了涂层的摩擦磨损机理．结果表明：可以将Fe-Al／WC复合涂层的摩擦磨损过程划分为3个阶段，随着滑动距离的增加，摩擦系数先迅速升高，之后缓慢降低直至平稳阶段；由于Fe-Al／WC复合涂层的平均硬度较高，且涂层中的硬质颗粒能有效地阻止裂纹的扩展，故其耐磨性明显优于Fe-Al涂层；随着滑动速度增加，裂纹的扩展速率加快，并产生较厚磨屑，从而使涂层的摩擦系数和磨损率均显著增大；在摩擦磨损过程中涂层表层受到拉应力与压应力的交替作用，Fe-Al／WC涂层的主要磨损机制为剥层磨损．     

碳纤维织物/环氧复合材料油润滑下摩擦学性能

采用半干法制备碳纤维织物增强环氧树脂基自润滑复合材料,研究钢背衬复合材料与45钢在环-环端面浸油润滑状态下的摩擦学特性,考查载荷、速度和碳织物类型对复合材料摩擦磨损性能的影响,并采用扫描电子显微镜对复合材料及偶件磨损表面进行观察与分析.结果表明:轻载高速启动可显著提高单向碳织物/环氧复合材料的摩擦磨损性能,边界润滑状态下的碳织物/环氧复合材料主要表现出黏着磨损特性,对偶钢环上出现的网状转移膜大大改善了材料的摩擦学性能;平纹碳织物/环氧复合材料因表面织物纹理使得润滑油能深入到摩擦表面各区域,在重载下表现出较低的摩擦系数.     

Mo硫化物/Ti复合薄膜的制备及其环境摩擦磨损性能研究

采用高温硫化处理磁控溅射Mo/Ti金属前驱体薄膜制备Mo硫化物/Ti复合薄膜,采用X射线衍射仪、能谱仪和扫描电子显微镜对复合薄膜的组织结构、化学成分和表面形貌进行分析,采用涂层附着力自动划痕仪和可控气氛球-盘式摩擦磨损试验仪分别测试薄膜与基体的结合力以及摩擦系数,并用扫描电子显微镜观察薄膜的磨损表面形貌,分析其磨损机制.结果表明:硫化温度在450 ℃以上时能够生成较多Mo硫化物,最佳硫化工艺为450 ℃×15 h;提高硫化温度或延长硫化时间均使薄膜的结合力下降;磁控溅射Mo/Ti前驱体复合薄膜经450 ℃×15 h硫化处理后,薄膜中生成复杂的Mo硫化物,形成Mo硫化物/Ti复合薄膜;与纯Mo薄膜硫化后相比,Mo硫化物/Ti复合薄膜具有更高的界面结合力和更优异的摩擦磨损性能.     

水解／接枝处理诺梅克斯纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

采用水解／接枝处理制备出Nomex纤维织物复合材料，用红外光谱仪分析处理前后纤维织物的结构，在玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机上评价了水解／接枝处理Nomex纤维织物复合材料的常温和高温摩擦磨损性能，用扫描电子显微镜观察Nomex纤维织物复合材料界面及其磨损表面形貌．结果表明：经过水解／接枝处理后，在Nomex纤维织物表面引入活性羧基基团，增加Nomex纤维织物的活性，使Nomex纤维织物与粘结树脂的结合力有所增加；水解／接枝处理前后Nomex纤维织物复合材料的磨损分为2个阶段，即严重磨损阶段和稳定磨损阶段，当载荷较低时，由严重磨损向稳定磨损的转化发生在摩擦前10min，当载荷较高时，复合材料一直停留于严重的磨损阶段，直到材料磨穿失效；水解／接枝处理明显提高了Nomex纤维织物复合材料的摩擦磨损性能和最大承载能力．