表面织构钛合金的干摩擦和全氟聚醚油润滑下的摩擦学性能研究

利用激光加工技术在钛合金表面构造不同凹坑直径和密度的织构图案,采用UMT摩擦磨损试验机考察了不同织构形貌钛合金在干摩擦及全氟聚醚油润滑下的摩擦学性能,利用表面轮廓仪、扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)对摩擦前后的表面形貌及磨痕成分进行观察分析.研究结果表明:干摩擦条件下,织构结构及其几何形貌显著影响凹坑容纳磨屑能力和表面接触应力,凹坑直径为200μm,织构密度为8.7%的钛合金表面减摩抗磨性能最好,与未织构相比其摩擦系数和磨损率分别降低了23.0%和39.7%,这主要由于凹坑可收集磨屑,减少第三体磨损;全氟聚醚油润滑条件下,表面织构影响流体润滑状态和摩擦表面金属氟化物生成,凹坑直径为200μm,织构密度为8.7%的表面具有更好的减摩抗磨效果,与未织构相比其摩擦系数和磨损率分别降低了17.4%和30.6%,这主要由于织构表面摩擦过程生成更多FeF_2,起到减摩抗磨作用.     

激光织构化TiN薄膜的干摩擦性能研究

采用固体Nd:YAG激光器对离子镀TiN薄膜进行织构化处理,表征了薄膜的结构、形貌及凹坑织构参数.通过UMT-2往复式球-盘摩擦磨损试验机评价了织构化薄膜的摩擦磨损特性,研究了织构形貌对TiN薄膜干摩擦条件下摩擦磨损性能的影响.研究结果表明:与未织构化的TiN薄膜相比,织构化TiN薄膜的平均摩擦系数降低,并且磨损率明显减小,这说明织构化TiN薄膜具有更好的耐磨损性能.摩擦过程中,凹坑织构既捕获了磨屑,又有利于摩擦过程中阶跃运动的发生,易于将磨屑带出磨痕,从而降低了摩擦磨损.     

三维纺织炭纤维复合材料的摩擦磨损性能研究

用MM-200型摩擦磨损试验机考察了不同条件下三维编织炭纤维增强环氧树脂复合材料的摩擦磨损性能,并用XL30 ESEM型扫描电子显微镜对磨痕和磨屑表面形貌进行了观察和分析.结果表明在干摩擦条件下,随着纤维含量的增加,复合材料的耐磨性提高;当pv值低于63 N*m/s时,材料的摩擦系数和磨损率较高,主要磨损机理为粘着磨损和疲劳磨损;当pv值大于63 N*m/s时,材料的摩擦系数和磨损率明显降低,主要磨损机理为粘着磨损.在润滑条件下,复合材料的耐磨性大幅度提高.     

三维编织炭纤维复合材料的摩擦磨损性能研究

用 MM- 2 0 0型摩擦磨损试验机考察了不同条件下三维编织炭纤维增强环氧树脂复合材料的摩擦磨损性能 ,并用 XL30 ESEM型扫描电子显微镜对磨痕和磨屑表面形貌进行了观察和分析 .结果表明 :在干摩擦条件下 ,随着纤维含量的增加 ,复合材料的耐磨性提高 ;当 pv值低于 63N· m/s时 ,材料的摩擦系数和磨损率较高 ,主要磨损机理为粘着磨损和疲劳磨损 ;当 pv值大于 63N· m /s时 ,材料的摩擦系数和磨损率明显降低 ,主要磨损机理为粘着磨损 .在润滑条件下 ,复合材料的耐磨性大幅度提高     

织构深度对不锈钢表面油润滑条件下摩擦学性能影响的试验和仿真研究

采用激光加工技术在不锈钢表面构造深度不同的沟槽型织构图案,通过UMT摩擦磨损试验机测试了不同织构深度的不锈钢表面在PAO6油润滑条件下的摩擦磨损性能,利用表面轮廓仪和扫描电镜(SEM)对摩擦前后的沟槽形貌进行表征分析,采用计算流体动力学(CFD)方法对试验进行模拟并计算,结合ANSYS Fluent软件模拟分析结果,探究了沟槽织构深度对不锈钢表面在油润滑条件下的摩擦学性能的影响机理. 研究结果表明:加工的沟槽织构及其织构深度显著影响不锈钢表面在PAO油润滑条件下的摩擦磨损行为,织构深度为10 μm的不锈钢表面获得最好的抗磨和减摩效果,与未织构表面相比,其摩擦系数与磨痕宽度降低了60%以上. 这主要是由于织构深度为10 μm的不锈钢表面在摩擦过程中,润滑油通过其收敛区域时产生了很好的楔效应,润滑油产生的升力较大,改善了该织构表面在摩擦过程的润滑状态,从而呈现很好的摩擦学性能.      

基于SSiC-M120D配副的不同表面形态构筑下磨损性能分析

采用激光加工织构化图案和热丝化学气相沉积法(CVD)的方式在无压烧结碳化硅(SSiC)表面制备了无织构金刚石薄膜(SSiC-D)和螺旋槽织构复合金刚石薄膜(SSiC-DC)试样.研究了SSiC-M120D配副在不同表面形态下的摩擦磨损性能,结合扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和拉曼光谱以及X射线衍射(XRD)分析其磨损机理.结果表明：镀金刚石薄膜使碳化硅试样摩擦表面的黏着磨损和磨粒磨损程度明显减少,试验后碳元素含量仍保持在90%以上,SSiC-D/M120D和SSiC-DC/M120D的摩擦系数显著降低,同时端面温度分别为64.3和61.2℃,较SSiC/M120D的161.2℃分别下降了60.11%和62.03%.试验后磨痕处的ID/IG仅分别为0.86和0.94,表面缺陷程度较小.采用螺旋槽织构复合金刚石薄膜配对方式的摩擦副SSiC-DC/M120D摩擦学性能最佳,微织构有利于散热和存储磨屑,可进一步减少表面黏着磨损,试验后的磨损率最低.     

纳米Si_3N_4填充聚双马来酰亚胺摩擦磨损性能研究

采用浇铸成型法制备纳米 Si3 N4颗粒填充聚双马来酰亚胺复合材料 ,考察了纳米 Si3 N4质量分数分别为 0 .5 %、1.0 %、1.5 %及 2 .0 %的复合材料的摩擦学性能 ,并用扫描电子显微镜对磨损表面形貌和磨屑进行了分析 .结果表明 ,纳米 Si3 N4颗粒对聚双马来酰亚胺的摩擦磨损性能具有明显的改性作用 ,尤其是当纳米 Si3 N4的质量分数为 1.5 %时 ,复合材料的摩擦磨损性能最佳 ,摩擦系数降为 0 .2 5 ,磨损率降低 72 %     

制动速度对C/C-SiC复合材料摩擦磨损性能的影响

采用模拟刹车制动方法研究"温压-原位反应法"制备的C/C-SiC复合材料在不同制动速度下的摩擦磨损性能,分别用光学显微镜和扫描电子显微镜对摩擦表面及其磨屑形貌进行观察,用X射线衍射仪分析磨屑成分.结果表明:摩擦系数随制动速度提高先升高而后降低,在制动速度为10 m/s时达到最大值0.46,且当制动速度超过20 m/s时产生高频振动;随着制动速度提高,磨屑愈被碾磨变细,且磨损量随之增大,在制动速度为28 m/s时线性磨损量急剧升至8.75 μm;C/C-SiC复合材料在中等能载(1.5 kJ/cm2)条件下具有优良的摩擦磨损性能.     

新型C/C-Cu复合滑动导电材料电摩擦磨损行为研究

采用无压熔渗工艺制备一种新型的具有自润滑耐磨性能的炭纤维整体织物/炭-铜(C/C-Cu)复合材料,在改装的MM-2000型环-块摩擦磨损试验机上考察其载流摩擦磨损性能,探讨外加直流电对摩擦磨损行为的影响并分析其作用机理.结果表明:电流方向决定了复合材料摩擦面磨屑层存在与否,对摩擦系数有较大影响.正接条件下复合材料的摩擦系数和磨损率高于负接条件下.电流强度对C/C-Cu复合材料磨损率影响较为显著.随电流强度增大,磨损率增大,磨损机制由犁削磨损向黏着磨损转变.摩擦系数随电流强度的增大先升高后降低.     

45~#钢表面激光织构化及其干摩擦特性研究

采用声光调的固体Nd:YAG激光器在45#钢表面进行了织构化处理;采用栓盘摩擦试验机考察了织构化对其摩擦性能的影响;用三维轮廓仪及扫描电镜对摩擦试验前后试样的表面形貌进行了分析.研究结果表明:经过激光织构化的45#钢表面形成了较为规整的微坑型结构.在相同试验条件下与未织构面对比,织构面的摩擦系数均有不同程度减小且表现得更为稳定,并且磨损率也得到一定的降低,这是由于所制备的表面微坑起到了捕获磨屑的作用.对不同织构密度及织构尺寸样品摩擦性能的考察结果表明较大的织构密度及较大孔径更有利于减摩抗磨.     

磨屑对TC4钛合金微动磨损行为的影响

通过在微动循环一定周次后清除磨屑和制备表面织构储存磨屑,研究磨屑对TC4钛合金微动磨损行为的影响. 结果表明:与以往认识不同,清除磨屑会导致摩擦系数和系统形变量随周次的变化曲线出现突降,最大降幅分别可达63%和41%,微动循环图也相应发生改变. 循环一定周次后,磨屑的产生和排出重新达到平衡,摩擦系数与系统形变量又恢复到清除磨屑之前的水平. 当在TC4钛合金表面制备垂直于微动方向的沟槽状表面织构后,大量的磨屑被沟槽束缚在接触区域,造成接触面之间磨屑较多,进而导致摩擦系数和系统形变量比无织构时更大,最大增幅分别可达21%和47%. 收集磨屑后用扫描电子显微镜观察,发现磨屑呈松散的颗粒状,尺寸集中在0.2~1.5 μm,并且多数呈现团聚状.      

位移幅值对690合金管/405不锈钢块切向微动磨损特性的影响

采用自制的微动磨损试验机,开展了690合金管/405不锈钢的切向微动磨损试验,研究了位移幅值(15、30、80和200 μm)对其微动磨损特性的影响. 试验结果表明:当位移幅值改变时,微动运行状态会发生改变. 当位移幅值为15 μm时,微动状态为部分滑移区,此时摩擦系数最小,磨损率最低,微动损伤最轻微;当位移幅值为30 μm时,微动运行于混合区,摩擦系数明显高于部分滑移区;而当位移幅值为80和200 μm时,微动运行于完全滑移区,稳定阶段的摩擦系数与混合区的接近. 总体而言,随着位移幅值的增大,磨痕宽度增大,磨损加剧,磨损体积增加. 部分滑移区的磨损机制主要为黏着磨损和剥层,混合区主要的磨损机制为剥层,而完全滑移区的磨损机制主要为剥层磨损和磨粒磨损.      

两种螺旋角干气密封环端面摩擦特性试验研究

干气密封环端面的接触摩擦不容忽视,在槽型设计与优化时也应该考虑端面的摩擦特性.利用端面摩擦磨损试验机,分别对16°和18°两种螺旋角的螺旋槽干气密封环进行测试,通过对比分析磨损量、摩擦温度、摩擦系数以及表面粗糙度来讨论密封环的摩擦特性和两种螺旋角对端面摩擦性能的影响.结果表明:18°螺旋角试验的磨损量、摩擦温升和摩擦系数均稍大于16°螺旋角试验,说明18°螺旋角试件的磨损比16°螺旋角的更加剧烈;石墨环被螺旋槽覆盖的外圈粗糙度的变化有较大的差异,内圈粗糙度变化相似,说明槽型参数的改变对石墨环磨损的影响主要体现在外圈.试验结果为今后端面摩擦学性能的研究及槽型优化提供了依据.     

刹车速度对C／C复合材料制动摩擦性能的影响

在MM－1000型摩擦磨损试验上考察了碳布叠层结构的C／C复合材料在不同速度下的制动摩擦磨损行为,并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：随着刹车速度的增大,摩擦系数增大,在20－25m/s速度范围出现峰值;当刹车速度增大至28－30m/s时,摩擦系数仍保持较高,体现了优良的高能摩擦特性;磨损量在低速时较小,当刹车速度大于15m/s,磨损量迅速增大,低速时磨损表面由一层薄的磨屑层所覆盖,当速度大于15m／s,大量的磨屑形成一层较厚的磨屑层,高速时由于剧烈的氧化和剪切作用,很多基质碳被氧化剥落,炭纤维被磨断、拔出,使磨损增大。     

网纹型表面微结构对Ti-6Al-4V水润滑摩擦学特性的影响

研究了Ti-6Al-4V合金表面网纹型微结构与Si3N4小球对摩时的水润滑摩擦学性能.利用电火花加工技术在Ti-6Al-4V合金表面加工出不同尺寸的网纹结构,运用正交试验设计方法分析了网纹宽度、深度、间宽比和网纹角度对Ti-6Al-4V合金水润滑摩擦学性能的影响.结果表明:具有合适几何参数的网纹结构能够降低摩擦副在水润滑条件下的摩擦系数和磨损量.当网纹角度在45°时,摩擦副的摩擦系数和磨损量能同时降低.网纹宽度对稳态摩擦系数的影响最大,而网纹深度和夹角对摩擦副材料的磨损影响最大.     

钛合金表面自润滑复合耐磨结构的制备及其摩擦性能研究

本文中采用激光微加工法在TC4钛合金表面制备了不同形貌与分布密度的微观织构,将表面织构、热氧化膜与PTFE润滑薄膜相复合制备了自润滑复合耐磨结构,同时考察了滑动条件下织构形貌及织构密度对这一复合结构摩擦磨损性能的影响.结果表明：与未织构面的润滑薄膜相比,织构面薄膜的结合力明显增大,表面织构与润滑薄膜的结合显著增强了材料的减摩抗磨性能.在最优的织构密度下,含有薄膜的织构化钛合金表面的磨损率可降低至1.5×10^-6 mm³/(N·m),较未织构面润滑薄膜的磨损率降低了99.3%.而将经热氧化的织构表面与润滑薄膜的结合则进一步提升了材料的耐磨性,热氧化织构面润滑薄膜的磨损率最低可达8.0×10^-7 mm³/(N·m),与未热氧化的织构面润滑薄膜相比,磨损率降低了46.1%.在相同的织构间距条件下,线型热氧化织构面显示出低而稳定的摩擦系数与极低的磨损量,这主要得益于高密度微织构对润滑介质的有效补充以及高硬度热氧化膜的耐磨性起到了协同减摩抗磨的作用.     

碳纤维的长度与取向对聚醚醚酮基复合材料摩擦磨损性能的影响

为了制备性能优异的聚醚醚酮(PEEK)基自润滑耐磨材料,本文作者通过挤出、注塑成型制备了碳纤维(CF)填充PEEK/聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,研究了CF的含量、长度及其在复合材料中的取向对复合材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜观察了磨痕的微观形貌,并分析了磨损机理. 研究结果表明:复合材料的平均摩擦系数和体积磨损率随CF添加量的增大均呈现先降低后升高的趋势. 当添加的CF质量分数大于10%时,长CF所填充复合材料的平均摩擦系数明显低于短CF填充复合材料. 当固定CF质量分数为10%时,复合材料在不同CF取向方向上的滑动摩擦磨损行为存在较大差异:X向(熔体流动方向)上滑动时,滑动方向与CF取向排列方向一致,平均摩擦系数较低,但体积磨损率较高;在Y滑动方向上(X的垂直方向)滑动时,平均摩擦系数较高,但体积磨损率较低.      

SiC与球形石墨颗粒混杂增强铝基复合材料的摩擦磨损性能研究

以6092铝合金为基体,通过粉末冶金法分别制备了球形石墨颗粒(Gr)以及SiCp和Gr混杂增强的铝基复合材料,并采用田口模型结合方差分析,对复合材料与铜合金摩擦副之间的干滑动摩擦磨损行为进行了分析研究. 结果表明:随着载荷从10 N增至20 N,3种复合材料的摩擦系数、磨损率均相应增加;随滑动速率从0.5 m/s增至1.0 m/s,15%Gr/6092Al和(5%Gr+20%SiCp)/6092Al的摩擦系数先减小后增大;而(5%Gr+10%SiC_p)/6092Al的摩擦系数呈递减趋势. 相同条件下,单一石墨颗粒增强的复合材料的磨损率大于混杂增强的复合材料的磨损率. 方差分析的结果表明:增强相百分比单独作用、增强相百分比和滑动速率相互作用以及滑动速率单独作用3个因素对磨损率和摩擦系数产生了显著的影响. 随SiC_p含量增加,材料硬度增加,SiC_p对基体起到支撑保护作用,磨损面上的磨痕变浅,分层剥落现象明显减轻,磨屑变得细小,摩擦系数更为稳定,磨损机制由剥层磨损向磨粒磨损转变.