不同相对湿度下C/C复合材料的摩擦磨损性能

在MM-1000型摩擦试验机上,对C/C复合材料在不同相对湿度下进行摩擦磨损性能实验,用扫描电子显微镜对其磨损表面形貌和磨屑进行观察分析。结果表明:随着相对湿度的增加,C/C复合材料的摩擦因数降低,质量磨损下降,且在高相对湿度下,由于水分的润滑,摩擦因数要比在低相对湿度下的更稳定,两者刹车时间相近,可见在飞机着落实际环境下,短时间内相对湿度高低对刹车性能影响不大。但长时间在高相对湿度下放置后,材料的摩擦磨损性能受到很大影响,表现为刹车时间比较长,摩擦因数和质量磨损偏低。通过分析摩擦后的材料表面及磨屑形貌,发现随着相对湿度的增加,主要磨损机理发生转变,从低相对湿度下的氧化磨损转变为高相对湿度下的剥层磨损。     

密封用炭/炭复合材料的摩擦磨损性能

针对液体火箭发动机涡轮泵密封件磨损量较大问题,在MVF-1A多功能立式摩擦磨损试验机上,以GCr15钢环为对偶件,研究低载荷高线速度(12N,2.25m/s)以及高载荷低线速度(50N,1.25m/s)工况条件下热处理温度不同时(2 250、2 400和2 500℃)对炭/炭(C/C)密封材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电镜观察摩擦表面形貌,利用能谱仪确定摩擦表面元素组成。结果表明:低温(2 250℃)热处理材料石墨化度程度低,弯曲强度高,摩擦因数小,线性磨损量大;随着热处理温度的升高,材料石墨化程度升高、界面结合强度弱化,弯曲强度降低;当热处理温度升高到2 500℃后,材料表面易形成完整致密的磨屑膜,磨损机制由磨粒磨损转变为粘着磨损,摩擦因数大,线性磨损量低。此外,在高载荷条件下,适当增大线速度(1.50、1.88m/s),有利于降低摩擦因数及线性磨损量。由此可知,采用高温(2 500℃)热处理的C/C复合材料具有良好抗磨性能,可较好地满足密封件使用要求。     

不同基体炭结构的C/C复合材料摩擦表面特性和摩擦磨损机理

与表面镀Cr的40Cr钢配副进行滑动摩擦实验后,在JSM 6360LV扫描电镜上观察6种具有不同基体炭结构的C/C复合材料的磨损表面形貌。结果表明:完全光滑层(SL)炭结构的C/C复合材料摩擦表面在任何载荷下均难以形成完整的磨屑膜;完全粗糙层(RL)炭结构、粗糙层/树脂炭(RL/RC)的材料摩擦表面在低载荷时能形成较厚的磨屑膜,在高载荷时表面摩擦膜均很薄;完全RC结构试样摩擦表面在低载荷时完整、致密,在高载荷时有显著的磨屑膜剥落;RL/SL/RC、SL/RC结构试样在低载荷时的表面摩擦膜薄,而高载荷时,RL/SL/RC材料的基体炭磨损比SL/RC的严重;RL/SL或SL炭在摩擦中的损伤呈现阶梯状磨损形貌,RL炭在摩擦后难以分辨出原始形貌,RC炭在部分摩擦表面则为条纹状磨损形貌;RL/SL/RC、SL/RC结构的C/C复合材料摩擦形貌的稳定性高,材料耐磨性好,在一定载荷范围内有利于降低材料的摩擦因数和体积磨损。     

不同载荷下碳纤维增强碳基体复合材料的摩擦磨损性能

在Falex摩擦磨损实验机上研究了碳纤维增强碳基体（C／C）复合材料在不同载荷下的摩擦磨损性能,且对摩擦表面进行了SEM观察和分析。研究结果表明：C／C复合材料的摩擦系数随着载荷的增大呈现出先增大后减小的趋势,而磨损量则随着载荷的增大,整体呈现出逐渐增大的趋势;在高载荷下表面形成的磨屑膜,是导致摩擦系数减小的原因之一;随着载荷的逐渐增大,C／C复合材料的磨损由磨粒磨损为主逐渐向粘着磨损为主转变。     

不同热处理温度下炭/炭复合材料的制动摩擦性能

在MM - 10 0 0摩擦试验机上 ,对一种针刺毡结构的炭 /炭 (C/C)复合材料在不同热处理温度下的摩擦磨损性能进行了测试 ,并对摩擦表面进行了光学形貌观察 ;采用X射线衍射技术测试了其在不同热处理温度下的石墨化度 ,并对石墨化度与材料的摩擦性能之间的关系进行了探讨。结果表明 :随着热处理温度升高 ,针刺毡结构的炭 /炭复合材料的石墨化度提高 ,摩擦磨损性能也相应发生变化 ,即摩擦因数开始随热处理温度升高而增大 ,到 2 30 0℃时出现峰值 ,线性磨损和质量磨损则在 2 2 0 0℃时出现峰值 ,氧化磨损则随热处理温度升高而下降。石墨化度对材料的摩擦磨损性能有一定影响 ,合理控制石墨化度可以得到理想性能的材料 ,对本研究所用的C/C复合材料其最佳的热处理温度为 2 30 0℃。     

三维机织C／C复合材料的摩擦磨损性能

采用碳纤维织造了三维角联锁和三向正交2种不同三维机织物,首先采用化学气相渗透(CVI)使其致密,再采用液相树脂浸渍/碳化的补充增密技术,制备出粗糙层结构热解碳和树脂碳双元基体C/C复合材料;对该C/C复合材料进行摩擦磨损实验,采用光学显微镜、扫描电镜对三维机织物增强的C/C复合材料的摩擦面以及磨屑形貌进行观察,对其磨损机理进行分析.结果表明:三维角联锁C/C复合材料比三向正交C/C复合材料的摩擦因数低(分别为0.40和0.48),二者的摩擦性能均稳定,后者比前者磨损量小,说明Z向纤维束有利于提高摩擦因数并降低磨损量.     

石墨粒度对C/Cu复合材料载流摩擦磨损性能的影响

分别采用45、150 μm两种粒度的镀铜石墨经粉末冶金法制得C/Cu复合材料,借助销-盘式载流摩擦磨损试验机研究了石墨粒度对C/Cu复合材料载流摩擦磨损性能的影响,利用电镜对磨擦表面进行微观分析.结果表明,45μm石墨颗粒较150 μm石墨颗粒能够减少电弧发生,并提高该复合材料的力学性能和增强摩擦面润滑膜的形成,能有效降低该复合材料的摩擦系数和磨损率.     

不同制动速度下炭布叠层炭/炭复合材料的摩擦磨损行为及机理

用模拟刹车制动的方法探讨了一种炭纤维布叠层炭 /炭复合材料在不同制动速度下的摩擦磨损行为 ,并用扫描电子显微镜对摩擦表面进行了观察和分析。研究结果表明 :在 5m/s的制动速度下 ,该种材料表现出低的摩擦因数 ,但随制动速度升高至 2 0m/s时 ,摩擦因数迅速升高至最大值 0 .4 0 ;当制动速度增大到 2 8m/s或 30m/s时 ,摩擦因数仅略降低至 0 .35 ,该材料表现出优良的高速高能摩擦性能。另一方面 ,制动速度升高至 2 0m/s时 ,即摩擦因数最大时 ,磨损才变得明显 ,而且随制动速度的继续升高 ,磨损呈直线增大。表面显微组织观察表明 ,在较低制动速度下 ,在摩擦表面产生了薄膜 ,对应摩擦因数较低 ,磨损小 ;在 2 0～ 2 5m/s制动速度下 ,摩擦表面形成较厚的表面膜层 ,对应摩擦因数高 ,磨损大 ;在 2 8～ 30m/s制动速度下 ,剧烈的摩擦剪切和氧化作用使摩擦表面严重破坏 ,表面基质炭氧化严重 ,纤维则被拉断或拔出     

短炭纤维增强C/C-SiC制动材料的摩擦磨损性能

采用温压？原位反应法制备C/C-SiC复合材料,利用QDM150型摩擦试验机研究短炭纤维（SCF）长度和纤维体积分数对C/C-SiC制动材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：C/C-SiC制动材料能够保持较高且稳定的摩擦因数;SCF的体积分数将影响C/C-SiC制动材料的摩擦磨损性能,纤维体积分数为10%时,材料具有适中的摩擦因数和较低的磨损率;SCF长度对C/C-SiC制动材料的摩擦磨损性能有显著影响,炭纤维长度为12 mm时,材料具有最佳的摩擦磨损性能。     

结构类似的炭材料和C/C复合材料的滑动摩擦磨损行为

制备粗糙层热解炭(RL)和光滑层热解炭(SL)基体的C/C复合材料,测试该C/C复合材料与40Cr钢配副时的摩擦磨损行为,并对磨损表面进行SEM观察.对比研究高强石墨和光滑层结构的块状热解炭在相同条件下的滑动摩擦磨损行为.结果表明:PAN炭纤维改善C/C复合材料的摩擦磨损行为;在实验载荷范围内,与高强度石墨材料相比,含RL炭C/C复合材料的摩擦因数降低0.08～0.12;体积磨损量增幅降低;与热解炭试样相比,具有SL炭C/C复合材料的摩擦因数降低0.02～0.05,体积磨损量低0.2 mm~3左右;随着时间的延长,大部分C/C复合材料的摩擦因数基本相对稳定或呈小幅下降,而石墨、热解炭块的摩擦因数均呈不同幅度的上升;具有RL炭的C/C复合材料摩擦表面膜厚度随载荷增加而降低,具有SL炭的C/C复合材料摩擦表面较粗糙;高强石墨能形成较完整致密的摩擦膜,但磨粒磨损严重,磨屑易在摩擦膜边缘形成层状堆积;热解炭块摩擦表面磨屑堆积松散,有较多的孔洞以及热解炭层整体剥落的形貌.     

SiCp/A356复合材料的摩擦磨损性能

以Al₂O₃ 陶瓷球为对偶材料,借助UMT-2型摩擦磨损试验机研究了温度、载荷和转速对铸态SiC_p/A356复合材料干滑动摩擦磨损特性的影响,并利用扫描电镜和奥林巴斯激光共焦扫描显微镜观察分析其磨损行为。结果表明,载荷和转速一定时,随温度的升高,材料的摩擦稳定性和耐磨性能急剧下降,磨损机理也由剥落磨损转变为严重的粘着磨损。磨损过程中,载荷和转速引起材料摩擦表面温度变化,以及材料中SiC颗粒的影响,使得材料的磨损率随载荷增加而增加,摩擦系数则随载荷先增加后减小。随温度、载荷和转速增加,复合材料的摩擦稳定性和耐磨性都大幅度下降。     

Friction and wear properties of pitch／resin densified carbon—carbon composites used for airbrakes

By use of X-ray diffractometry and scanning electron microscope(SEM),the friction and wear results obtained from MM-1000 dynamometer tests of CVI pitch/resin C/C composites were analyzed.By investigating the factors that affected the friction and wear properties,such as matrix carbon,applcation environment,graphitization degree and brake pressure,etc,friction and wear mechanism of carbon materials were probed.The results indicate that pitch densified CVI initially treated composite is more graphitizable with its graphitization degree up 59 62%,and which results in uniform small debris easier to generate,more smooth friction curves with the coefficient of 0.3-0.4 and relatively higher wear and mass loss,compared with CVI/resin C/C composites.It was further proved by SEM observation that tribological behavior of C/C composite was system dependent.Factors determining the friction and wear properties such as the size of debris and its influence on friction and wear,brake pressure,graphization degree and debris bilm formation interacted and affected each other.The friction and wear mechanism of C/C composites under different high temperature treatments needs further research.     

Friction and wear properties of mullite／ZrO2／Al2O3 composites

The friction and wear properties of ZrO2 and ALO3 cooperatively toughened mullite composites-mullite/ZrO2/Al2O3(MZA) were studied. The tribological tests were performed in a line-reciprocating tribometer using a GCr15 steel ball on a MZA disk under different dry reciprocating sliding conditions at room temperature. A wide range of normal loads and sliding speeds were chosen to investigate the relationship between the wear mechanisms of MZA and the testing conditions. The wear mechanism diagram of MZA is constructed, it contains two typical regions. It suggests that the wear mechanisms of MZA in each of the region change from one to another depending on the wear conditions. In the mild wear region, the wear rate of MZA is 10^-6 mm^3/m, and the wear mechanism of MZA is plastic deformation accompanied by a little micro-cracking. In the severe wear region, the wear rate of MZA is 10 5 mm^3/m and the dominant wear mechanism in this region is brittle fracture.     

碳纤维含量对Al2O3+C/ZL109混杂复合材料摩擦磨损性能的影响

利用挤压铸造法制备了A1203 C／ZLl09短纤维混杂金属基复合材料，并探讨了A1203纤维体积分数为12％时，C纤维含量对该混杂复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：随着C纤维体积分数的增加，复合材料的摩擦因数和磨损率逐渐降低。12％A1203和4％C短纤维的协同作用使复合材料从轻微磨损到急剧磨损的临界转变载荷比基体合金提高了1倍。当载荷低于临界载荷时，复合材料的主要磨损机制为犁沟磨损和层离，C纤维的加入有利于磨损表面裂纹尺寸的减小。但随着载荷的逐渐增加并发生严重磨损时，基体和复合材料的磨损机制均为严重的粘着磨损甚至局部熔化磨损。     

多壁纳米碳管／Cu基复合材料的摩擦磨损特性

利用销－盘式磨损试验机研究了粉末冶金法制备的多壁纳米碳管／Cu基复合材料的稳态摩擦磨损行为,并用扫描电镜分析了复合材料的磨损形貌。结果表明：多壁纳米碳管／Cu基复合材料具有较小的摩擦系数,并随纳米碳管质量分数的增加而逐渐降低;由于复合材料中纳米碳管的增强和减摩作用,在低载荷和中等载荷作用下,随着纳米碳管质量分数的增加,复合材料的磨损率减小;而在高载荷作用下,由于发生表面开裂和片状层剥落,含纳米碳管质量分数高的复合材料的磨损率增高。