聚合物/金属摩擦界面迁移过程的数值模拟

聚合物材料在与金属对偶件滑动接触时,会在摩擦界面上发生界面迁移,导致在金属对偶件表面形成一层转移膜.转移膜的存在能够有效地降低聚合物材料的磨损.本文基于离散单元法,利用二维颗粒流程序(PFC2D),对PTFE/45钢界面迁移过程进行数值模拟分析.模拟结果表明:PTFE与45钢组成摩擦副时,会在45钢表面形成一层转移颗粒层.一开始转移颗粒数逐渐增大,一段时间后随着转移颗粒层的形成与完整,转移颗粒数趋于一个定值且保持动态平衡,磨损颗粒增加速率显著下降,并维持在一个稳定的值.     

Fe/PTFE复合材料的摩擦诱导磁化及摩擦学性能

研究了Fe/PTFE复合材料在摩擦过程中的摩擦诱导磁化行为,主要探讨了滑动速度、载荷以及填料含量对摩擦磁化的影响.结果表明:随着载荷的增加,复合材料的摩擦诱导磁感应强度呈缓慢上升趋势,载荷超过2.5MPa后会略有下降;而随着摩擦线速度的增加,复合材料的摩擦诱导磁感应强度逐渐变小;此外随着填料含量的增加,复合材料的摩擦诱导磁感应强度逐渐增加.含铁磁性填料的聚合物复合材料的摩擦诱导磁化行为会促进摩擦转移膜的形成和稳定,从而对减小摩擦降低磨损产生有益的影响.     

铸造铝硅合金及其含石墨的复合材料与GCr15钢干滑动摩擦时金属转移特性之研究

作者研究了铸造铝硅合金及其含石墨颗粒的复合材料与GCr15钢干滑动摩擦时的金属转移特性。结果表明,在给定的相同条件下,复合材料对钢摩擦副的金属相互转移量比基体合金对钢摩擦副的少;两种摩擦副的金属相互转移量均随法向载荷的增加而增大。此外,作者还就金属转移对配副双方摩擦磨损的影响进行了初步的分析和讨论。     

CF/PTFE纤维混编织物增强环氧复合材料干摩擦特性

采用碳纤维与聚四氟乙烯纤维(CF/PTFE)混编织物增强,制备了环氧树脂基自润滑复合材料,研究了钢背衬复合材料与45钢在环-环端面干摩擦状态下的摩擦学特性,考查了纤维织物、摩擦热、载荷、速度对材料摩擦磨损性能的影响,用红外热像仪、热电偶及风冷方式对摩擦副温度进行监控,用激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜对复合材料及偶件磨损面进行了观察与能谱分析.结果表明:与碳织物相比,混编纤维织物大大改善了复合材料的摩擦学性能,改善效果极大依赖于摩擦温度、载荷和速度参数.PTFE纤维磨损后在树脂基体及偶件表面形成减摩型转移膜层,材料表现为疲劳磨损特征.摩擦高温使复合材料摩擦学特性改变,黏结磨损加剧,偶件钢环表面出现氧化磨损,树脂基体塑性流动,摩擦力增大.混编纤维的排布方式影响复合材料的摩擦磨损性能,摩擦面上大量破碎的碳纤维易使偶件表面转移膜受到破坏,复合材料转变为以磨粒磨损为主,减摩主要源于磨屑中的润滑组分.     

碳黑填充超高分子量聚乙烯复合材料摩擦磨损性能研究

采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了载荷及偶件表面粗糙度对碳黑填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料摩擦磨损性能的影响；利用扫描电子显微镜观察复合材料磨损表面形貌并分析了其磨损机理．结果表明：同UHMWPE相比，碳黑填充UHMWPE的磨损质量损失随载荷增加而增大的幅度较小；偶件表面粗糙度对碳黑填充UHMWPE复合材料的摩擦磨损性能影响较大，随着偶件表面粗糙度的增大，摩擦系数和复合材料的磨损质量损失均显著增大．UHMWPE及其碳黑填充复合材料在干摩擦条件下同45“钢及SiC喷涂层涂覆45“钢对摩时主要呈现犁削和塑性变形特征，犁削和塑性变形程度随载荷和偶件表面粗糙度增加而加剧。     

外加磁场对W-20Cu/45钢摩擦副干摩擦特性影响的实验研究

以W-20Cu销/45钢环摩擦副为研究对象,采用改进后的MPV-1500型摩擦磨损试验机,研究了直流磁场对W-20Cu干滑动摩擦磨损特性的影响.利用扫描电镜观察W-20Cu销磨损后的表面形貌、纵切面组织及磨屑形貌,采用三维形貌仪表征了磨损表面粗糙度.结果表明:随着磁场的施加和增大,W-20Cu销和45钢环的磨损率及摩擦系数均有减小趋势.磁场不仅降低了W-20Cu销摩擦面亚表层的变形程度,而且能吸附磨屑并使之细化.无外加磁场时,磨损机制主要为磨粒磨损;施加磁场后,W-20Cu销摩擦面趋于平滑,磨损机制变为磨粒磨损和氧化磨损的混合磨损.     

PTFE基复合材料磨损机理的研究

通过用几种无机物及不同硬度的金属网填充的聚四氟乙烯(PTFE)基复合材料的磨损性能研究,认为填料减磨的主要机理是由其在摩擦界面上支承载荷的结果。对金属对偶表面上转移膜的俄歇(AES)深度剖析表明,不锈钢丝网填充PTFE基复合材料形成的转移膜的厚度要比用铜网填充的复合材料形成的薄得多。用不锈钢网和无机物共同填充的复合材料的磨损比纯无机物填充的复合材料的低得多。还根据电子显微镜观察结果对磨屑的形成过程进行了探讨。     

中碳钢/不锈钢磁场摩擦中磨屑的行为和作用

以45钢销/302不锈钢盘摩擦副为研究对象,采用自制的销、盘摩擦磨损试验机,研究了直流磁场作用下磨屑在摩擦过程中的行为及其对摩擦磨损性能的作用. 为此分析了有、无磁场作用下磨屑在磨损面上的分布特点,利用扫描电镜观察了磨屑及45钢销磨损面的形貌,采用三维形貌仪表征了磨损面特征区域的相对高度. 与无磁场时的摩擦磨损情况相比,磁场作用下45钢销的磨损量有所增大,而摩擦系数稍有减小. 摩擦过程中出现了302不锈钢盘向45钢销的材料转移并形成了不连续的转移层,该转移层相对高度较大,承担了主要的摩擦磨损并趋于平滑. 磁场作用下45钢销磨损面吸附少量磨屑并使之细化和氧化,该吸附磨屑在一定程度上减小了摩擦副的摩擦系数,并阻碍试样之间的材料转移,从而增加了45钢销的磨损量.      

缠绕提升钢丝绳绕入冲击摩擦特性研究

为掌握多层缠绕提升钢丝绳层与层之间滑动摩擦磨损特性,在自制缠绕式矿井提升机钢丝绳层间摩擦试验台上,以6×19热镀锌钢丝绳为研究对象,对不同载荷、滑移速度、冲击速度下钢丝绳滑动摩擦磨损规律及接触区域温升变化规律进行试验探究.研究结果表明:摩擦系数变化分为快速增长阶段、过渡阶段、稳定阶段;摩擦系数随载荷增加小幅减小,随滑移速度增大总体呈降低趋势;缠绕钢丝绳滑动摩擦温升集中于接触区域,最大温升受滑移速度影响明显,随速度增加而增大;冲击摩擦系数明显低于稳定滑动摩擦系数,最大冲击摩擦系数随冲击速度、滑移速度增大而增大,随着冲击载荷增大出现多次冲击摩擦.     

铸型尼龙端面扭动与滑动摩擦学行为研究

为研究端面扭动摩擦特性,研制了端面扭动摩擦特性测量装置,进行了玻璃纤维增强铸型尼龙（MC尼龙）复合材料与45#钢在123 N法向载荷下的扭动与滑动摩擦学试验,扭动角位移幅值为60°和90°,使用扫描电镜观察MC尼龙复合材料磨损表面形貌,采用光学显微镜观察45#钢偶副表面转移膜形貌.结果表明：扭动摩擦的扭矩-角位移（T-θ）曲线随着循环次数的增加保持平行四边形,而摩擦扭矩随之升高;扭动状态下的摩擦系数高于滑动摩擦系数,扭动磨损后MC尼龙试样质量增加;滑动状态下的磨损机理主要为塑性变形和疲劳磨损,扭动状态下的磨损机理为更为严重的黏着磨损和疲劳磨损;滑动摩擦状态下,45#钢偶副表面形成了大面积连续的转移膜,扭动状态下,45#钢偶副表面只在接触中心区域有少量条块状转移物质.     

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.     

粉末冶金Cu-Fe复合材料的摩擦磨损行为

研究了 Ｆｅ 含量、施加载荷和滑动速度对粉末冶金 Ｃｕ Ｆｅ 复合材料摩擦磨损性能的影响,并用电子显微镜和 Ｘ 射线能谱分析了 Ｃｕ Ｆｅ 复合材料的磨损机理．结果表明：载荷和滑动速度对摩擦系数影响不大, Ｃｕ Ｆｅ 复合材料的摩擦系数随 Ｆｅ 含量的增加略有增加;在低载荷下,随 Ｆｅ 含量的增加, Ｃｕ Ｆｅ 复合材料的耐磨性提高;当载荷大于 ２００ Ｎ 时,含 Ｆｅ 量高的复合材料的耐磨性反而降低;在低载荷高速滑动条件下,随滑动速度的增加, Ｃｕ Ｆｅ 复合材料磨损率下降     

碳纳米管改性聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能研究

评价了用不同含量碳纳米管(CNTs)改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的力学性能,利用MM-200型摩擦磨损试验机研究了CNTs含量对PTFE复合材料摩擦磨损性能的影响,借助于扫描电子显微镜观察分析了试样磨损表面及磨屑形貌,并探讨其磨损机理.结果表明:CNTs能够提高PTFE复合材料的硬度和冲击强度,在本文研究范围内,当CNTs的质量分数为7%时,PTFE复合材料的力学性能最佳;CNTs能够增加PTFE复合材料的摩擦系数、降低其磨损量,当其质量分数为10%时,PTFE复合材料的耐磨损性能最佳.纤维状碳纳米管可以阻止PTFE带状结构的大面积破坏,以及在摩擦过程中于偶件表面能够形成转移膜并隔离复合材料与偶件的直接接触是其减摩耐磨作用的主要原因.     

稀土处理玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料在油润滑下的摩擦学性能

分别用偶联剂、稀土以及偶联剂 -稀土混合物处理玻璃纤维表面 ,以改善玻璃纤维与聚四氟乙烯之间的界面结合力 ,考察了玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料在油润滑下的摩擦学性能 .结果表明 :在油润滑条件下 ,表面处理玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦系数比未经处理玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料的低 ,耐磨性亦较优 ;而稀土处理玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料具有最低的摩擦系数及最高的耐磨性和极限 pv值 ;未经处理玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料的磨损形式主要为粘着转移 ,偶联剂处理玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料和偶联剂与稀土处理玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料均以磨粒磨损为主 ,而稀土处理玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料的磨损机理主要为粘着磨损和轻微磨粒磨损     

氮化物陶瓷颗粒增强铜基复合材料的干摩擦磨损性能研究

采用粉末冶金工艺制备了纯铜以及AlNp／Cu和TiNp／Cu系列铜基复合材料，研究了2种复合材料在不同颗粒含量、不同载荷及滑动速度等条件下与45^#钢对摩时的干摩擦磨损性能，用扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌，用能谱仪分析了磨损表面的元素组成．结果表明：与纯铜相比，AlNpCu及TiNp／Cu复合材料的耐磨性能显著提高，随着氮化物颗粒含量增加，2种复合材料的磨损率先下降而后趋于稳定；载荷与滑动速度提高引起的热效应使得纯铜及其复合材料的磨损率增高；由于TiNp的硬度高于AlNp以及本身具有一定的自润滑性能，使得TiNp／Cu复合材料的耐磨减摩性能优于AlNp／Cu复合材料．     

碳纤维增强聚醚砜复合材料的摩擦磨损性能研究

利用销－盘磨擦磨损试验机考察了聚醚砜及其复合材料在干滑动摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果表明：碳纤维使聚醚砜的摩擦磨损性能得到明显的改善,春改善程度同碳纤维的长度和体积分数相关;当碳纤维的体积分数约为１５％时,聚醚砜复合材料的摩擦系数及比磨损率最低;添加固体润滑剂可以使复合材料的摩擦磨损性能得到进一步改善;随着温度及外载荷的变化,摩擦系数及比磨损率表现出不同的变化趋势。     

环境水氧对纳米氮化铝/聚四氟乙烯复合材料摩擦学性能的影响

采用超声分散法制备出纳米氮化铝/聚四氟乙烯(AlN/PTFE)复合材料,使用线性往复摩擦磨损试验机在大气和干燥氩气中对比测试了该复合材料摩擦学性能. 结果表明:大气环境下,纳米氮化铝质量分数为5%时可以将聚四氟乙烯磨损率降低4个数量级[1×10?7 mm3/(N·m)]. 而在同样摩擦测试条件的干燥氩气环境中,使用纳米氮化铝只能将聚四氟乙烯磨损率降低2个数量级[1×10?5 mm3/(N·m)]. 利用三维轮廓仪、扫描电镜、红外光谱仪和光电子能谱仪对金属对偶表面形成转移膜的形貌和化学成分进行分析. 研究发现:大气环境的摩擦过程中,聚四氟乙烯与环境水氧发生摩擦化学反应生成了富含羧酸盐的转移膜,显著提高了复合材料耐磨性能;干燥氩气中,水氧的缺失使复合材料无法在摩擦中生成富含羧酸盐的转移膜,影响材料耐磨性能的进一步提高.      

Cu/Ni-P多层膜的制备及其摩擦学性能研究

用电沉积方法制备了软硬层交替的Cu／Ni-P多层膜，用原子力显微镜观察分析了多层膜的表面形貌，用X射线衍射仪测定了其相结构；采用动一静摩擦系数精密测量装置考察了多层膜的摩擦学性能和摩擦磨损机制；采用扫描电子显微镜观察分析了其磨损表面形貌．结果表明：Cu／Ni-P多层膜与钢球对摩时具有较好的抗磨减摩性能；在低载荷和低滑动速度下，多层膜的磨痕表面存在擦伤痕迹和较浅的犁沟；在高载荷下多层膜发生严重粘着磨损和剥落。