纳米锌填充超高分子量聚乙烯复合材料微动摩擦磨损性能

利用热压烧结法制备不同含量纳米锌填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,采用微动摩擦磨损试验机研究干摩擦条件下纳米锌含量对复合材料微动摩擦磨损性能的影响。利用场发射扫描电子显微对复合材料断面进行分析,采用扫描电子显微镜对材料磨损表面及钢球进行表征,探讨复合材料的磨损机制。研究结果表明:随着纳米Zn含量的增加,复合材料的摩擦因数和磨损率均表现为先降低后升高;当纳米Zn质量分数为1%时复合材料具有最低的摩擦因数和磨损率,且对偶钢球表面形成连续的转移膜;复合材料的磨损机制主要为黏着磨损和磨粒磨损。添加锌纳米颗粒,可以提高UHMWPE复合材料的微动摩擦磨损性能,当纳米锌质量分数为1%时,复合材料具有最低的摩擦因数和最优的耐磨损性能。     

纳米复合材料摩擦磨损性能研究进展

介绍了纳米复合材料的组成、分类和制备方法,评述了纳米复合材料的摩擦磨损性能研究进展,总结了纳米复合材料摩擦学性能的主要影响因素,分析了纳米复合材料的摩擦磨损机制,指出了当前纳米复合材料摩擦学研究领域的发展趋势和有待于研究和解决的问题.     

纳米磷酸盐薄膜的表面摩擦磨损性能研究

研究了轴承钢表面的纳米磷酸盐薄膜对轴承钢表面摩擦性能的影响。采用PHI595SAM型俄歇能谱仪对GCr15轴承钢试样表面纳米磷酸盐薄膜进行了分析和厚度测量。通过四球试验机和铁姆肯摩擦磨损试验机对表面覆盖磷酸盐薄膜的试样与普通试样进行了摩擦磨损对比试验。结果表明:表面覆盖20 nm厚磷酸盐薄膜的试样,具有良好的减摩抗磨效果。同时也对其高速轴承润滑系统的影响进行了讨论,发现纳米磷酸盐薄膜可以有效地改善高速轴承的润滑状态,延长轴承的使用寿命。     

钛基化学镀耐磨涂层微动磨损性能研究

以提高钛合金抗微动磨损性能为宗旨,研究了化学镀Ni-Tl-B（NTB）三元合金及Ni-Tl-B/BN、Ni-Tl-B/SiC复合镀层制备工艺,利用X射线衍射技术、扫描电镜及能谱分析等手段,分析了三种镀层的结构,观察了镀层表面形貌,利用微动摩擦磨损试验机评价了化学镀处理对钛合金抗磨的影响,实验结果表明：该工艺得到的Ni-Tl-B、Ni-Tl-B/BN、Ni-Tl-B/SiC多元复合镀层表面光亮、质感均匀、镀层结合力良好,经过相同次数微动磨损试验,Ni-Tl-B镀层的耐磨性能比TA7及Ni-Tl-B/BN、Ni-Tl-B/SiC镀层好。     

改善摩擦磨损性能的表面处理工艺

尽管常用的金属零件经热处理后,使材料硬度和韧性等发生变化,可以改善材料表面或整体的机械性能,但材料硬度不可能作为表征摩擦性能的唯一重要因素,所以说表面处理技术早已不能沿用传统的热处理概念来概括了。特別是近年来,由于非金属材料在摩擦学系统中的广泛应用,对于表面物理的和化学的相互作用的研究日益深入,许多摩擦学问题无法单纯依靠热处理工艺而加以解决。     

TiAlZr合金微动磨损性能研究

采用高精度液压式微动磨损试验机研究了TiA lZr合金在不同微动运行区域的微动磨损行为,建立了其运行工况微动图。试验结果表明:滑移区、混合区和部分滑移区的摩擦因数随循环次数变化呈现不同的规律,其中部分滑移区摩擦因数较低,磨损体积随着位移幅值的增大而增大;滑移区、混合区磨损体积随着法向载荷的增加而增大,而部分滑移区磨损体积随着法向载荷的增加而减小;滑移区磨屑堆积于中心区域,磨损以磨粒磨损和剥层机制为主;混合区磨损机制主要表现为粘着磨损与磨粒磨损并存;部分滑移区磨损轻微。     

TiO_2纳米管阵列的湿敏特性研究

采用电化学阳极氧化法制备高度有序的TiO_2纳米管阵列。样品分别在300℃、400℃、 500℃和600℃条件下煅烧。Ti O_2纳米管的结构和形貌由X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电镜(FESEM)进行表征。用TiO_2纳米管阵列设计一种新型的传感器来考察其湿敏特性。600℃条件下煅烧的样品在11 %～95%相对湿度(RH)范围内表现出比较高的灵敏度,在电阻上有两个数量级的变化,并且响应和恢复时间比较短(<190s)。     

含硫化铜纳米粒子润滑脂的微动磨损性能研究

在微动磨损试验机上考察了含有硫化铜纳米粒子脲基脂的微动磨损性能。结果表明:硫化铜纳米粒子能显著降低微动磨损体积,随着纳米粒子含量增加,微动磨损量降低;在微动磨损后期纳米粒子的存在还能降低摩擦因数。低负荷下,润滑脂中硫化铜纳米粒子有利于降低微动磨损量;但在高负荷条件下,磨损量迅速增大,说明高负荷下微动磨损方式发生了变化。XPS分析表明,微动磨斑表面膜含有Cu、FeS等物质,说明硫化铜纳米粒子能显著降低微动磨损的原因在于纳米粒子化学性质非常活泼,在微动过程中容易与摩擦表面发生化学反应,形成具有保护性的沉积物膜和化学反应膜。     

NiTi合金表面改性及其微动磨损性能研究

采用多弧离子镀技术在NiTi形状记忆合金表面制备TiN涂层。利用SRVⅢ摩擦磨损试验机研究NiTi合金表面改性后在37℃Hank’s模拟体液中微动磨损性能,分析法向载荷对TiN合金磨损机制的影响规律。利用SEM扫描电镜及能谱考察磨损表面形貌,结果表明：制备的TiN涂层表面致密均匀,无明显缺陷。说明TiN涂层可有效提高基体的耐磨性能,其磨损机制主要表现为剥落损伤与磨粒磨损并存。TiN涂层显微硬度为784 HV,远高于基体,TiN/NiTi膜基硬度比缓慢下降,涂层与基体结合强度高。     

激光微造型表面摩擦磨损性能研究

采用声光调Q二级管泵浦固体光源（DPSS）Nd：YAG激光器对缸套试件表面进行了,微造型州纹加工。在往复式活塞环-缸套摩擦磨损模拟试验机上进行了激光造型缸套试件与未造型光滑缸套试件的摩擦磨损性能对比试验研究。试验结果表明,在重载高速条件下,激光网纹试件与未造型试件相比,摩擦因数降低23％,磨损量降低66％。说明激光网纹沟槽具有贮油、积屑和动压润滑作用,同时激光加工的网纹淬火效应也有利于提高支承表面的耐磨抗擦伤性能。     

阳极氧化法制备TiO_2薄膜的力学性能与摩擦磨损性能

在不同的电解液体系中,利用阳极氧化法在TC4钛合金基体上制备了不同形貌的TiO2薄膜,分析了电解液体系及电压对薄膜形貌的影响;测试了薄膜的显微硬度、弹性模量和摩擦磨损性能。结果表明:TiO2薄膜的形貌与电压、电解液密切相关,电压过小或过大时薄膜形貌呈非纳米管结构,在HF溶液及含F-的无机电解液中,电压在10~20V时,薄膜形貌呈有序的纳米管状;在含F-的有机电解液中,当电压为40V时,薄膜呈纳米弹簧结构;非纳米管结构薄膜的显微硬度大,弹性模量高,耐磨性不佳;纳米管的管径与壁厚的比值越小,薄膜的力学性能和耐磨性越好;纳米弹簧状薄膜的显微硬度和弹性模量皆较小,摩擦因数高,磨损量大。     

钛合金在水介质中的微动磨损特性研究

在SRV实验机上对TC11钛合金在水中进行微动磨损研究，研究了载荷大小、振幅等对摩擦因数和磨损量的影响。结果表明，钛合金在水中微动的摩擦因数虽然随载荷或振幅的变化无规律可循，但随着振幅的减小却越来越稳定；其磨损量均随着载荷或振幅的增加而增加；小振幅时的磨损机制符合疲劳脱层理论，而大振幅时则主要是磨粒磨损机制。     

GCr15微动磨损转向往复滑动磨损特性的研究

对GCr15金属球和平面试块在300N的法向力作用下作了从微动磨损向往复滑动磨损转变的试验研究，对摩擦磨损过程中的磨损系数、摩擦力变化特性、磨痕的轮廓进行了分析研究。结果表明，在微动磨同往复滑动磨损转变前后，除磨损系数出现突变外，摩擦系数和磨痕的轮廓形貌也发生了比较大的变化，磨损转变过渡区的范围为70－100μm。     

TC16钛合金螺栓及其连接30CrMnSiA钢板孔的疲劳行为

利用高频疲劳实验机和自制装置进行疲劳试验,研究了TC16钛合金螺栓连接30CrMnSiA高强度钢板结构的疲劳破坏行为,并通过扫描电镜(SEM)和有限元分析法分析了钢板和钛合金紧固件的失效机理。结果表明:30CrMnSiA高强度钢板件用TC16钛合金紧固件连接时在外加拉-拉疲劳载荷下,其疲劳破坏属于微动疲劳,寿命较带自由孔30CrMnSiA钢板件的常规疲劳寿命下降约60%,脱层和磨粒磨损是板孔微动疲劳的主要损伤形式。TC16钛合金紧固件连接30CrMnSiA高强度钢板结构在拉-拉疲劳载荷下,钛合金螺栓由于弯曲疲劳作用发生弯曲疲劳断裂,而非微动疲劳破坏。TC16钛合金螺栓表面进行阳极氧化处理有利于改善30CrMnSiA高强度钢连接板的微动疲劳性能。然而,钛合金螺栓表面进行阳极氧化处理由于韧性降低的缘故,却导致其常规弯曲疲劳抗力明显下降。     

高分子聚合物材料微动摩擦磨损行为

组合密封中塑料环的耐磨特性对其密封性能有重要作用,为优选合适对摩材料,研究超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚四氟乙类(PTFE)+40%铜粉、PTFE+7%碳纤维、PTFE+7%碳纤维+5%MoS₂、聚醚醚酮(PEEK)5种高分子聚合物材料与QT500对摩的微动摩擦磨损性能。从中筛选出PTFE+7%碳纤维、UHMWPE 2种材料进行不同微动行程、润滑条件下的对比试验。结果表明：无论是在干摩擦还是油润滑条件下,UHMWPE材料的平均摩擦因数随着微动行程的增大而增加,PTFE+7%碳纤维材料达到稳定状态时摩擦因数随着循环次数的波动较小。综合试验结果,当微动行程小于等于0.2 mm时建议选用PTFE+7%碳纤维,微动行程大于0.2 mm时建议选用超高分子量聚乙烯材料。     

钛合金球与骨水泥界面之间的微动磨损机制研究

采用钛合金球与自制骨水泥试样以球/平面接触方式,在自制的微动摩擦磨损试验机上开展干摩擦和25%小牛血清介质中切向微动磨损试验研究,考察钛合金球与骨水泥界面之间的微动运行特性,并采用S-3000N型扫描电镜观察磨痕形貌来分析其微动磨损机制。结果表明:随着微动振幅的增加,微动运行由部分滑移区向混合区转变。随着接触载荷的增加,试样接触面之间更容易发生黏着。与干摩擦相比,在小牛血清溶液中部分滑移区向较大振幅区扩展。部分滑移区摩擦因数值较低且保持稳定,混合区的摩擦因数先增大后保持不变。稳定摩擦因数随着接触载荷的增加而减小,随微动振幅增大而增大。骨水泥试样的磨损量在小牛血清介质中比在空气中大,并且随接触载荷增大而增大。骨水泥在小牛血清介质中微动磨损的损伤机制主要为黏着磨损和疲劳磨损,溶液分子在应力作用下对骨水泥基体有削弱作用。     

TC4合金微动磨损过渡区摩擦行为

为研究TC4合金微动磨损过渡区摩擦行为特点,采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机,对球/平面接触的GCr15钢球/合金TC4摩擦副在100 N法向载荷下进行微动磨损试验,得到TC4合金微动磨损过渡区的范围,分析不同状态下摩擦因数演变及磨痕表面形貌特点,研究磨损机制的变化。结果表明:微动状态下,摩擦因数在磨合阶段波动剧烈,达到稳定磨损阶段后趋于稳定,且稳定状态下的摩擦因数随着位移幅值的增加而增加;往复滑动状态下,不同位移幅值下的摩擦因数曲线近乎重合且波动剧烈;微动磨损过渡区的摩擦因数变化处于2种状态的转变阶段。微动状态下,磨痕表面轮廓线粗糙,损伤轻微,磨损机制以黏着磨损和疲劳剥层为主;往复滑动状态下,轮廓线更光滑且损伤严重,磨损机制以磨粒磨损及塑性变形为主;微动磨损过渡区轮廓线由粗糙变为光滑,磨损深度及宽度突增,磨损机制由黏着磨损转变为磨粒磨损。     

油润滑下MoSi2材料的摩擦磨损性能

运用M-200型摩擦磨损试验机测定了油润滑条件下MoSi2与45调质钢、45淬火钢和CrWMn钢配对时的摩擦磨损性能，采用扫描电镜和微探针分析了摩擦副表面的形貌，探讨了磨损机理：结果表明：采用20号机械油润滑可有效地降低MoSi2材料的磨损率及摩擦因数；与低硬度的45调质钢和45淬火钢对摩时，MoSi2材料的主要磨损机制为晶间断裂、疲劳断裂、轻微粘着磨损和磨粒磨损；MoSi2材料与高硬度的CrWMn钢对摩时，主要磨损机制表现为粘着磨损、微犁削式磨粒磨损，并在偶件表面材料凸点的前端形成楔块。     

Sol-gel Derived TiO2-Bioactive glass-Hydroxyapatite Bioactive Coating on Titanium Alloy Substrate

Coating the hydroxyapatite (HA) on the titanium alloy surface can obtain a bioactive implant with high mechanical properties.However,the bonding force between the titanium alloy and the HA was low due to their different coefficient of thermal expansion (CET).Preparing the multi-layer coating with alleviated thermal stress on titanium alloy substrate is few reported.Fabrication of a TiO2-bioactive glass (BG)-HA bioaetive coating was proposed to solve this problem.A particular TiO2 surface was prepared on the titanium alloy substrate by micro-arc oxidation treatment.The BG and HA coating were coated onto the TiO2 surface in turn by using a sol-gel method.The microstructure,surface morphology and phase composition of the coatings were analyzed.The bonding force of coatings was investigated by the nick apparatus.In vitro dissolution was performed by soaking the TiO2-BG-HA coated samples into the simulated body fluid for various periods.Micro-structural observations indicated that no delamination and crack occurred at the interface of HA/BG and BG/TiO2.The bonding between the substrate and coating consists of the mechanical interaction and the chemical bonding.The bonding force could reach about 45 N.The TiO2-BG-HA coating displayed the excellent forming ability of bone-like apatite when it was soaked into the simulated body fluid.This work suggests an innovative way to reduce the internal stress among coatings through varying BG composition to adjust its CTE,so as to enhance the bonding force.     

弹性金属塑料复合材料的摩擦磨损特性研究

在MPX-2000摩擦磨损试验机上，用环盘摩擦副，结合扫描电镜分别评价了弹性金属塑料（EMP）复合材料与钢在油润滑和干摩擦条件下的摩擦磨损特性。结果表明：两种试验条件下，相同滑动速度的摩擦系数随载荷的升高而减小，当载荷为2000N，滑动速度小于3.52m/s时，摩擦系数基于趋于稳定，EMP磨损率随滑动速度和载荷的升高耐增加，但不同试验条件的增幅不高，油润滑下滑动速度小于3.52m/s和干摩擦条件下滑动速度小于1.96m/s时，EMP以微切削，塑性变形和梨沟磨损为主，并在摩擦副两表面形成转移物。