聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯的磨粒磨损性能与机理研究

为了开发地面机械触土部件用高聚物基复合材料，以９６．５％（ｗｔ）石英砂（粒度４５０－９００μｍ）和３．５％（ｗｔ）膨润土（粒度７６μｍ）作磨料，在ＪＭＭ型转盘式磨粒磨损试验机上对聚四氟乙烯和超高分子量聚乙稀的耐磨粒蘑损性能与淬火回火４５＃钢的进行了对比试验研究，并且通过磨损表面形貌的扫描电子显微镜观察，探讨了这两种高聚物材料的磨损机理，在相对滑动速度为１２３．６ｍ／ｍｉｎ、滑动距离为２５７０８．８ｍ、试样摩擦面与磨粒运动的切向呈３５°角、试样在磨料中的埋入深度为４０ｍｍ的试验条件下，用重量损失和体积损失计量时，尽管超高分子量聚乙烯的耐磨性分别是聚四氟乙烯的８．４２倍和３．７６倍，但与淬火回火４５＃钢相比，其以重量损失计量时的耐磨性是后者的４．０４倍，而以体积损失计量时的耐磨性却不及４５＃钢的５０％，这说明要将超高分子量聚乙烯用于制造地面机械的触土部件，还应设法改善它的耐磨性能。研究表明，导致聚四氟乙烯磨损的重要机制是犁切，导致超高分子量聚乙烯磨损的重要机制是疲劳磨损。     

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     

炭纤维增强人工关节软骨材料——超高分子量聚乙烯的摩擦学特性

用炭纤维对超高分子量聚乙烯进行填充改性,测试了炭纤维填充量对其硬度及摩擦学性能的影响,用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了填充复合材料磨损表面形貌.结果表明:随着炭纤维含量增加,复合材料的硬度上升,耐磨性增强;炭纤维可大幅度降低超高分子量聚乙烯在蒸馏水润滑条件下的摩擦系数;超高分子量聚乙烯在干摩擦下的磨损主要表现为粘着、犁沟及塑性变形,而炭纤维填充复合材料的磨损表现为炭纤维的剥离.     

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。     

莫来石纤维增强铝基合金复合材料在干滑动条件下的摩擦磨损特性

在ＭＭ－２００型磨损试验机上，研究了以挤压铸造法制备的莫来石纤维增强的ＺＬ１０９合金复合材料在干滑动条件下的摩擦磨损特性。结果表明：在给定的试验条件下，这种复合材料与４５＃钢对麻时的摩擦因数是随载荷的升高而减小，当载荷高于３０Ｎ时，摩擦因数基本稳定为０．３４．在载荷低于４０Ｎ的情况下，复合材料的耐磨性比ＺＬ１０９合金的好，磨损主要是粘着磨损的磨粒磨损，而在载荷高于４０Ｎ的条件下，复合材料的耐磨性反     

淬火处理对原位TiCp／Fe复合材料组织及耐磨性的影响

研究了淬火处理对原位ＴｉＣｐ／Ｆｅ复合材料组织和耐磨性的影响。结果表明,复合材料经淬火处理后,其基体组织转变为马氏体,且进一步析出了一定量的细小ＴｉＣ颗粒,这种组织变化使复合材料的冲击韧性下降,但其硬度和耐磨性均显著提高,且其耐磨性是高铬白口铸铁的１．３倍,用扫描电镜和能谱观察分析发现,在淬火复合材料的磨损表面上,ＴｉＣ颗粒未剥落,因而能继续起抑制磨料磨损的作用。     

Schiff碱铜（Ⅱ）络合物和甘油-聚乙烯微胶囊改性超高分子量聚乙烯的磨损机理研究

将所合成的乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜（Ⅱ）络合物和甘油-聚乙烯微胶囊与超高分子量聚乙烯（UHMWPE）共混制备出改性UHMWPE材料，利用销-盘式摩擦磨损试验机评价Schiff碱铜（Ⅱ）络合物和甘油．聚乙烯微胶囊改性UHMWPE／GCr15钢配副在高速干摩擦条件下的摩擦磨损性能，利用扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌，采用电子能谱仪分析磨损表面的主要元素组成并探讨其磨损机理．结果表明，由于其独特的自身选择性转移效应使得耐磨性提高，在高速干摩擦条件下没有严重的粘着磨损．     

三维网络SiC增强铜基复合材料的干摩擦磨损性能

用销—盘式高温摩擦磨损试验机研究了85Cu—6Sn—6Zn—3Pb合金及三维网络SiC增强铜基复合材料的干摩擦磨损性能，测量了铜合金及不同体积分数的复合材料在不同温度及载荷下的摩擦系数和磨损率；用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌，并分析了三维网络SiC对铜合金磨损机制的影响．结果表明：复合材料的耐磨性远优于铜合金，而且随着三维网络SiC体积分数、温度及载荷的增加，复合材料的抗磨损性能明显提高；这种新型复合材料的摩擦系数随载荷变化保持稳定，在很宽的温度范围内，摩擦系数的稳定性均优于铜合金．这是由于三维网络SiC在磨损表面形成硬的微突体并起承载作用，同时其独特的结构制约了基体合金的塑性变形和高温软化，有利于磨损表面氧化膜的留存．这种复合材料作为传动及制动用摩擦材料具有明显的优越性．     

苜蓿草粉对金属材料磨损性能的影响

采用正交试验法在磨料磨损试验机上考察了不同粒度苜蓿草粉对45#钢和HT200灰铸铁磨损性能的影响,研究了不同载荷和转速等条件下的磨料磨损行为,采用扫描电子显微镜对其磨损表面形貌进行观察.结果表明:影响材料磨损性能的因素由大到小依次为转速、磨粒粒度和载荷;苜蓿草粉磨粒对金属材料表面的磨损为硬、软磨粒共同作用的结果;45#钢在硬磨料磨损条件下以显微切削为主要磨损机制,在软磨粒磨损条件下以多次塑性变形和低周期疲劳为主要磨损机制;HT200灰铸铁以塑性变形而产生的脆化剥落为主要磨损机制.     

Al_2O_(3f)+C_f/ZL109干摩擦磨损行为及其人工神经网络分析

采用挤压铸造法制备了氧化铝及碳短纤维混杂增强 Ｚ Ｌ１０９ 合金复合材料,考察了该复合材料的干摩擦磨损行为．结果表明：该复合材料的摩擦磨损性能随纤维总体积分数的增加而降低;当纤维总体积分数一定时,随碳纤维含量的增加复合材料摩擦磨损性能降低．采用人工神经网络技术对该复合材料的干摩擦磨损试验结果进行了综合分析,其结果与试验值吻合较好．分析表明：纤维总体积分数较小时,碳纤维含量对复合材料耐磨性的影响较大,随纤维总体积分数的增大其影响减弱;无论纤维总体积分数如何变化,碳纤维含量对复合材料摩擦系数均有较大影响,这是其自润滑作用的结果;载荷较小时,该复合材料摩擦磨损的跑合时间较长;随载荷的增大摩擦系数减小;磨损达到稳态后载荷对复合材料摩擦系数的影响不大     

超高分子量聚乙烯基耐磨复合材料的研制及其某些应用的研究

超高分子量聚乙烯既具有良好的耐磨损性,又有较高的机械强度,而且耐低温性能也极为优良,因而将它作为常温和低温下应用的抗摩材料有着良好的前景。 本文介绍了超高分子量聚乙烯复合材料的热压成型工艺,以及14种这类复合材料的机械强度与抗摩性能;考察了填充剂以及聚乙烯树脂分子量对上述各项性能的影响。还介绍了超高分子量浆乙烯复合材料作为织布机耐磨部件在京棉一厂运转200天(4800小时)及作为氦膨胀机的耐磨密封部件的使用试验,其结果是令人满意的。     

Ni-W-Co/SiC复合材料磨损特性与磨损机制

研究了ＳｉＣ颗粒和ＳｉＣ晶须为复合第二相的Ｎｉ－Ｗ－Ｃｏ合金基复合材料的磨损特性和磨损机制．结果表明,复合相含量、几何特性及载荷和滑动速度对复合材料的耐磨性影响很大．其原因在于ＳｉＣ颗粒与ＳｉＣ晶须以不同的形式发生流失．     

纳米氧化锆填充 U H MWP E人工髋臼的生物磨损行为研究

采用热压工艺制备了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)/纳米氧化锆(ZrO2)髋臼复合材料,利用UMT试验机测试复合材料的硬度和剪切冲压性能,利用人工髋关节模拟磨损试验机考察了复合材料在小牛关节液润滑条件下的摩擦磨损性能.结果表明,填充ZrO2提高UHMWPE复合材料的表面硬度、断裂载荷和断裂功,降低其磨损率.ZrO2/UHMWPE复合材料的磨粒尺寸随着ZrO2含量的增加而升高.UHMWPE复合材料耐磨性能与其大变形行为相关,复合材料的磨损率与大变形行为参数断裂载荷和断裂功呈反比线性关系.     

玻璃微珠增强超高分子量聚乙烯的耐磨耐热性能研究

采用热压成型工艺制备了偶联玻璃微珠填充的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,通过万能材料试验机、洛氏硬度计考察了玻璃微珠含量对复合材料力学性能、硬度的影响,对复合材料进行了X射线衍射分析(XRD)、差示扫描量热分析(DSC)和静态热机械分析(TMA),通过热变形、维卡温度测定仪考察了玻璃微珠含量对复合材料维卡软化温度的影响,通过高速环块磨损试验机和自制砂浆磨损水浴试验装置考察了玻璃微珠含量对复合材料耐摩擦磨损性能的影响,通过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:偶联玻璃微珠在UHMWPE体系中起填充增强作用,能有效提高复合材料的硬度、维卡软化温度、熔点和玻璃化转变温度,从而降低材料的摩擦系数与磨耗.维卡软化温度最多能提高12.5%,而磨损质量最多能降低62%,玻璃微珠质量分数在5%~20%之间效果明显,材料的力学性能随玻璃微珠的含量增加而有所下降.     

颗粒增强铁基复合材料的三体磨料磨损性能

采用普通铸渗工艺制备了具有蜂窝型陶瓷芯板的WC颗粒增强高铬铸铁基复合材料,陶瓷芯板厚度达到15~20 mm.通过金相显微镜、XRD等分析手段研究了复合材料界面结构及物相组成,由于WC颗粒边缘与高温铁水发生溶解扩散反应形成过渡层,使得基体与增强颗粒之间形成了良好的冶金结合.利用三体磨料磨损试验机测试了带有蜂窝孔复合材料的磨损性能,结果表明:磨损过程中,复合材料体积磨损量随着磨损过程的进行逐渐减少;复合材料的三体磨损性能与热处理态高铬铸铁标样相比有较为明显的提高,热处理态与铸态复合材料的耐磨性相差不大.     

铸钢件表面硬质颗粒型抗磨复合合金的组织与耐磨性

作者采用真空吸附铸件表面合金化工艺制造了具有高耐磨性表面合金层的复合材质铸钢件,用以克服工件的耐磨性与强韧性之间的矛盾。这种表面耐磨合金层系与母材铸钢铸造成形时同时形成,是通过铸造不同粒度的碳化钨(简称C.T.C.)颗粒而均匀弥散于含铬高钨白口铸铁中形成的一种硬质颗粒型抗磨复合材料,它同母材铸钢间处于完全的冶金结合状态。试验结果表明:其在二、三体高应力磨料磨损条件下均具有很高的耐磨性;热处理能使耐磨性进一步提高;复合合金中CTC颗粒的粒度愈大,其耐磨性愈高。     

碳化钨颗粒增强钢基复合材料的冲蚀磨损性能研究

以直径为188～250 μm的石英砂为磨料,在自制颗粒冲蚀磨损试验机上对WC颗粒增强ZG45钢基表层复合材料的气-固两相冲蚀磨损性能进行研究,采用扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌.结果表明,在相同冲蚀角条件下,增强相WC颗粒的直径越大,复合材料的耐磨性越差,复合材料在冲蚀角为45°时的冲蚀磨损率最大;而ZG45钢在冲蚀角为15°～30°范围内的冲蚀磨损率达到最大值,此后随着冲蚀角增加而减小;复合材料抗冲蚀磨损性能在较小冲蚀角(15°左右)下优于ZG45钢,在较大冲蚀角(≥30°)时劣于ZG45钢.     

ATP改性UHMWPE水润滑轴承材料的摩擦学特性研究

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)轴承材料在低速重载工况下常发生严重磨损,通过添加改性填料能够显著提升其摩擦学性能. 凹凸棒土(ATP)作为一种改性填料能够增强基体材料的机械性能进而改善其摩擦特性,但是ATP作为填料往往会因为团聚效应而降低材料的补强效果. 通过对ATP进行表面改性处理可克服团聚效应,实现ATP与基体间的均匀共混. 通过表面化学包覆改性法制备由硅烷偶联剂KH570改性处理的ATP与UHMWPE共混制成复合材料,并与纯UHMWPE材料作对照试验. 利用RTEC摩擦试验机研究复合材料在水润滑条件下摩擦系数随载荷和转速的变化,以及材料填充含量对复合材料在低速重载(v=0.55 m/s、F_z=55 N)工况下磨损性能的影响. 利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)与电子万能材料试验机分别对ATP改性效果、熔融结晶行为及复合材料的重要力学性能进行表征测试. 试验结束后,利用表面轮廓仪与激光共聚焦显微镜观察复合材料表面形貌并分析其磨损机理. 结果表明:硅烷偶联剂KH570对ATP的改性效果良好,填充改性ATP能提高材料的邵氏硬度,且材料的拉伸性能随填充含量的提高呈下降趋势;对比纯UHMWP材料,复合材料的摩擦系数更低,适量的ATP填充能改善材料磨损性能,减小体积磨损率;试验中改性ATP质量分数为1%的复合材料其摩擦学性能最优,在低速重载时的摩擦系数及体积磨损率与纯UHMWPE相比分别降低了52.45%和37.58%.      

相变微胶囊改性UHMWPE复合材料的摩擦学性能

以石蜡为囊芯,蜜胺树脂为高分子囊壁材料,采用原位聚合法制备了相变微胶囊,并将其作为填料添加入超高分子量聚乙烯基体中,制得相变微胶囊改性UHMWPE复合材料.分析了该复合材料的硬度和物相组成,并研究了其在室温,低速和高速试验条件下的摩擦磨损性能.结果表明:微胶囊填料的加入可以起到较好的减摩降磨作用,填料的最适宜添加比例为20%,在低速试验条件下经改性的复合材料摩擦系数较纯UHMWPE降低60%以上,高速试验条件下改性后的复合材料耐磨性较之纯UHMWPE有明显提高,不同试验条件下材料呈现不同的磨损机理.     

第二相颗粒对快速凝固Al-Ti合金滑动磨损性能的影响

研究了快速凝固Ａｌ－Ｔｉ合金的宏观滑动磨损和微观磨粒磨损性能．结果表明，随第二相颗粒体积分数的增大及颗粒尺寸的减小，合金的耐磨性提高．当颗粒尺寸一定时，合金的耐磨性随第二相颗粒体积分数的增大呈线性提高．由于载荷的增加使显微切削的发生几率变大，因此第二相颗粒体积分数对Ａｌ－Ｔｉ合金耐磨性的改善程度随施加载荷的增加而减小．