石墨烯/高密度聚乙烯在水润滑条件下的摩擦学性能研究

目的 探究石墨烯/高密度聚乙烯高分子材料在水润滑条件下的摩擦学性能,提高高密度聚乙烯的自润滑和耐磨损性能.方法 采用石墨烯纳米片填充高密度聚乙烯材料,利用RTEC摩擦磨损试验机,开展新型复合材料在水润滑条件下的摩擦学性能研究.通过分析新型复合材料的典型机械性能、摩擦系数、磨损形貌以及摩擦副接触表面的元素成分及分布情况,揭示石墨烯/高密度聚乙烯在水润滑条件下的摩擦磨损机理.结果 新型复合材料的拉伸强度、撕裂强度和肖氏硬度均随着石墨烯纳米片含量的增加而先增高后降低,1.5％石墨烯纳米片改性高密度聚乙烯表现出最高的强度,分别为19.81 MPa、31.34 MPa和92.6HSA.新型复合材料的平均摩擦系数和体积行程磨损率总体随着石墨烯含量的增加而减小,1.5％石墨烯纳米片改性的高密度聚乙烯平均摩擦系数和体积行程磨损率比纯高密度聚乙烯分别降低了53.6％和73.9％.Si3N4陶瓷球与1.5％、0.6％石墨烯纳米片改性高密度聚乙烯进行3600 s对磨试验,其磨损区域的碳元素质量分数分别约为3.5％和0.3％,表明含量较高的石墨烯纳米片有利于在微观界面形成石墨烯润滑层,从而降低摩擦系数.结论 石墨烯纳米片显著影响高密度聚乙烯的自润滑性能和耐磨损性能,适量的石墨烯纳米片促进了高密度聚乙烯磨损界面石墨烯润滑层的形成,降低摩擦系数和磨损量.该研究可为设计低摩擦、耐磨损的水润滑轴承复合材料提供参考.     

放电等离子烧结法制备石墨烯-铜铬锆合金的组织与性能

采用低能球磨和放电等离子烧结法制备了石墨烯(GNPs)增强铜基复合材料.研究了石墨烯含量对复合材料微观结构和性能的影响.结果 表明,随着石墨烯含量的增加,复合材料的力学性能呈现出先升高后降低的趋势.其中,当石墨烯含量为0.25％(质量分数)时,复合材料的极限抗压强度为409 MPa,合金的导电率高达90％ IACS.石...     

氨基化氟化石墨烯增强热塑性聚氨酯的制备与性能研究

目的 制备氨基化氟化石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料,进一步提升热塑性聚氨酯(TPU)的综合性能。方法 通过亲核取代反应将尿素分子修饰在氟化石墨烯(FG)表面,得到氨基化氟化石墨烯(AFG)。将AFG作为填料与TPU复合,得到不同质量浓度的氨基化氟化石墨烯/热塑性聚氨酯(AFG/TPU)复合薄膜。通过SEM、TEM、AFM、XPS、XRD、Raman对FG、AFG粉末和AFG/TPU复合薄膜进行表征,使用万能材料试验机、多功能摩擦磨损试验机对AFG/TPU复合薄膜进行力学、摩擦学性能测试。结果 经过尿素分子与FG表面的C—F亲核取代反应,得到表面氨基化的AFG,使AFG片层表面不仅有大量的氟元素,而且有能与TPU分子链形成氢键作用力的氨基官能团,从而保证了AFG可均匀分散于TPU基体中。3.25-AFG/TPU复合材料的拉伸强度为5.97 MPa,较3.25-FG/TPU复合薄膜的拉伸强度(4.37 MPa)增加了36.6%,较纯TPU的拉伸强度(2.51 MPa)增加了137.8%。纯TPU磨损体积为0.56 mm³,3.25-FG/TPU复合材料的磨损体积为0.42 mm³,较纯TPU减小了25%;3.25-AFG/TPU复合材料的磨损体积为0.18 mm³,较纯TPU减小了67.8%。3.25-AFG/TPU复合薄膜的磨损率为1.67×10^–2 mm³/(N.m),较TPU的磨损率(5.18×10^–2 mm³.N^–1.m^–1)降低了67.8%。结论 当FG和AFG分别作为纳米填料时,发现3.25-AFG/TPU力学性能和摩擦学性能均优于3.25-FG/TPU,这是因为AFG不仅保持了FG良好的分散性,使得其可以均匀分散在TPU基体中,而且表面氨基更赋予了AFG与TPU分子链形成氢键作用力的能力,使得拉伸应力和摩擦剪切力可以通过TPU分子链传递到AFG纳米材料表面,最终有效增强了TPU的抗拉伸强度和耐磨损性能。复合材料拉伸断面的微观形貌分析表明,应力可以从TPU分子链传递到AFG表面,AFG起到了分散应力的作用。磨损表面分析表明,TPU和AFG/TPU复合薄膜的磨损机制主要为疲劳磨损。因此,AFG增强AFG与TPU界面的相互作用,最终增强了TPU的力学性能和摩擦学性能。     

石墨烯对铜基制动材料的性能影响

目的为了提高铜基制动材料的力学性能和摩擦学性能,选用石墨烯作为增强填料添加到铜基制动材料中,研究石墨烯对铜基制动材料性能的影响。方法采用粉末冶金的方法制备了石墨烯含量(质量分数,后同)分别为0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的铜基复合材料,并对不同试样的力学性能和摩擦磨损性能进行比较。结果含有石墨烯的试样硬度为46.4~54.2HB,高于未添加石墨烯试样的硬度(44.5HB)。含有石墨烯的试样抗弯强度为250~418 MPa,均高于未添加石墨烯试样的抗弯强度(218 MPa),其中石墨烯含量为0.4%的试样的硬度和抗弯强度最大,分别为54.2HB和418 MPa。随着石墨烯含量的增加,材料的密度逐渐下降。当石墨烯含量为0.2%~0.4%时,材料摩擦系数的稳定性提高且磨损率降低;当石墨烯含量为0.6%~0.8%时,材料摩擦系数的稳定性下降且磨损率变大。当石墨烯含量为0.4%时,材料的摩擦系数最稳定,摩擦系数的方差为0.3×10~(-3)(未添加石墨烯的试样为1.4×10~(-3)),磨损率最低,位于0.136×10~(-6)~0.185×10~(-6) mm~3/(N·m)之间(未添加石墨烯的试样位于0.42×10~(-6)~0.82×10~(-6)mm~3/(N·m)之间)。结论少量的石墨烯(0.2%~0.4%)可以显著提高铜基制动材料的硬度和弯曲强度,其中石墨烯含量为0.4%时,制成的制动材料的机械性能最佳,同时试样的摩擦系数稳定,磨损率较低。     

等离子熔化沉积TiC增强Inconel 718基原位自生复合材料显微组织及高温耐磨性

为改善镍基高温合金Inconel 718的高温耐磨性,利用同轴送粉等离子熔化沉积快速成形技术原位合成了TiC增强Inconel 718高温合金基高温耐磨复合材料。分析了复合材料的显微组织结构和原位自生过程,探讨了增强相TiC的含量对复合材料的显微硬度及高温干滑动摩擦磨损性能的影响规律,研究了复合材料的高温磨损机理。结果表明:复合材料组织细小致密,显微硬度随TiC增强相体积分数增加而相应提高;在高温干滑动磨损实验条件下,复合材料表现出优异的耐磨性。     

石墨增强聚酰亚胺在海水中的摩擦学性能

目的为石墨增强聚酰亚胺复合材料在海水环境下的摩擦学应用提供实验依据。方法利用SST-ST销/盘摩擦试验机,研究了质量分数为15%石墨增强聚酰亚胺复合材料与17-4PH不锈钢组成的摩擦副在海水介质中的摩擦学性能,并与干摩擦和纯水润滑条件下的摩擦学性能进行比较。结果聚酰亚胺复合材料在干摩擦下的摩擦系数和磨损体积最大,分别为0.134、1.930 mm~3。干摩擦条件下,聚酰亚胺复合材料的磨损表面存在较深的犁沟,在犁沟周围出现了材料塑性流动及粘着剥落现象,对偶件表面有聚酰亚胺复合材料转移。磨损机理主要表现为磨粒磨损、材料塑性变形以及粘着和剥落。在纯水润滑下,聚酰亚胺复合材料表面存在较多材料粘着撕裂现象,同时存在宽浅不一的犁沟,磨损机理主要为粘着磨损和磨粒磨损。在海水润滑下,复合材料的摩擦系数和磨损体积最小,分别为0.086、1.235 mm~3,材料磨损表面十分光滑,只有沿运动方向存在少量轻微犁沟,磨损机理主要表现为磨粒磨损。结论石墨增强聚酰亚胺复合材料在海水中的摩擦学性能优于干摩擦和纯水环境下的摩擦学性能。     

石墨烯在不锈钢材料应用中的减摩和耐磨特性研究进展

材料间的摩擦和磨损会产生能源和经济上的损耗,高强度的石墨烯为提高材料的减摩和耐磨特性提供了新的途径.不锈钢材料已经在工业领域获得广泛的应用,根据石墨烯和不锈钢材料的结合方式分类,总结了国内外关于石墨烯应用于不锈钢材料减摩降损的研究进展,从不锈钢材料的加工到应用,揭示了石墨烯降低不锈钢摩擦因数的规律.石墨烯纳米颗粒作为切削液添加剂,可以极大降低不锈钢和刀具摩擦界面的摩擦因数,从而提高不锈钢工件表面加工质量.先制备后转移仍是当前石墨烯应用于不锈钢表面的主要方式,石墨烯以固体润滑剂的形式作用于摩擦界面,不锈钢表面的磨损率可以实现下降.激光熔化增材制造技术的不断发展,为石墨烯增强不锈钢复合材料提供有效途径,极大地推动该材料的工程应用进程,也为石墨烯降低不锈钢材料的摩擦磨损提供了新的研究方向.最后,通过对石墨烯降低不锈钢材料摩擦磨损的研究总结,指出了当前研究存在的部分问题并提出了解决措施,展望了该方向的应用前景.     

载荷对PTFE/AlSi10Mg复合材料摩擦磨损行为的影响

采用选区激光熔化(SLM)、浸渗和真空烧结工艺制备了以AlSi10Mg为基体的多孔骨架填充聚四氟乙烯(PTFE)的自润滑复合材料。采用往复式Bruker UMT-3摩擦试验机研究了速度为5mm/s、不同载荷下复合材料的摩擦磨损性能,并采用SEM、EDS等对其成分、结构以及摩擦学行为进行了研究。结果表明,复合材料的平均摩擦因数和磨损率随着载荷的增加呈现先增大后减小的趋势;复合材料的摩擦稳定性主要由存储在骨架中的PTFE决定。其摩擦机制主要是在载荷的作用下,当磨擦表面发生磨损时,骨架中的PTFE将磨屑捕获,形成完整的PTFE润滑层,并且发生膜的转移,从而增加了复合材料的摩擦学稳定性。     

生理盐水润滑下PEEK/WK复合材料的摩擦学性能

为研究生理盐水润滑条件下碳酸钙晶须含量、载荷大小、滑动速度因素对PEEK/CaCO3复合材料摩擦学性能的影响规律,并考察复合材料的摩擦学稳定性,在自制改性偶联剂处理晶须表面的基础上制备了PEEK/CaCO3复合材料,利用MMW1A立式万能摩擦磨损试验机对复合材料的摩擦学性能进行测试,用扫描电子显微镜(SEM)对磨损表面形貌进行扫描分析表征。结果表明,晶须含量对复合材料摩擦学性能影响明显,在0.9%的生理盐水润滑条件下PEEK/CaCO3复合材料随着晶须含量的增加,摩擦因数及比磨损率均呈现先减小后增大现象;当晶须质量分数为15%左右时,复合材料的摩擦因数达到最低值,同时比磨损量相对最低,复合材料与摩擦副的磨合过程相对平稳,具有较好的摩擦学性能,表现为粘着腐蚀磨损特征。外加载荷、滑动速度增大,材料的摩擦因数增大,比磨损率增加。     

电流对碳纳米管增强铜基复合材料载流摩擦学性能的影响

采用粉末冶金方法在相同的工艺条件下制备纯铜和碳纳米管含量为10%（体积分数）的铜基复合材料。在一种销盘式载流摩擦磨损试验机上考察了不同电流条件下2种材料的载流摩擦磨损性能。结果表明：纯铜和铜基复合材料的摩擦系数和磨损率均随电流的增大而增大,但是电流对纯铜材料的影响更加显著;纯铜材料的主导磨损机制是电弧烧蚀磨损,而铜基复合材料的主导磨损机制是塑性流动变形;碳纳米管可以改善铜基复合材料的载流摩擦磨损性能。     

SiCp/Mahle142铝基复合材料的油润滑摩擦磨损性能研究

用液态搅拌法制备了SiCp/Mahle142铝基复合材料,研究了2%-15%SiC/Mahle142铝基复合材料和基体合金Mahle142与球墨铸铁对磨时的油润滑摩擦磨损性能.结果表明,SiCp/Mahle142复合材料的油润滑耐磨性随SiCp体积分数的增加而显著提高,在本研究条件下,980N载荷时,15%SiCp/Mahle142铝基复合材料的耐磨性优良,磨损率仅为基体合金的10.3%,而摩擦系数相当;扫描电镜对磨损表面形貌的观察分析表明,SiCp/Mahle142铝基复合材料磨损机制主要表现为磨粒磨损和粘着磨损.     

W6Mo5Cr4V2/A100复合材料的制备及摩擦性能

为了提高A100钢的摩擦学性能,采用气雾化法制备纯A100钢粉末及分别添加10%、17%、23% W6Mo5Cr4V2高速钢的W6Mo5Cr4V2/A100合金粉末,再利用粉末冶金工艺制备W6Mo5Cr4V2/A100复合材料。研究不同含量W6Mo5Cr4V2钢对复合材料力学性能和摩擦性能的影响,并探讨其磨损机理。结果表明,随着W6Mo5Cr4V2钢含量的增加,复合材料的硬度先上升后下降,且摩擦因数和磨损率都有不同程度的降低,但是材料的密度和韧性都略微下降。当W6Mo5Cr4V2钢含量为17%时,复合材料的摩擦性能最优,这与其优异的微观结构和力学性能有着密不可分的关系。     

高致密度激光选区熔化Inconel 718合金中的微小孔隙缺陷和拉伸性能

本文采用激光选区熔化技术制备了高致密度Inconel 718合金试样，研究了工艺参数（激光功率，扫描速度）对合金试样致密度的影响规律，分析了孔隙缺陷的形成原因，对比研究了微小孔隙缺陷存在条件下的拉伸性能变化，并比较了热处理对不同致密度合金力学性能影响。实验结果表明：工艺参数的改变决定了激光与粉末相互作用的模式，在较高激光功率、低扫描速度条件下发生了“匙孔”模式，气孔较多，致密度降低；当功率减小或者扫描速度增大会由“匙孔”模式向“热传导”模式转变，气孔较少，致密度会升高；但是当激光功率过小或者扫描速度过大时产生未熔合孔隙缺陷，使得材料的致密度出现大幅度减小的现象。拉伸测试结果表明，激光选区熔化成形Inconel 718合金的强度并不会随着致密度的增大呈严格单调增大的变化趋势，微小孔隙缺陷的形貌、数量和尺寸也会对拉伸性能产生影响。SIDA热处理可以大幅提高激光选区熔化成形Inconel 718合金的显微硬度及抗拉强度，但塑性呈显著降低。     

Enhanced Wear Resistance of Ni/h-BN Composites with Graphene Addition Produced by Spark Plasma Sintering

Ni-based self-lubricating composites containing a fixed amount of hexagonal boron nitride(h-BN)(5 wt%)and different amounts of graphene(0-1.5 wt%)were prepared by ultrasonic dispersion,high-energy ball milling,and spark plasma sintering.The effects of the graphene content on the physical,mechanical,and wear properties of the Ni/h-BN composites were evaluated.These properties were first enhanced with increasing graphene content,reaching optimal behavior for a graphene content of 1 wt%,and then degraded with further graphene addition.Compared to the pure Ni/h-BN composite,the relative density,hardness,and bending strength of the composite with 1 wt% graphene increased by 2.7%,7.4%,and6.3%,respectively,while the friction coefficient decreased by 56% to 0.31,and a reduction in wear rate by a factor of 5-15 was observed.The mechanism for improving the wear properties of the composite with added graphene was due to the formation of a graphene lubricating film on the worn surface,which increased the load bearing capacity of the surface and enhanced lubrication during wear.     

Additive layer manufacture of Inconel 625 metal matrix composites,reinforcement material evaluation

While some high performing nickel based superalloys are difficult to process through additive layer manufacturing routes, it is considered that more dilute nickel superalloy (in this case Inconel 625) based metal matrix composite may improve high temperature properties, while retaining good weldability for use in laser melting deposition technologies. In this paper, the effect of 5 wt% additions of 3 differing ceramic reinforcement particles to an Inconel 625 matrix was observed when processed by high powered laser melting, and compared to the processing characteristics of the pure matrix alloy. It was found that while additions of silicon carbide increased material hardness by 130%, levels of porosity and cracking also increased. The addition of aluminium oxide had no appreciable effect upon material hardness, while also compromising the integrity of the material. However additions of titanium carbide resulted in samples of similar density and consistency as the matrix alloy but with 30% increased hardness. However comparison of the width of single laser melted tracks of both Inconel 625 and Inconel 625 with titanium carbide composite indicated a need to further characterise the process window for this proposed MMC system.     

激光熔覆NiCrBSi/Ag复合涂层 结构及空间摩擦学性能

目的 提高钛及钛合金的空间摩擦学性能,拓展钛及钛合金在空间技术领域的应用范围。方法 用激光熔覆技术在纯钛基材表面制备了NiCrBSi/Ag复合涂层。用X-射线衍射仪、扫描电镜和高分辨透射电镜分析涂层的物相组成、显微组织结构和晶体结构。用空间摩擦学实验系统对NiCrBSi/Ag复合涂层在真空、原子氧和紫外辐照三种模拟空间环境以及大气环境下的摩擦学性能进行系统的研究。采用扫描电镜和能量色散光谱仪对摩擦测试后NiCrBSi/Ag复合涂层的磨痕形貌和对偶不锈钢钢球的磨痕形貌及元素面分布进行分析。深入探讨NiCrBSi/Ag复合涂层在三种模拟空间环境及大气环境下的磨损机理。结果 在纯钛基材表面通过激光熔覆制备的NiCrBSi/Ag复合涂层主要物相组成为NiTi、Ni3Ti、Cr2Ni3、Cr3Si、TiB2、Cr-Ni-Ti-Fe、Ag相,显微结构主要为等轴晶和枝状晶组织。复合涂层具有较高的显微硬度,涂层截面平均显微硬度约为830HV0.2,约是钛基材硬度的4.4倍。复合涂层在真空、原子氧和紫外辐照模拟空间环境下的摩擦系数和磨损率均小于大气环境下的值。在三种模拟空间环境下,相对于纯钛基材,复合涂层的磨损率约小2个数量级。复合涂层在真空、原子氧和紫外辐照模拟空间环境下的磨损机理为粘着磨损和磨粒磨损,在大气环境下的磨损机理主要为磨粒磨损。结论 NiCrBSi/Ag复合涂层可以显著提高纯钛基材在真空、原子氧和紫外辐照三种模拟空间环境以及大气环境下的摩擦学性能。     

Characterization and Tribological Properties of Graphene/Copper Composites Fabricated by Electroless Plating and Powder Metallurgy

Self-lubricating copper matrix composites reinforced with graphene were prepared by electroless plating and powder metallurgy.The morphology and structure of graphene,Cu@graphene powder,and Cu@graphene/Cu composites were characterized and the tribological properties of Cu@graphene/Cu composites were investigated.The X-ray diffraction pattern of Cu@graphene confirms the coexistence of characteristic peaks of both copper and graphene,with a weakened characteristic peak of carbon impurity.The obtained morphology of Cu@graphene reveals that the surface of the graphene is completely covered with a uniform and compact copper layer with lots of copper nanoparticles.Raman and Fourier transform infrared spectroscopy analyses show that the oxygen functional groups and defects on the surface of the redox graphene can be reduced through the electroless plating process.The tribological results indicate that the coefficient of friction of Cu@graphene/Cu composites initially decreases and then increases with an increase in Cu@graphene content.The lowest coefficient of friction,which is about 29.47% lower than that of pure Cu,is achieved in the Cu@graphene/Cu composites with 3.0 wt%Cu@graphene.The chemical composition and topography of the wear tracks for Cu@graphene/Cu composites infer that the formation of a well-consolidated graphene-rich lubricious tribolayer at the contact surface and a higher microhardness work together to enhance the tribological performance of Cu@graphene/Cu composites.     

A comparative study on microstructural evolution and surface properties of graphene/CNT reinforced Al6061−SiC hybrid surface composite fabricated via friction stir processing

A comparative study on the surface properties of Al−SiC−multi walled carbon nanotubes (CNT) and Al−SiC−graphene nanoplatelets (GNP) hybrid composites fabricated via friction stir processing (FSP) was documented. Microstructural characterization reveals a more homogeneous dispersion of GNPs in the Al matrix as compared to CNTs. Dislocation blockade by SiC and GNP particles along with the defect-free interface between the matrix and reinforcements is also observed. Nanoindentation study reveals a remarkable ∼207% and ∼27% increment in surface nano-hardness of Al−SiC−GNP and Al−SiC−CNT hybrid composite compared to as-received Al6061 alloy, respectively. On the other hand, the microhardness values of Al−SiC−GNP and Al−SiC−CNT are increased by ∼36% and ∼17% relative to as-received Al6061 alloy, respectively. Tribological assessment reveals ∼56% decrease in the specific wear rate of Al−SiC−GNP hybrid composite, whereas it is increased by ∼122% in Al−SiC−CNT composite. The higher strength of Al−SiC−GNP composite is attributed to the mechanical exfoliation of GNPs to few layered graphene (FLG) in the presence of SiC. Also, various mechanisms such as thermal mismatch, grain refinement, and Orowan looping contribute significantly towards the strengthening of composites. Moreover, the formation of tribolayer by the squeezed-out GNP on the surface is responsible for the improved tribological performance of the composites. Raman spectroscopy and various other characterization methods corroborate the results.     

石墨烯协同反应自生氧化铝增强铝硅基复合材料的研究

以铝、二氧化硅和石墨烯为原料,采用粉末冶金和原位反应相结合的方法制备石墨烯协同反应自生氧化铝增强Al-Si基复合材料,并对复合材料的物相、组织及性能进分析。结果表明:石墨烯及反应生成的氧化铝颗粒都较为均匀的分布在复合材料基体中起到增强作用;复合材料的致密度和硬度均在二氧化硅质量分数为25%时达到最大,分别为87.08%和77.54 HB,其硬度较未添入石墨烯的复合材料提升了10.3%.     

氧化还原法制备石墨烯对镍基复合镀层的摩擦学性能影响

采用Hummers氧化法和肼还原法制备了石墨烯,并在45钢表面获得石墨烯/镍基复合镀层,研究了石墨烯的片层数量和热稳定性,对复合镀层的表面及截面形貌进行观察并测试其摩擦学性能。结果表明：肼还原法获得的石墨烯层数约2层,其热稳定性高于Hummers法获得的氧化石墨。不同石墨烯添加量 (0.1,0.2和0.4 g/L) 的镍基复合镀层厚度约20~30 μm。干摩擦时,石墨烯添加量为0.4 g/L的复合镀层摩擦系数和磨损率最低,较基体分别降低了13%和65%,磨损表面较光滑并可见石墨烯沉积后的微凸体形态,Fe的含量极少,说明磨痕深度很浅。