喷丸对4Cr5Mo2V钢高温摩擦磨损性能的影响

对4Cr5Mo2V钢试样进行3道次复合喷丸,通过与未喷丸试样对比,研究了喷丸对试验钢表面形貌、显微组织、硬度、残余应力以及高温(100,300,500℃)摩擦磨损性能和机制的影响。结果表明:喷丸处理显著提高了试验钢表面粗糙度,使试验钢表面形成了明显的塑性变形层、硬化层与残余压应力层;在100,300,500℃下,与喷丸前相比,喷丸后试验钢的磨损率分别降低了41.8%,17.1%,63.3%,耐磨性能的提高与喷丸产生的硬化层和残余压应力层有关。在100,300℃下,喷丸前后试验钢的磨损机制均主要为黏着磨损和磨粒磨损,而当温度升高至500℃时,磨损机制为氧化磨损,喷丸试验钢仍能保持较高的硬度与残余压应力,同时表面氧化层更致密稳定,仅发生轻微氧化磨损。

SLM成形表面织构对TC4钛合金干摩擦磨损性能的影响

基于一步法思路,采用金属3D打印机基于激光选区熔化(SLM)技术制备表面带有凹坑织构的TC4钛合金试样,采用光学相机、超景深显微镜和扫描电镜观察织构成形情况,利用激光共聚焦位移测试仪和显微维氏硬度计分别测试表面粗糙度和表面硬度,在干摩擦条件下采用摩擦磨损试验仪考察不同载荷下织构密度对TC4钛合金试样摩擦学性能的影响,并使用扫描电镜对摩擦实验前后的表面形貌进行分析。研究结果表明:一步法SLM成形能够在TC4钛合金表面获得成形良好的直径500μm的织构;随着织构密度的提高,钛合金试样表面粗糙度增大,表面硬度有所降低;干摩擦条件下,提高TC4钛合金试样织构密度有利于磨屑的收集从而减少试样的三体磨损,提高载荷有利于改善摩擦副接触状态;5 N载荷下40%织构密度试样的平均摩擦因数和磨痕宽度均最小,与无织构试样相比,平均摩擦因数和磨痕宽度分别降低12%和16%;40%织构密度下,载荷提高会引起摩擦因数的降低和磨损量增大,磨损表面犁沟和片状剥落增多。在干摩擦条件下,3D打印一步法制备的表面织构可以显著改善TC4钛合金的磨粒磨损和黏着磨损。

添加不同固体润滑剂铁基合金激光熔覆涂层的干滑动摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术在CL60车轮钢表面分别制备不同含量WS_(2)(质量分数0~8.0%)和CaF_(2)(质量分数5.0%)固体润滑剂以及不同含量h-BN(质量分数0~2.0%)和CaF_(2)(质量分数0~2.0%)固体润滑剂的铁基合金涂层,对比研究了添加不同固体润滑剂铁基合金涂层的显微组织以及干滑动摩擦磨损行为和磨损机制。结果表明:所有涂层均主要由树枝晶和共晶组织组成,表面硬度均达到约800 HV,约为CL60钢的2倍。随着WS_(2)含量的增加,WS_(2)+CaF_(2)/铁基合金涂层的摩擦因数降低,磨损质量损失先降低后基本稳定,当WS_(2)质量分数为6.0%时,磨损质量损失最低,与未添加固体润滑剂的铁基合金涂层相比降低了26.7%,此时孔隙最少,磨损表面损伤轻微,磨损机制为磨粒磨损。随着h-BN含量的增加以及CaF_(2)含量的降低,h-BN+CaF_(2)/铁基合金涂层的摩擦因数与磨损质量损失均先降后增,且当CaF_(2)和h-BN的质量分数均为1.0%时,稳定摩擦因数与磨损质量损失均最小,与未添加固体润滑剂的铁基合金涂层相比,分别降低了32.7%和33.3%,此时晶粒最细小,组织最为致密,磨损表面以细小磨痕为主,磨损机制为轻微的磨粒磨损。

浸植物油激光凹坑填充试件表面的摩擦磨损性能

为研究浸植物油激光凹坑填充PI/5%PTFE 45钢表面的摩擦磨损性能,采用激光焊接机在45钢试件表面制备凹坑织构,将PI、PTFE混合粉末填充至凹坑内,选用蓖麻油、大豆油、玉米油浸渍凹坑填充试件,制得浸植物油凹坑填充试件,并进行销盘式摩擦磨损试验,通过观察磨损表面,测量表面磨痕宽度和深度及摩擦系数、磨损量、表面微观形貌表征浸油凹坑填充试件表面的摩擦磨损性能。结果表明:与凹坑填充试件相比,浸植物油凹坑填充试件的摩擦学性能更好;与浸玉米油和浸大豆油凹坑填充试件相比,浸蓖麻油凹坑填充试件表面的磨损量分别降低了94.12%、85.29%,表面磨损最轻微;与大豆油和玉米油相比,蓖麻油的黏度、饱和脂肪酸比例最高,而且蓖麻油酸存在2个极性基团,蓖麻油的上述特点提高了浸蓖麻油试件表面的抗磨和承载能力,因此浸蓖麻油试件表面呈现出较好的摩擦学性能。

高频淬火功率对35CrMo钢表面组织和摩擦磨损性能的影响

采用高频淬火工艺对35CrMo钢进行不同功率(2.5,3.0,3.5,4.0,4.5 kW)的表面淬火,研究了淬火功率对35CrMo钢表面显微组织、硬度、摩擦磨损性能和磨损机理的影响。结果表明:当淬火功率为2.5 kW时,试验钢表面组织主要为珠光体,表面硬度最低,为532 HV,稳定摩擦因数为0.58,磨损率最大,为14.58μm^(3)·N^(-1)·mm^(-1);当淬火功率为3.0 kW时,表面组织主要为粒状贝氏体,表面硬度最高,为604 HV,稳定摩擦因数最小,为0.47,磨损率最小,为10.15μm^(3)·N^(-1)·mm^(-1);随着淬火功率的继续增加,粒状贝氏体逐渐向上贝氏体、下贝氏体和无碳贝氏体转变,表面硬度降低,摩擦因数和磨损率整体呈增大趋势。当淬火功率为2.5,3.0,3.5,4.0 kW时,磨损机理以磨粒磨损为主,并伴随着局部的黏着磨损和氧化磨损;当淬火功率为4.5 kW时,磨损机理以黏着磨损为主,并伴随着局部的磨粒磨损和氧化磨损。

干摩擦条件下载荷和频率对Cu-15Ni-8Sn合金摩擦磨损性能影响研究

目的研究不同摩擦载荷及频率条件下Cu-15Ni-8Sn合金摩擦因数及磨损率的变化规律,探明机械参量变化对合金摩擦学性能的影响机制。方法采用熔炼法制备Cu-15Ni-8Sn合金,在干摩擦条件下对合金进行变载荷/变频率的销盘式往复摩擦实验,并对其摩擦因数、磨损率、磨损形貌及摩擦界面进行形貌及成分分析。结果随摩擦载荷的增大,2种载荷下Cu-15Ni-8Sn合金摩擦因数均呈现先增大后减小的趋势,整体在0.5~0.8之间;磨损体积随载荷的增加而增加;在2 Hz条件下合金的比磨损率随摩擦载荷的增大先降低后升高,在5 Hz条件下合金的比磨损率随摩擦载荷的增大先升高后降低;在高频高载条件下,磨损最为严重。磨痕及摩擦副表征结果显示,在干摩擦条件下,Cu-15Ni-8Sn合金主要以磨粒磨损和疲劳磨损为主;在摩擦过程中,合金基体及对偶同时发生磨损,剥落物以磨屑形式参与摩擦,因此在摩擦界面间发生元素转移。结论在干摩擦条件下,相较于摩擦频率,Cu-15Ni-8Sn合金受摩擦载荷的影响更大。合金磨屑以细小的颗粒状为主,但在低频率、高载荷条件下,会有大块片状磨屑。在干摩擦过程中,对磨副与合金之间会发生相互转移。随着载荷、频率的增加,摩擦层厚度也会变大,且摩擦过程中摩擦层内无剧烈氧化。

BN/Cu复合材料摩擦磨损性能与磨损机制研究

通过直流辅助热压烧结制备了氮化硼(BN)颗粒添加量为0.4%~1.2%(质量分数)的BN/Cu复合材料,采用立式销盘摩擦磨损试验机对其进行耐磨性检测,使用扫描电子显微镜(SEM)表征材料磨损前后的表面形貌,同时分析了BN颗粒添加量对复合材料物理性能和摩擦磨损性能的影响。研究结果表明:直流辅助热压烧结制备的复合材料致密度均可达到96%以上,导电率可达80%IACS以上。添加适量的BN颗粒,可以极大提升复合材料的摩擦磨损性能。当BN颗粒的添加量为0.8%时,由于摩擦过程中有润滑膜产生,复合材料的摩擦系数最为稳定,且摩擦磨损性能较为优异,主要由磨粒磨损和轻微的黏着磨损共同作用。

变形工艺对MnS/Cu复合材料力电性能及摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金结合热挤压、拉拔、旋锻等变形工艺制备了MnS/Cu自润滑复合材料丝材,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子万能试验机、显微硬度仪、涡流导电仪、摩擦磨损试验机研究了不同变形程度对MnS/Cu自润滑复合材料的显微组织结构、力电性能以及摩擦磨损性能的影响规律。研究结果表明,随冷变形程度的增加,复合材料中MnS颗粒与基体间的界面结合良好,MnS颗粒明显细化,MnS颗粒沿变形方向被拉长,并且呈平行的条带状分布,产生纤维强化效果,抗拉强度由纯铜的284MPa增加到338MPa;经拉拔和旋锻后,复合材料显微硬度逐渐提高,导电率呈先上升后降低的趋势;与纯铜相比,MnS颗粒的添加显著改善了复合材料的摩擦磨损性能,变形加工后复合材料的摩擦系数由挤压态的0.53降低至0.32,磨损量由7.8mg降低至4.2mg。

超声振动对激光熔化沉积GH3536高温合金摩擦磨损性能的影响

采用超声振动辅助激光熔化沉积GH3536高温合金,并对增材制造样品的微观组织和摩擦磨损性能进行了分析。结果表明:激光熔化沉积GH3536高温合金组织为粗大的柱状晶,平均晶粒宽度约180μm,施加超声振动后,柱状晶转变为等轴晶,平均晶粒尺寸下降到78μm。施加超声振动后,试样的平均摩擦系数由8.41降至8.17,磨损率由6.37×10^(-7)cm^(3)/(N∙m)降至4.25×10^(-7)cm^(3)/(N∙m),磨痕宽度由1122.81μm降至1003.21μm,磨痕深度由21.81μm降至19.71μm。。

全寿命周期内合成闸瓦的摩擦磨损性能研究

利用1:1制动动力试验台,按照紧急制动和常用制动的测试程序,对全新的和即将磨耗到限的高摩擦系数合成闸瓦进行全寿命周期内摩擦磨损性能测试。新闸瓦经过5个完整的常用制动和紧急制动测试循环后有以下表现:在每个循环内,相同制动压力下,摩擦系数随制动初速度的提高而降低;相同初速度下,常用制动的摩擦系数比紧急制动高,车轮踏面温升比紧急制动低;同样制动条件下,常用制动平均摩擦系数的变异系数在1.28%~5.17%范围内,车轮踏面温升的变异系数在4.85%~6.67%范围内;紧急制动平均摩擦系数的变异系数在2.36%~5.04%范围内,车轮踏面温升的变异系数在2.31%~5.51%范围内;每个测试循环的能量磨耗量没有显著变化,在0.24~0.26 cm3/MJ之间。即将磨耗到限的闸瓦,其摩擦系数及磨耗量数值在新闸瓦5组测试结果的波动范围之内。研究结果表明:在全寿命周期内,合成闸瓦摩擦磨损性能没有显著变化。研究结论为合成闸瓦的失效分析提供了依据。

Cu含量对激光选区熔化CoCrMoCu合金微观组织及表面摩擦磨损性能的影响

目的阐明不同Cu含量对激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)制备的CoCrMoCu合金微观组织的影响及其在表面摩擦磨损和腐蚀性能使役行为方面的作用。方法采用CoCrMo合金粉和纯Cu粉通过行星球磨机进行机械混合,制备了Cu质量分数为2%、4%、6%的CoCrMo/Cu混合粉末,并通过SLM技术制备相应的试样。对不同Cu含量的SLM CoCrMoCu的相组成、微观结构、硬度、摩擦磨损和腐蚀性能进行检测和分析。结果Cu含量对SLM CoCrMoCu的相组成和微观组织没有明显影响,在不同Cu含量的试样中,试样的微观组织均主要为胞状等轴晶。在力学性能方面,随着Cu含量的升高,试样的硬度先提升后降低,在含2%Cu的情况下达到最大值(429.2HV0.2),在含6%Cu的情况下达到最小值(367.7HV0.2)。CoCrMoCu的摩擦因数和磨损率随着Cu含量的升高而降低,在4%时摩擦因数和磨损率达到最低(2.7×10^(-5)mm^(3)/(N·m)),摩擦磨损性能最好。随着Cu质量分数进一步增加到6%,由于硬度降低,磨损性能下降,试样表面出现沟壑,影响Cu自润滑层的附着,磨损机制由黏着磨损向磨粒磨损转变,导致摩擦因数和磨损率增加。在腐蚀性能方面,腐蚀电位随着Cu含量的升高而升高,而腐蚀电流随着Cu含量的升高呈现先下降后上升的趋势,在4%时达到最佳的腐蚀性能。结论Cu的引入在一定范围内(2%~4%)可以有效提高CoCrMoCu合金的硬度和腐蚀性能。结合Cu的自润滑效应和类钝化效应,实现CoCrMo合金耐磨性能和腐蚀性能的协同提升。

钛合金脉冲电沉积Cu-WC复合镀层的硬度与摩擦磨损性能

为有效提高钛合金的抗摩擦磨损性能,在钛合金表面脉冲电沉积Cu-WC复合镀层。分别研究了平均电流密度、脉冲占空比对复合镀层的微观形貌、WC颗粒含量、硬度以及摩擦磨损性能的影响。结果表明:当平均电流密度为1.5 A/dm^(2)、脉冲占空比为20%时,电沉积的Cu-WC复合镀层致密性最好,WC颗粒含量接近2.4%,其硬度(240.4 HV)约为纯Cu镀层的2倍,还表现出良好的抗摩擦磨损性能,平均摩擦系数较钛合金降低约38%。适当增大平均电流密度(0.5~1.5 A/dm^(2))或提高脉冲占空比(10~20%)能使较多WC颗粒参与电沉积过程,起到明显细化晶粒作用和弥散强化作用,促进形成结构致密的Cu-WC复合镀层,因而具有较高硬度和良好的抗摩擦磨损性能。

改性聚醚醚酮三层复合材料摩擦磨损性能研究

通过喷涂-轧制复合工艺制备了不同质量分数聚四氟乙烯(PTFE)微粉改性的聚醚醚酮(PEEK)基三层复合材料,采用箱式炉对复合材料试样进行了烧结,对试样进行干摩擦端面摩擦磨损试验,研究了PTFE添加量对PEEK基三层复合材料摩擦学性能的影响,对试样显微硬度、结合强度、摩擦系数、磨损量、表面以及磨痕形貌进行了表征。结果表明:PTFE含量增加会降低PEEK涂层的硬度和结合强度,同时会显著降低PEEK涂层的干摩擦系数,但PTFE含量增加到40%后,表面显微组织能观察到PTFE团聚严重,使干摩擦系数和磨损量先减小后增大,磨痕显微组织则表明样品由黏着磨损转为磨粒磨损。

低能脉冲电流对淬回火态GCr15钢摩擦磨损性能的影响

研究了近室温条件下低能脉冲电流处理对淬回火态GCr15轴承钢硬度及摩擦磨损性能的影响,利用光学显微镜(OM)及X射线衍射技术(XRD)对脉冲电流处理前后试样的显微组织进行了表征,讨论了脉冲电流处理中峰值电流密度对试样显微硬度及摩擦磨损性能的影响规律,以及脉冲电流处理后试样的显微组织变化对其显微硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着峰值电流密度的增加,试样显微硬度不断下降,耐磨性先提升后降低;与未处理试样相比,当峰值电流密度为130 A/mm^(2)时,GCr15轴承钢的摩擦系数最小,磨损率由2.08×10^(-5) N^(-1)·m^(-1)降为1.67×10^(-5) N-1·m^(-1),耐磨性最优。分析认为,脉冲电流处理可促进GCr15试样在极短时间内发生二次回火,且回火程度随电流密度增大而增加,促使回火马氏体中过饱和碳原子的析出并形成细小碳化物,进而改善GCr15轴承钢的摩擦磨损性能。

激光表面改性钛合金的摩擦磨损性能研究

目的研究皮秒激光表面处理对Ti-13Nb-13Zrβ钛合金表面形貌以及硬度和摩擦磨损性能的影响规律。方法采用皮秒激光对β钛合金进行表面改性,利用扫描电镜观察皮秒激光加工后样品的表面形貌,并对基体和皮秒激光加工后的样品进行摩擦磨损对比试验。结果当皮秒激光扫描速度为50mm/s、激光功率分别为0.5W和5W时,在β钛合金表面生成了周期为500nm和830nm的纳米条纹结构,β钛合金基体的平均摩擦因数为0.70,经皮秒激光加工后样品的平均摩擦因数为0.26,比β钛合金基体的下降了62.8%。β钛合金基体的摩擦磨损失重为0.0032g,磨损率为1.01×10^(-6),皮秒激光加工后样品的摩擦磨损失重为0.0013g,磨损率为4.10×10^(-7)。结论在β钛合金皮秒激光表面改性过程中,当激光能量相同时,低扫描速度使激光热量可以长时间聚集和扩散,当扫描速度相同时,高激光能量对材料表面烧蚀的程度较大。在样品表面制备出了周期性纳米条纹结构,与基材相比,周期性纳米条纹结构与摩擦球的接触面积明显减小,同时犁沟效应有所降低,样品表面摩擦磨损性能显著提升,表明激光诱导周期性纳米条纹结构在改善材料摩擦学性能领域有极大的应用潜力。

沟槽织构涂层改善40Cr表面摩擦磨损性能的试验研究

利用仿真和摩擦磨损试验探究沟槽织构涂层对40Cr表面摩擦磨损性能的改善作用。在仿真试验方面,利用激光加工织构的实际截面形貌,建立较真实单元沟槽织构的流体动力学模型,获得不同沟槽织构参数组合对模型摩擦磨损性能的影响。在摩擦磨损试验方面,利用多功能摩擦磨损试验机对不同沟槽织构涂层试样进行摩擦磨损试验,通过高精度水平仪统计摩擦磨损试验前后质量变化,进而计算磨损量,利用超景深显微镜进行磨痕面积的分析,探究摩擦因数、磨损量和磨损面积与织构几何参数的变化关系。结果表明:在仿真试验中,随着沟槽织构宽度的增加,垂直方向的油膜压力均呈现先增大后减小的趋势;在实际摩擦磨损试验中,沟槽织构和涂层的存在极大地改善了40Cr试样表面的摩擦磨损性能,除了宽度150μm的磨损量有差异,随着沟槽织构宽度和深度的增加,摩擦因数、磨损量、磨痕面积均呈现先减小后增大的趋势,仿真结果与试验结果相互验证。

Ni-WS_(2)/MoS_(2)包覆WC-12Ni粉体对HVOF涂层摩擦磨损性能的影响

以化学共沉积Ni-WS_(2)/MoS_(2)包覆WC-12Ni粉体为原料,在17-4PH不锈钢基体上制备了超音速火焰喷涂(HVOF)涂层。采用场发射扫描电子显微镜对涂层组织结构进行表征,分别通过测定涂层的显微硬度、摩擦系数和磨损率,并结合粉体特征及涂层的孔隙结构分析来评价涂层摩擦学性能。实验结果表明,通过化学共沉积包覆喷涂粉体引入固体润滑剂,不仅能保证喷涂粉体的流动性,还能实现较均匀固体润滑剂掺杂,显著降低涂层孔隙率、提高致密化程度,获得低摩擦系数、低磨损率以及提高的涂层硬度和耐磨性。其中,由于WS_(2)与WC硬质合金有更好的成分相容性,WC-Ni-WS_(2)涂层的减摩耐磨性能要优于WC-Ni-MoS_(2)涂层。

原位生长SiC晶须对C/C-SiC复合材料摩擦磨损性能影响

采用聚合物浸渍热解(PIP)技术向C/C-SiC复合材料纤维束内引入了SiC晶须(SiC_(W)),然后结合化学气相渗透(CVI)和液硅渗透(LSI)法制备了C/SiCW-C-SiC复合材料,系统研究了原位生长SiCW的物相组成及典型微结构特征,在不同制动初速度下测试了C/SiC_(W)-C-SiC复合材料的摩擦磨损性能,结果表明:引入SiC_(W)后,对平均摩擦系数和瞬时摩擦系数影响较小,摩擦性能未发生明显变化,中高速制动时,C/SiC_(W)-C-SiC的磨损率相比于C/C-SiC可降低20%~60%。

油润滑状态下粉末冶金件的摩擦磨损性能分析

研究了油润滑状态下铁基粉末冶金件的摩擦磨损性能,探索了Mo、P以及C元素对铁基粉末冶金材料硬度、金相和摩擦磨损性能的影响,并与铸件的耐磨性进行了对比分析,探讨了铁基粉末冶金件和铸件在本实验条件下的磨损机理。结果表明:Mo、P元素的加入均使材料硬度有所提高;Mo元素的加入可抑制烧结过程中珠光体的生成,促进贝氏体的产生;P元素的加入对材料组织和性能的影响比较复杂;在添加P的基础上增加C含量,材料耐磨性有所提升但不太明显。本实验条件下,Fe-0.9C-1.2Cu的铁基粉末冶金材料耐磨性与铸件相似,加入Mo、P后的材料耐磨性好于铸件,粉末冶金件主要呈现磨料磨损形貌,而铸件为磨料磨损和疲劳剥落共存。

基于PVD镀碳膜和PST钛氮共渗的摩擦磨损性能研究

为提升高频高负载工况下30CrMnSiA钢的摩擦磨损性能,在其表面分别采用PVD镀碳膜技术和PST钛氮共渗技术制备强化层,经表面处理后,硬度分别提高了110%和82%。200 N载荷工况时,镀碳膜试样与未进行表面处理试样和钛氮共渗试样相比,摩擦因数较小、磨痕深度较浅以及磨损速率较低。300 N载荷工况时,试验初期碳膜即失效,钛氮共渗试样与未进行表面处理试样相比,摩擦因数较小,一定时间后3种试样的摩擦因数趋于一致,并且钛氮共渗试样的磨痕深度相对较浅、磨损速率相对较低。分析可知:针对30CrMnSiA钢材料,PVD镀碳膜处理方法适用于载荷不超过200 N的工况,PST钛氮共渗处理方法适用于载荷超过300 N的工况。