熔渗型宽温域复合固体润滑剂设计及其摩擦学性能研究

设计一种可用于300~800℃宽温度范围润滑的熔渗型Pb-Sn-Ag-RE复合固体润滑剂。基于润湿试验研究不同组分与配比对其润湿性能的影响;采用高频感应熔渗工艺,制备出熔渗型高温自润滑复合材料;利用XP-5型高温摩擦磨损试验机考察其摩擦磨损性能,运用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析磨损表面形貌、成分及结构。结果表明:不同组分组成对基体的润湿性有很大的影响,在Pb-Sn系固体润滑剂中添加Ag、RE既能提高其对母材的润湿性能,又能改善自润滑材料的摩擦磨损性能;熔渗Pb-Sn-Ag-RE复合固体润滑剂制备的复合材料具有良好的高温自润滑性能,其600℃下的平均摩擦因数约为0.28。     

浸渗型高温自润滑金属陶瓷复合材料的制备及其性能

采用熔融铅-锡-银-稀土系固体润滑剂与TiC/FeWCrMoV微孔金属陶瓷预制体真空压力熔渗复合法制备浸渗型高温自润滑复合材料,研究了制备工艺参数对该复合材料熔渗质量及其性能的影响,以确定其最佳工艺,并在高温摩擦磨损试验机上考察了其摩擦磨损性能;用扫描电子显微镜和光电子能谱仪分析了材料的显微组织及其磨损表面的形貌。结果表明:其最佳烧结工艺为1230℃烧结保温60min,最佳熔渗工艺为750℃、5MPa压力下熔渗60min;可得到由金属陶瓷硬质相与多元润滑剂软质相组成的互穿网络结构高温自润滑复合材料,当润滑剂体积分数超过一定量时(13%)该材料既具有高的强韧性和耐磨性,又具有良好的高温摩擦学性能。     

互穿网络式高温自润滑材料摩擦磨损性能研究

模拟生物体汗腺结构特征,以硬脂酸、TiH2和CaCO3的复合体为造孔剂,采用真空烧结法制备出互穿网络式微孔结构的TiC/FeCrWMoV金属陶瓷烧结基体,并在高温真空压力下浸渗Pb-Sn-RE系高温固体润滑剂得到高温发汗自润滑金属陶瓷.采用高温摩擦磨损试验机考察了其摩擦磨损性能,运用扫描电子显微镜(SEM)、光电子能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)分析磨损表面成分、形貌和结构,探讨高温摩擦磨损机制.结果表明: 该自润滑复合材料硬质相与润滑相互相贯穿成网络状,在较宽的温度范围内具有良好的自润滑性能,特别是在400～700 ℃试验温度范围内,具有较低的摩擦因数(平均摩擦因数为0.26～0.29)和较低的磨损率(6.3×10-6～9.6×10-6 mm3/(N·m)).由于摩擦应力及摩擦热的作用,该类材料在高温下在磨损表面形成复合润滑膜(由PbMoO4、PbO、Ag2WO4和Ag3Sn等组成)是其具有良好自润滑性能的主要原因.     

高温发汗自润滑复合材料真空熔渗过程的动力学分析

阐述了熔融固体润滑剂熔渗微孔预制体的熔渗原理,通过对微孔预制体孔隙特征的统计学分析和熔渗过程的动力学分析,建立了熔渗饱和度和熔渗压力的表达式,分析了影响熔渗质量及熔渗过程的主要因素,讨论了可改进熔渗工艺的几个问题。试验表明,基于熔渗过程的动力学分析,以60Sn40Pb-10Ag-0.3RE复合固体润滑剂熔渗的TiC-Fe-Cr-W-Mo-V系微孔预制体可以很好地实现预制体与固体润滑剂的熔渗复合,是制备高温发汗自润滑复合材料的有效途径。     

镶嵌PTFE镍基固体自润滑材料的研究

研究了在镍铬钼合金中镶嵌PTFE复合材料的摩擦磨损特性,结果表明：镶嵌PTFE镍基固体自润滑材料具有显著低于基体材料的摩擦因数和磨损率;基体材料在摩擦过程中表现出很明显的粘着磨损特征；由于PTFE及鳞片石墨在摩擦面上的转移成膜性,镶嵌PTFE镍基固体自润滑材料具有优良的摩擦磨损性能。     

Sn-Ag-Cu自润滑滚子轴承的高温摩擦学特性

采用真空熔渗技术制备Sn-Ag-Cu高温自润滑滚子;在滚珠隔离式无保持架高温平面推力轴承试验装置上,对自润滑滚子轴承的高温摩擦特性进行试验研究;应用SEM/EDS技术分析轴承滚道摩擦表面的形貌和成分,研究试验温度、润滑剂合金与轴承滚动摩擦磨损之间的关系。研究表明:在400～600℃温度范围内,轴承的摩擦因数随着温度的的升高逐渐降低,当温度达到润滑剂合金熔点600℃时,摩擦因数达到最低值0.024;当温度为400℃时,轴承滚道摩擦表面以黏着磨损为主;随着温度升高,自润滑材料中的润滑剂合金逐渐析出涂覆在滚道表面,与滚道表面的高温氧化物共同影响轴承的摩擦学特性,因此在摩擦表面出现部分黏着磨损与氧化磨损;达到600℃后,滚道表面涂覆形成的润滑膜增多,因此氧化磨损和黏着磨损得到减轻,润滑效果最好。     

石墨铝基自润滑材料的制备及性能表征

以石墨为固体润滑剂,铝为基体材料,添加硅、铜、铁等元素作为强化成分,添加Cr3C2、粉煤灰来提高自润滑材料的耐磨性,通过液态铸造法制备铝基自润滑材料。借助MM-200磨损试验机研究不同石墨含量以及粉煤灰的添加对铝基复合材料摩擦磨损性能的影响;在Olympus金相显微镜下观察材料显微组织;用S-3000N扫描电子显微镜对材料拉伸断口和磨损表面进行观察。结果表明:随着石墨含量的增加,摩擦因数逐渐降低,磨损率逐渐升高,抗拉强度、硬度都逐渐降低;粉煤灰的加入使得初生硅得到细化,自润滑材料的强度上升,摩擦因数得到进一步的改善。     

Sn-Ni复合润滑剂填充钨钢微凹痕表面的摩擦学性能

提高钨钢的摩擦学性能,对于提高钨基材料机械零部件使用精度与服役寿命,具有重要的意义。采用激光加工方法在钨钢表面加工微凹痕结构,通过高温熔渗的方式将Sn-Ni复合润滑剂熔渗到钨钢微凹痕结构中,制备Sn-Ni复合润滑剂填充钨钢试样,利用球盘式摩擦磨损试验机对其减摩抗磨性能进行测试。结果表明：Sn-Ni复合润滑剂填充钨钢试样具有优异的摩擦学性能,相比纯钨钢,摩擦因数降低19%以上,磨损率降低50%以上;在低载荷高频率下,Sn-Ni润滑剂与来自基体材料的磨屑实现了良好的协同作用,使得Sn-Ni复合润滑剂填充钨钢试样具有更好的减摩抗磨性能。     

干摩擦条件下碳纤维填充聚苯酯基复合材料摩擦学性能研究

采用碳纤维填充聚苯酯基复合材料制备出一种性能优异的新型自润滑复合材料.利用干摩擦条件下碳纤维填充聚苯酯基复合材料与配副材料的摩擦磨损试验,通过对接触表面形貌、磨损量、摩擦因数等特征参数的采集与分析,研究内外部因素的变化对碳纤维填充聚苯酯基固体润滑材料摩擦磨损性能的影响,探讨碳纤维增强聚苯酯基自润滑复合材料的磨损机理.     

Ti-Al合金高温自润滑材料抗摩擦磨损模型

采用真空热压成形工艺,通过添加不同体积分数的复合润滑剂,制备出了48Ti-48Al-2Nb-2Cr自润滑材料。建立了其高温抗摩擦磨损模型,考察了其磨损率影响因素,并通过高温磨损试验分析了其减摩机理。结果表明：添加固体润滑剂对自润滑材料的磨损率有很大影响,其中,当添加的复合润滑剂（38％CaF2—62％BaF2）的体积分数为109／6时自润滑材料的磨损率最低;自润滑材料在摩擦磨损过程中,能够在磨损表面形成一层较完整的固体润滑膜,膜的存在使得自润滑材料具有很好的减摩能力。模型的建立及成膜机理的分析为Ti—Al系合金高温环境下的使用提供了理论依据。     

基于固体润滑剂与原位反应双机制自润滑陶瓷刀具

采用真空热压烧结工艺,以Al2O3/TiB2为基体、CaF2为添加剂制备了Al2O3/TiB2/CaF2(ABF)自润滑陶瓷刀具,并对其进行了摩擦磨损试验和淬硬钢干切削试验。在摩擦磨损试验过程中,测定了4种不同CaF2含量的ABF陶瓷材料样品。摩擦磨损试验结果表明,ABF材料的平均摩擦因数随着CaF2含量的增加而减小,这是因为固体润滑剂CaF2在磨损过程中生成的润滑膜起到了一定的减摩作用。将ABF刀具和普通陶瓷刀具(AG2)在120 m/min切削速度下对45淬硬钢进行干切削试验,切削试验结果表明,ABF前刀面的平均摩擦因数比AG2陶瓷刀具前刀面的平均摩擦因数要显著偏小,主要原因是ABF自润滑陶瓷刀具在高速切削时,固体润滑剂CaF2和自身TiB2的原位反应同时生成了润滑膜,这种双重机制下生成的润滑膜具有极佳的润滑性能,其润滑效果随温度和切削速度的增加而显著提高。     

高温自润滑陶瓷刀具材料及其切削性能的研究

以TiB2为添加剂,Al2O3为基体,制备了Al2O3/TiB2陶瓷刀具材料。以该陶瓷刀具对淬硬钢进行高速干切削试验,利用其在切削高温作用下的摩擦化学反应,在刀具材料表面原位生成具有润滑作用的反应膜,从而实现Al2O3/TiB2陶瓷刀具材料本身的高温自润滑。研究了Al2O3/TiB2陶瓷刀具在切削高温作用下刀具表面的摩擦化学反应机理,分析了刀具表面自润滑膜的组成结构。结果表明：Al2O3/TiB2陶瓷刀具在干切削淬硬钢时,当切削速度大于120 m/min时,开始表现出高温自润滑性能。自润滑膜的组成为Al2O3/TiB2陶瓷刀具中TiB2的氧化产物,它能在刀具表面起到固体润滑剂的作用,进而降低前刀面的摩擦因数,减轻刀具的粘着磨损,提高刀具的耐磨性能,具有良好的减摩和抗磨作用。     

Ag-Cu-Sn/金属陶瓷润滑层高温摩擦配副特性研究

以多孔金属陶瓷为基体,以Sn-Ag-Cu系低熔合金为固体润滑剂,采用真空/压力熔渗技术制备Sn-Ag-Cu/陶瓷高温内梯度润滑层材料。在高温摩擦试验机上研究该润滑层材料与2Cr13钢盘及Al2O3陶瓷盘配副时的高温摩擦磨损性能,并利用EDS及扫描电子显微镜分析在不同配副时的摩擦磨损机制。研究结果表明:在600℃左右工作时,该润滑层材料与2Cr13盘和Al2O3陶瓷盘配副时都保持了较低的滑动摩擦因数(0.26);在较低温度区间(300~600℃),该润滑层材料与Al_2O_3盘配副时的摩擦因数较低,而在温度大于600℃时,该润滑层材料与2Cr13钢盘配副时的摩擦因数较低;在试验的温度范围内(300~700℃),该润滑层材料与Al_2O_3陶瓷盘配对时磨损率较低,表现出更好的的耐磨性。在温度大于500℃时,该润滑层材料与2Cr13钢盘配对时主要发生黏着磨损和氧化磨损,与Al2O3陶瓷盘配对时主要发生磨粒磨损和黏着磨损。     

镶嵌固体润滑剂的硬质合金摩擦学性能研究

在硬质合金YT5表面利用微细电火花加工小孔,并装填MoS2固体润滑剂以改善基体表面的摩擦磨损性能.在UMT摩擦试验机上进行摩擦磨损试验,结果表明:装填固体润滑剂MoS2的微孔表面比光滑表面的摩擦系数显著降低,改善了摩擦表面磨损工况,表现出良好的减摩和润滑效果.结合SEM和EDX分析微孔固体润滑的机理:在摩擦过程中,存储于微孔中的固体润滑剂受到相对摩擦和挤压作用而粘着、拖覆在基体表面,形成一层固体润滑膜,从而起到减摩润滑作用.表面微孔润滑技术是提高基体表面摩擦磨损特性的有效方法,但需通过合理设计微孔结构尺寸,兼顾微孔表面的减摩润滑作用和基体的物理机械性能之间的平衡.     

镶嵌MoS2的Al2O3/TiC基陶瓷刀具材料微孔表面摩擦磨损性能研究

采用Nd:YAG激光器在Al2O3/TiC陶瓷刀具材料表面加工出不同密度的微孔,并涂覆填装MoS2固体润滑剂,在UMT-2摩擦磨损试验机上进行往复摩擦试验,研究其在不同载荷和速度下的摩擦磨损性能,通过白光干涉仪、光学显微镜和扫描电镜观察激光织构化后表面特征和磨损后表面形貌。结果表明:激光织构化后,陶瓷材料表面发生了氧化;在相同的实验条件下,与光滑表面相比较,填装MoS2固体润滑剂的微孔表面能够有效地降低摩擦因数,减小磨损率。这主要是由于填装在微孔中的润滑剂在摩擦作用下涂覆到基体表面,形成润滑膜,起到减摩降磨作用,同时激光加工后微孔周围凸起及氧化后形成的摩擦特性优良的TiO2也能起到良好的减摩降磨效果。通过对磨损形貌分析,光滑表面磨损较为严重,有大量的犁沟产生,主要的磨损形式为磨粒磨损及脆性断裂;微孔表面磨损较为轻微,其主要磨损发生在微孔周围。     

Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷刀具切削过程中的减摩机理

在Al2O3/TiC陶瓷刀具基体内加入固体润滑剂CaF2来改善其摩擦学特性,制备出Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷刀具.以该陶瓷刀具对45钢进行干切削试验,结果表明添加固体润滑剂的Al2O3/TiC/CaF2自润滑刀具的摩擦因数比未添加固体润滑剂的Al2O3/TiC陶瓷刀具显著降低,表现出了良好的减摩效果.在切削过程中,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷刀具中的固体润滑剂由于受到摩擦和挤压作用而析出,能在刀具前刀面上形成润滑膜,可阻止刀-屑间的粘着,显著降低前刀面与切屑间的平均摩擦因数.对自润滑陶瓷刀具切削后磨损表面显微分析表明,前刀面在切削过程中形成了自润滑膜的生成、破损、脱落和再生的循环过程.因此,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷刀具在其整个生命周期内始终具有润滑效果.     

Sn-Al2O3固体润滑剂填充钨钢织构界面摩擦学性能

为提高钨钢材料零部件的减摩抗磨性能,参照鱼鳞表面结构并结合有限元模拟仿生设计槽宽约0.6 mm钨钢试样;制备具有最佳配比的Sn-Al2O3复合固体润滑剂,利用高温熔渗将其填充于仿生鱼鳞状表面织构以制备Sn-Al2O3复合固体润滑剂填充钨钢织构试样,并在不同载荷-滑动频率下研究试样的摩擦学性能。结果表明：相比30 N-2 Hz、25 N-3 Hz、15 N-5 Hz和10 N-6 Hz工况,在20 N-4 Hz工况下试样具有最低的平均摩擦因数和磨损率。这是因为在相对较低的载荷和相对较高的滑动频率下,循环应力和摩擦热使塑性变形状态的固体润滑剂更易从织构中挤出而迁移到摩擦表面,形成完整的润滑膜,能够有效地提高试样的减摩抗磨性能。     

激光熔覆Ni60和Co-Cr-W合金层的高温磨损特性研究

在4Cr14NiW2Mo耐热合金钢表面熔覆Ni60和Co-Cr-W合金粉末，获得具有良好冶金结合和组织致密的熔覆层。在不同温度条件下（室温、250℃和420℃），对Ni60和Co-Cr—W熔覆层及其基体材料进行了摩擦磨损试验。研究结果表明：Co-Cr-W熔覆层和基体材料的磨损机制为磨粒磨损、剥层和氧化磨损的共同作用，其摩擦因数随温度的升高而降低；对于Ni60熔覆层，其摩擦因数几乎不受温度的影响，其磨损机制表现为磨粒磨损。在高温条件下，Ni60熔覆层比Co-Cr-W合金熔覆层具有更优良的高温摩擦磨损性能。     

La2O3对铜基自润滑复合材料高温摩擦磨损性能的影响

为进一步提高铜基自润滑复合材料的硬度和高温摩擦磨损性能,采用粉末冶金热压法向铜-石墨烯-WS2复合材料中引入La2O3增强相颗粒,并对铜-石墨烯-WS2复合材料和La2O3增强铜-石墨烯-WS2复合材料在不同温度下的摩擦磨损性能进行对比研究。结果表明:复合材料烧结过程中各组元没有发生分解或互相反应,烧结后材料结构致密并且各组元均匀分布于基体中,La2O3增强相的引入在提高复合材料硬度的同时会降低材料热导率;室温下2种复合材料摩擦因数和磨损率比较相近,而高温下石墨烯和WS2的氧化导致Cu-RGO-WS2复合材料摩擦磨损性能下降,而La2O3则能发挥增强相作用和高温自润滑作用,使Cu-RGO-WS2-La2O3复合材料的高温摩擦磨损性能更优异。室温下铜-石墨烯-WS2复合材料的磨痕处仅发生了轻微的塑性变形,而La2O3增强铜-石墨烯-WS2复合材料的磨损机制主要是磨粒磨损;高温下铜-石墨烯-WS2复合材料的磨损机制为黏着磨损,而La2O3增强铜-石墨烯-WS2复合材料的磨损机制则为磨粒磨损和疲劳磨损。     

室温及气氛条件下铜基自润滑复合材料的摩擦磨损性能研究

采用粉末冶金法制备了3种铜基自润滑复合材料,分别考察了它们在室温及气氛条件下的摩擦磨损性能,通过对复合材料的力学性能和磨痕表面形貌、成分的分析,探讨其摩擦磨损机制.结果表明:Cu-9%石墨、Cu-4.5%石墨-4.5%MoS2、Cu-9%MoS2复合材料的密度、硬度和抗弯强度值都依次增大;室温条件下,因石墨与Cu的硫化物协同润滑作用,Cu-4.5%石墨-4.5%MoS2复合材料的摩擦磨损性能最好;气氛条件下,因Cu的硫化物发挥了其自润滑作用,Cu-9%MoS2复合材料表现出最佳的减摩耐磨性能,而Cu-4.5%石墨-4.5%MoS2复合材料次之;铜基自润滑材料的基体强度与固体润滑膜的覆盖率,是影响摩擦磨损机制转变的关键因素.