Al2O3基陶瓷刀具材料摩擦磨损特性及其有限元分析

以添加TiC、Ti（C，N）和SiCw 3种Al2O3基陶瓷刀具材料作为研究对象，在MRH-3型高速环-块摩擦磨损试验机上研究3种陶瓷刀具材料在相同试验条件下的摩擦磨损性能，通过扫描电子显微镜对陶瓷的磨损表面进行观察，并利用ANSYS有限元软件分析计算磨损时的应力分布．结果表明，Al2O3基陶瓷刀具材料的摩擦磨损特性与其添加剂的种类有关，其抗磨性能由大到小顺序依次为Al2O3／SiCw〉Al2O3／Ti（C，N）〉Al2O3／TiC．Al2O3基陶瓷刀具的摩擦磨损性能与其硬度（H）、弹性模量（E）和断裂韧性（KIC）有关，磨损率W随E／H增加而增大，随KIC增加而减小．Al2O3／TiC陶瓷刀具材料的磨损机理以粘着磨损为主，Al2O3／Ti（C，N）和Al2O3／SiCw陶瓷刀具材料的磨损机理主要为磨粒磨损．     

柴油发动机碳烟对缸套/活塞环摩擦学性能影响的研究

通过SRV IV摩擦磨损试验机考察了柴油机碳烟对柴油机缸套/活塞环摩擦副摩擦磨损性能的影响,借助扫描电子显微镜及能谱仪、三维表面形貌仪和拉曼光谱仪探讨了碳烟颗粒的摩擦学作用机理.结果表明:碳烟颗粒在高载荷时可以降低缸套/活塞环摩擦副间的摩擦系数,但在低载荷时对摩擦系数影响不大;碳烟颗粒会加剧缸套的磨损,其磨损形式主要为磨粒磨损.碳烟颗粒表现出减摩性的主要原因是其外层的乱层石墨在摩擦热和剪切作用下发生了剥离并在摩擦副表面形成了润滑膜.     

NiCr/Cr3C2-BaF2·CaF2高温自润滑耐磨涂层的制备与摩擦磨损特性

采用加压氢气还原和固相合金化技术,以BaF2·CaF2共晶、Cr3C2颗粒为核心,制备了NiCr合金包覆的NiCr/Cr3C2-BaF2·CaF2复合粉末,采用大气等离子喷涂技术制备相应涂层.采用扫描电子显微镜、X射线衍射和SRV摩擦磨损试验机等分析测试技术,研究了涂层组成、结构以及从室温到500 ℃涂层的摩擦磨损性能.研究结果表明:研制的NiCr/Cr3C2-BaF2·CaF2复合涂层是一种性能优良的高温自润滑耐磨涂层,表面包覆的致密NiCr层抑制了喷涂过程中颗粒的氧化、脱碳和烧蚀,涂层的显微硬度和结合强度较高;涂层在室温下的摩擦系数为0.74±0.02,随温度升高摩擦系数逐渐降低,500 ℃时降低为0.38±0.03,涂层和对偶球Si3N4的磨损率与室温相比显著下降.摩擦机理研究发现,高温下BaF2·CaF2共晶软化,导致涂层剪切强度比室温时明显变低,在摩擦表面形成了连续的BaF2·CaF2润滑膜.     

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     

等离子喷涂Al2O3/TiO2陶瓷涂层在液态石蜡润滑下的摩擦磨损性能研究

利用纳米和微米结构Al2O3/TiO2喂料制备出2种陶瓷涂层,考察了这2种涂层在液体石蜡润滑下与不锈钢球摩擦副的摩擦磨损性能,并探讨了2种涂层的磨损机理.结果表明:液态石蜡润滑能有效降低纳米Al2O3/TiO2涂层与不锈钢球摩擦副的摩擦系数和磨损率,但是对微米涂层的润滑效果不明显.纳米涂层的摩擦系数仪为微米涂层的1/3,而磨损率则降低了70倍以上.纳米涂层的磨损机制在低载荷下是轻微的黏着磨损,高载荷下则是摩擦抛光,而微米涂层的磨损机制是晶粒脆性断裂.     

Ni_3Al基高温自润滑复合涂层的制备和摩擦学性能

采用高能球磨结合喷雾造粒制备喷涂喂料,利用等离子喷涂方法制备Ni_3Al基高温自润滑复合涂层,通过HT-1000销-盘式高温摩擦试验机测试大气气氛不同温度下涂层的摩擦磨损性能,并采用SEM、EDS和Raman等表征分析涂层微观组织、物相组成和摩擦磨损机理.结果表明:涂层在25℃至800℃具有良好的自润滑性能,摩擦系数为0.14～0.42,磨损率为2.41×10~(–4)～5.76×10~(–4) mm~3/(Nm). 25℃到400℃之间,随温度升高,Ni_3Al金属间化合物韧性和软金属银塑性变形能力均提高,形成了有效的转移润滑膜,从而提高了涂层摩擦学性能,涂层磨损形式主要为脆性断裂、磨粒磨损和黏着磨损;600℃时软金属Ag过度软化,BaF_2/CaF_2共晶脆-塑性转变不完全,磨损表面不能形成完整致密的润滑膜,摩擦系数和磨损率大幅升高,涂层的磨损形式主要为剥层磨损和磨粒磨损;800℃时磨损表面形成富含NiO、Ag_2MoO_4和NiCr_2O_4等高温润滑剂的连续光滑釉质层,摩擦系数和磨损率大幅降低,磨损形式主要为氧化磨损和黏着磨损.     

原子层沉积氧化铝薄膜摩擦学性能研究

不同温度条件下,采用原子层沉积(ALD)技术在单晶硅基底表面制备了Al2O3薄膜.利用原子力显微镜观察了Al2O3薄膜的表面形貌和粗糙度,利用纳米压痕仪测定了薄膜的硬度,并通过UMT-2型往复摩擦磨损试验机(球-盘接触方式)考察了制备温度、载荷和对偶球对Al2O3薄膜的摩擦学性能的影响.结果表明:不同温度条件下制备得到的Al2O3薄膜的粗糙度不同;制备温度为100和200℃的Al2O3薄膜的摩擦性能较优;在所用载荷范围内,摩擦系数存在最低值;与不同对偶球对摩时,由于对偶球硬度不同,Al2O3薄膜呈现不同的摩擦磨损现象.     

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.     

纳米Al2O3增强PA6复合材料的摩擦磨损性能研究

利用MMW-1型摩擦磨损试验机考察了纳米Al2O3增强PA6复合材料同45#钢对摩时的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察分析了试样磨损表面形貌.结果表明:纳米Al2O3可以提高PA6的耐磨性能;在小于100 N低载荷下纳米Al2O3填充PA6复合材料的滑动摩擦系数符合粘弹性材料的变化规律;只有当填充量适当时,纳米Al2O3微粒才能有效地增强聚合物基体的抗磨粒磨损性能,并阻碍聚合物基体向偶件磨损表面的粘着转移;纳米Al2O3质量分数为10%的PA6复合材料的抗磨性能最佳.     

石墨含量对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用湿法工艺制备不同石墨含量的纸基摩擦材料,通过惯量试验方法研究石墨含量对纸基摩擦材料的力矩曲线及动、静摩擦系数和磨损率的影响规律;利用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌并分析其磨损机理.结果表明:随着石墨含量增加,摩擦力矩曲线尾部翘起程度减小,趋于平整;动、静摩擦系数降低,磨损率减小;不含石墨的纸基摩擦材料的磨损表面分布着尺寸较大磨粒且出现微裂纹;随着石墨含量增加,摩擦表面形成了润滑性能良好的固体润滑膜,从而降低了材料的磨损率.     

温度对Cu-12.5Ni-5Sn-石墨自润滑复合材料摩擦学性能的影响

采用粉末冶金方法制备出了Cu-12.5Ni-5Sn-石墨自润滑复合材料,通过改变石墨的含量来研究该复合材料的力学性能和在不同摩擦试验温度下的摩擦磨损性能,采用SEM和Raman分析磨损表面,进而讨论复合材料的摩擦、磨损和润滑机制. 结果表明:复合材料的硬度和屈服强度随着石墨含量的增加而逐渐降低;温度对不同石墨含量的复合材料的摩擦磨损性能有显著的影响,在室温下,石墨质量分数为1%和3%的石墨复合材料的摩擦系数和磨损率明显小于5%石墨复合材料;在300 ℃下,石墨质量分数为3%时,复合材料的摩擦磨损性能最好;在500 ℃下,石墨质量分数为5%的石墨复合材料的摩擦磨损性能最好. 在室温下,复合材料具有较好自润滑性的主要原因是形成了几乎光滑连续的石墨润滑膜. 在300和500 ℃下,由金属氧化物和石墨组成的混合物润滑膜是复合材料保持自润滑性的主要原因.      

生物形态木质陶瓷的摩擦学性能研究

采用甘蔗渣浸渍环氧树脂后真空烧结制备生物形态木质陶瓷.研究了木质陶瓷的孔径分布及孔隙度,采用摩擦磨损试验机评价了木质陶瓷在干摩擦状态下的摩擦学性能,分析了木质陶瓷磨损后的表面形貌,简要讨论了木质陶瓷的磨损机理.研究表明：木质陶瓷的磨损机理主要以磨粒磨损和黏着磨损共同作用.木质陶瓷能够在磨损表面形成1层碳膜,具有良好的自润滑作用.甘蔗渣含量较高时,孔隙度较大,摩擦系数较大,磨损率较高,木质陶瓷的磨损主要表现为严重磨粒磨损,磨损表面无法形成碳膜.     

30CrMnSiNi2A钢干滑动摩擦磨损特性研究

利用销盘高速干滑动摩擦磨损试验机,对30Cr Mn Si Ni2A低合金超高强度钢的摩擦磨损性能进行了研究,应用JSM-6390A型扫描电子显微镜和X-衍射方法对摩擦磨损表面进行观察,表征其摩擦表面的微观形貌、摩擦磨损产生的磨屑以及由于摩擦产热而引起的氧化物,进而推断出磨损机制.结果表明:摩擦系数随速度和载荷的增大而减少,其速度是影响摩擦系数的主要因素;在摩擦初期当摩擦系数快速下降时,摩擦表面温度急剧增加,当达到一定数值后二者都形成一个动态的平衡;随着速度和载荷增大,磨损机理主要由氧化磨损转变为剥落、塑性变形、犁沟以及黏着磨损,且磨损表层的氧化物由Fe O转变为Fe_3O_4和Fe_2O_3,当出现Fe_2O_3氧化物时,磨损率急剧升高.     

牙科用抗菌性义齿基托材料的摩擦磨损性能研究

在UMT-2MT型摩擦磨损试验机上,采用往复运动形式考察了牙科用抗菌性义齿基托材料的摩擦磨损性能,探讨在干摩擦和人工唾液润滑状态下抗菌性义齿基托材料的摩擦磨损性能.结果表明:在干摩擦条件下,随着抗菌剂含量的增加,义齿基托的摩擦系数逐渐升高,磨损深度逐渐减小,其磨损机制由粘着磨损和疲劳磨损共存转变为以疲劳磨损为主;在人工唾液环境中,抗菌剂含量对于义齿基托摩擦系数的影响并不明显,磨损深度随抗菌剂含量的增加明显减小,这可能与聚合物表面吸附水并形成保护膜有关,其磨损机制与干摩擦情况下基本一致.综合考虑不同比例抗菌剂对其摩擦磨损性能的影响,结合以前的抗菌性试验,抗菌剂的最佳添加量为2%.     

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.     

纳米和微米TiO2对聚四氟蜡/聚氨酯复合涂层摩擦磨损性能的影响

制备出纳米和微米TiO2改性聚四氟蜡/聚氨酯复合涂层,采用傅立叶红外光谱仪分析其结构,在MHK-500型摩擦磨损试验机上考察复合涂层的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜和光学显微镜观察分析复合涂层的磨损表面和偶件转移膜的分布情况.结果表明:纳米和微米TiO2可以增加聚四氟蜡/聚氨酯复合涂层的摩擦系数;5%纳米TiO2提高了聚四氟蜡/聚氨酯复合涂层的耐磨性;而添加微米TiO2则降低了聚四氟蜡/聚氨酯复合涂层的耐磨性能;同时,载荷和速度对纳米TiO2改性聚四氟蜡/聚氨酯复合涂层的摩擦磨损性能有很大影响,在低载荷、中速条件下复合涂层具有较好的耐磨性能.     

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.     

不同滑动条件下与氧化铝对摩时灰铸铁中石墨的减摩抗磨作用

考察了灰铸铁/A12O3陶瓷摩擦副在干摩擦、蒸馏水、乳化液和机油润条件下的摩擦磨损特性,并分析灰铸铁中石墨在不同润滑剂润滑下的减摩作用。结果表明：在这几种润滑条件下A12O3陶瓷和铸铁摩擦副的摩擦系数及摩损量都有所降低;在干摩擦及蒸馏水润滑下,石墨能起减摩耐磨作用;而在乳化液及油润滑下石墨难以起到润滑作用。     

不同载荷和温度下碳烟对柴油机油摩擦学性能的影响

在SRV IV摩擦磨损试验机上,采用球-盘接触方式,考察了不同碳烟浓度的柴油机油在不同载荷和温度下的摩擦学特性,借助三维表面形貌仪、扫描电子显微镜及能谱仪、拉曼光谱探讨了由于载荷或温度改变引起含碳烟柴油机油摩擦学性能发生变化的原因.结果表明:当柴油机油中碳烟质量分数为5%时,当载荷或温度升高引起含碳烟柴油机油的摩擦学性能出现突变.突变表现为摩擦系数升高,磨损剧烈增加.分析认为,碳烟含量较高时,温度或载荷的升高容易引起润滑油膜破裂,出现乏油润滑,导致磨损加剧,摩擦系数升高.     

PTFE基复合材料在干摩擦和液氮介质中的摩擦磨损性能研究

对比考察了聚苯酯(Ekonol)和PAB纤维增强PTFE复合材料在干摩擦和液氮介质中的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜观察分析在干摩擦和液氮条件下Ekonol/PAB纤维增强PTFE复合材料的磨损表面形貌及其磨损机理,同时还考察了温度对复合材料冲击韧性的影响.结果表明:在液氮条件下,PTFE的抗犁削能力增强,Ekonol/PAB/PTFE复合材料的磨损量明显比干摩擦下低,复合材料的摩擦系数比干摩擦下大,载荷对复合材料的磨损量影响较小,复合材料的摩擦系数和磨损量随着滑动速度增加基本保持不变,材料的磨损机理主要为轻微犁削和脆性断裂;而在干摩擦条件下,载荷对复合材料的磨损量影响显著,随着滑动速度增加,复合材料的摩擦系数先增后减,磨损量逐渐增大,材料的磨损机理主要以犁削、粘着磨损及疲劳磨损为主.在2种试验条件下复合材料的摩擦系数均随载荷增加而减小;低温时材料的冲击韧性约为常温时的1/2.