NiAl-Cr(Mo)-Cr_xS_y自润滑复合材料的摩擦磨损特性

采用滑动磨损试验方法测试了NiAl-Cr(Mo)-CrxSy自润滑复合材料与SiC陶瓷配副在110～960℃的摩擦磨损特性.结果表明:200～400℃,纳米CrxSy晶粒在复合材料摩擦表面形成较完整的润滑膜,产生自润滑性能;700～900℃,复合材料摩擦表面生成了1～3μm厚、完整的玻璃陶瓷润滑膜,产生了自润滑耐磨性能.2种润滑膜材料均可向SiC表面转移,消除了复合材料/SiC的摩擦状态.随着温度的升高,2种润滑膜材料的强度降低,SiC微凸体压入润滑膜,导致润滑膜的剥落加剧,复合材料的摩擦系数与磨损率升高.

氧化铝/石墨-硫酸钡层状复合材料的摩擦学性能及润滑机理

将石墨和硫酸钡按一定比例复合作为弱界面层,通过铺层-冷压-放电等离子烧结工艺制备了Al2O3/Graphite-BaSO4层状复合材料.考察了复配润滑剂的组分对层状复合陶瓷在室温至800℃连续加热过程中自润滑性能的影响规律,并通过磨损表面分析探讨了其在宽温域下的协同润滑机制.结果表明:通过复配在室温和中高温度段具有优异自润滑性能的固体润滑剂,并借助仿贝壳材料独特的层状结构特征,可有效改善氧化铝陶瓷在不同温度段的摩擦学性能,进而实现材料在较宽温度范围内的连续润滑.基于润滑相组分优化的复合材料在室温至800℃温度范围内与Al2O3栓对摩时的摩擦系数可保持在0.28~0.48之间,比块体Al2O3陶瓷/Al2O3栓摩擦副的摩擦系数降低了近60%.

TiB_2/WC/h-BN纳微米复合梯度自润滑陶瓷材料的设计与制备

以纳米TiB2和微米TiB2为基体,WC为增强相,h-BN为固体润滑剂,采用热压工艺制备了TiB2/WC/h-BN纳微米复合梯度自润滑陶瓷材料,并测量了其力学性能。结果表明:与均质TiB2/WC/h-BN微米自润滑陶瓷材料相比,其抗弯强度、断裂韧性与硬度分别提高了15.8%、6.7%和11.1%。用压痕法测量得到材料内部的残余应力,其应力值呈明显的阶梯变化趋势,且关于中间层对称分布,材料表层存在残余压应力,可有效提高材料力学性能与使用性能。显微结构观察显示,TiB2/WC/h-BN纳微米复合梯度自润滑陶瓷材料晶粒细小、均匀,纳米TiB2颗粒分布均匀,材料断裂模式为典型的穿晶/沿晶混合断裂模式。

层-层自润滑复合材料的研究

利用层状结构六方 BN(h-BN)优良的润滑特性,将其引入 Al_2O_3陶瓷基体中制备陶瓷复合材料。借助抗弯强度测试、XRD、SEM 等手段,对 BN 含量、结构参数、烧成温度及材料组成和显微结构等几个影响因素进行讨论,得到了实现自润滑材料的最佳配方、成型工艺和烧成温度。

陶瓷框架增强聚四氟乙烯仿生复合材料及其摩擦学性能研究

针对聚四氟乙烯自润滑复合材料耐磨性差这一工业润滑领域的瓶颈问题,本研究中受人牙釉质釉柱/釉间质微观结构的抗磨作用机制启发,基于有限元分析和1种乙酸锆改进的定向冷冻技术,设计制备了定向多孔氧化锆陶瓷框架增强聚四氟乙烯仿生复合材料,并对其力学性能和摩擦学行为进行了试验研究.结果表明:仿生复合材料的自润滑性能良好,力学性能和耐磨性远优于聚四氟乙烯和商用聚四氟乙烯自润滑复合材料易格斯.与易格斯材料相比,仿生复合材料的硬度提高约1.8倍,弹性模量提高约15.2%,抗压强度提高约2.8倍,磨损体积降低约76.6%.仿生复合材料优异的摩擦学性能与定向多孔陶瓷框架增强结构密切相关,这种陶瓷框架增强结构具有Voigt模型(复合材料承载能力上限)承载特性,能够大幅提高复合材料的承载能力,避免材料表面发生严重变形和破坏,提高耐磨性.同时,仿生复合材料的氧化锆陶瓷框架占比仅为25.6%(体积分数),高含量的聚四氟乙烯填料能够有效地在摩擦接触界面形成自润滑转移膜,实现良好润滑.

Al_2O_3/TiC/CaF_2自润滑陶瓷材料的研究

采用热压工艺制备了Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料,测量了其力学性能。结果表明,当CaF2含量为10%(质量分数,下同)时,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料的强度和硬度最高,分别达到了589MPa和HV1537。其微观结构显示,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料的晶粒大小均匀,基体组织成网状结构,有利于提高材料的强度。对Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料室温干摩擦下的摩擦磨损行为进行了研究,当CaF2含量为10%时,摩擦系数最低,约为0 28左右,CaF2含量为15%的陶瓷反而具有较大的摩擦系数,达到了0.32左右。研究表明,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料能形成有效的减磨层,从而显著降低摩擦系数和磨损因子,具有一定的自润滑性能。

自润滑Al_2O_3/TiC/CaF_2复合陶瓷材料摩擦特性

为了探索自润滑陶瓷材料的开发及应用,采用冷压烧结工艺制备Al2O3/TiC/CaF2自润滑复合陶瓷材料。在摩擦磨损实验机上对其进行摩擦磨损实验,并对其摩擦磨损行为及自润滑效应进行分析。结果表明:在实验过程中,Al2O3/TiC/CaF2复合陶瓷材料物理机械性能优于同条件下制备的Al2O3/TiC复合陶瓷材料,且具有较低的摩擦因数和磨损率,其减摩抗磨效果明显,具有一定的自润滑效应,其减摩抗磨机理为摩擦驱动下CaF2存在于摩擦副表面,形成减摩抗磨层,在表面形成一层平整、光滑的自润滑层,增加摩擦表面实际接触面积,起到自润滑效应。

石墨/ZTA自润滑陶瓷基复合材料摩擦学特性的研究

采用热压工艺制备了石墨／ZTA自润滑陶瓷基复合材料，并研究了其在干摩擦条件下的摩擦磨损特性。结果表明，适量的石墨加入将显著降低陶瓷的摩擦系数，显示出良好的自润滑特性。石墨含量过高，不仅加剧材料的磨损，且使材料的摩擦系数提高，复合材料的磨损过程中会产生剥落、犁沟。

陶瓷自润滑材料及其实现自润滑的方式

对国内外陶瓷自润滑复合材料的开发与进展作了综合介绍与评述,讨论陶瓷材料实现自润滑的方式, 总结了陶瓷自润滑材料研究中存在的不足,提出了在今后研究与开发工作中应当重视的问题。

浸渗型TiC/FeCrWMoV金属陶瓷高温自润滑特性及其润滑机理

采用熔融固体润滑剂和微孔金属陶瓷预制体的真空压力浸渗复合技术,制备出浸渗型互穿网络结构TiC/FeCrWMoV系高温自润滑复合材料。利用XP型高温摩擦磨损试验机考察其摩擦磨损性能,运用扫描电子显微镜(SEM)、光电子能谱(EDXA)和X射线衍射(XRD)分析磨损表面成分、形貌和结构,探讨了该材料的高温自润滑机理。结果表明:高温摩擦磨损过程中,浸渗于复合材料微孔中的固体润滑剂扩散析出,并在摩擦表面形成含有PbWO4、PbO、SnWO4、Ag2WO4、Ag3Sn等氧化物和金属间化合物的润滑膜是其在高温下具有良好自润滑性能的主要原因;摩擦界面的微孔结构是影响浸渗复合式高温自润滑材料摩擦过程中润滑膜完整性的主要因素。Pb-Sn-RE三元系复合固体润滑剂中加入Ag元素可以防止润滑膜表层开口孔隙的封闭,有助于浸渗复合式高温自润滑复合材料孔隙中固体润滑剂的持续扩散析出,以保证摩擦磨损过程中润滑膜的持久性和完整性。

一种自润滑陶瓷摩擦磨损性能的研究

采用热压成型工艺制备了A l2O3/T iC/C aF2自润滑陶瓷材料,测试了其机械性能,并在M RH-3型摩擦磨损试验机上研究了其在室温下的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜观察分析了磨损表面形貌,进而研究了其摩擦磨损机理.结果表明:当C aF2含量为10%时,A l2O3/T iC/C aF2材料具有较好的力学性能;A l2O3/T iC/C aF2材料的摩擦系数随C aF2含量、载荷和速度的增加而降低;A l2O3/T iC/C aF2材料在高速摩擦条件下能够在磨损表面形成一层固体润滑膜,正是由于这层膜的存在使得其在高速、高载荷下具有较低的摩擦系数,而低速下其磨损机理主要是磨粒磨损,很难形成较完整的润滑膜,由于机械应力和热应力的共同作用,自润滑膜在反复摩擦下产生裂纹,从而导致其破坏.

高温自润滑陶瓷复合材料研究进展

工作于高温环境中的陶瓷摩擦副，其润滑问题必须得到解决。由于传统润滑方法难以实施，研制具有自润滑性能的陶瓷或其复合材料无疑是一条很好的途径。本文综述了固体润滑剂、陶瓷以及陶瓷复合材料高温干摩擦的研究现状。试图分析找出实现这一目标的途径。

Al_2O_3/hBN自润滑复合材料的制备及显微结构分析

以Al2O3为陶瓷基体,hBN为固润滑组元添加剂,在N2保护下烧成,制得了Al2O3/hBN自润滑复合陶瓷,通过SEM、EDS、XRD等分析探讨了固润滑组元的引入量、添加助熔剂及常压和热压两种烧成条件下材料显微结构的变化。结果表明,hBN引入量为10%时已有足够的量均匀分散在基体中;相同烧成温度下,热压过程中施加的压力可以破坏hBN的卡片房式结构,伴随液相的出现有利于hBN的定向排列,获得了结构致密的自润滑复合陶瓷材料。

Al_2O_3/TiC/CaF_2陶瓷的摩擦磨损及自润滑膜的形成机理研究

采用热压烧结工艺制备了Al2O3/TiC/CaF2(ATF)陶瓷材料,在环-块式摩擦磨损试验机上与硬质合金配副对其进行了摩擦磨损性能实验,并分析了自润滑膜的形成过程和机理。结果表明:ATF自润滑陶瓷材料的摩擦系数随CaF2含量的增加而降低;当CaF2含量小于10%(质量分数)时,磨损率随着CaF2含量的增加而降低;当CaF2含量继续增加时,Al2O3/TiC/CaF2磨损率随CaF2含量增加而迅速升高。SEM照片表明在摩擦表面明显地形成了自润滑膜,这层润滑膜存在于摩擦副之间,从而明显地降低摩擦系数。ATF自润滑陶瓷材料中的固体润滑剂在摩擦热和摩擦力作用下,析出摩擦表面,当大量固体润滑剂析出并在摩擦表面拖覆时,便形成了自润滑膜。由于机械应力和热应力的共同作用,自润滑膜在反复摩擦下会产生裂纹,从而导致其破坏、脱落。在脱落部位,重新进入了自润滑膜的再生阶段,这样就形成了自润滑膜的生成、破损、脱落与再生的循环过程。

互穿网络式高温自润滑材料摩擦磨损性能研究

模拟生物体汗腺结构特征,以硬脂酸、TiH2和CaCO3的复合体为造孔剂,采用真空烧结法制备出互穿网络式微孔结构的TiC/FeCrWMoV金属陶瓷烧结基体,并在高温真空压力下浸渗Pb-Sn-RE系高温固体润滑剂得到高温发汗自润滑金属陶瓷。采用高温摩擦磨损试验机考察了其摩擦磨损性能,运用扫描电子显微镜(SEM)、光电子能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)分析磨损表面成分、形貌和结构,探讨高温摩擦磨损机制。结果表明:该自润滑复合材料硬质相与润滑相互相贯穿成网络状,在较宽的温度范围内具有良好的自润滑性能,特别是在400～700℃试验温度范围内,具有较低的摩擦因数(平均摩擦因数为0.26～0.29)和较低的磨损率(6.3×10-6～9.6×10-6mm3/(N.m))。由于摩擦应力及摩擦热的作用,该类材料在高温下在磨损表面形成复合润滑膜(由PbMoO4、PbO、Ag2WO4和Ag3Sn等组成)是其具有良好自润滑性能的主要原因。

一种自润滑陶瓷材料的制备及其摩擦性能

采用热压工艺制备了Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料,研究了其力学、摩擦学性能。结果表明:当CaF2含量为10%时,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料的强度和硬度最高,分别达到了589 MPa和1 537 HV。Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料的晶粒大小均匀,基体组织成网状结构,有利于提高材料的强度。室温干摩擦条件下,当CaF2含量为10%时,摩擦因数最低,约为0.28左右;CaF2含量为15%的陶瓷反而具有较大的摩擦因数,达到了0.32左右。

微弧氧化电源占空比对陶瓷基自润滑复合涂层性能的影响

为提高柴油机铝合金活塞的可靠性和耐用性,在不同电源占空比下通过微弧氧化实验在铝合金基体上制备得到微弧氧化陶瓷层,利用电泳技术将MoS2微纳米粒子引入陶瓷层的孔隙中,制备得到陶瓷基自润滑复合涂层。研究微弧氧化电源占空比对陶瓷层和复合涂层微观形貌、厚度和表面粗糙度的影响,并利用往复式摩擦磨损试验机在干摩擦、油润滑条件下对复合涂层的摩擦学性能进行分析。结果表明:随占空比的提高,微弧氧化陶瓷层的厚度、表面粗糙度呈现先增加后减小的变化趋势;随占空比的提高,制备得到的复合涂层的摩擦因数先减小后增大,占空比为60%~70%得到的复合涂层摩擦因数最低,且复合涂层与基体结合状态好,抗磨自润滑性能显著。

氧化铝层状自润滑复合陶瓷的宏/微观结构设计及性能调控

自润滑复合陶瓷是极端环境服役运动部件的最佳候选材料之一,其中仿生层状结构自润滑复合陶瓷由于具有优异的综合性能而倍受人们的青睐。基于宏/微观结构设计是实现其结构/润滑功能一体化和可靠性提升的关键。本文结合作者所在课题组的相关工作,综述了层状结构几何参数和界面微结构、参数与组分对氧化铝层状自润滑复合陶瓷力学性能、摩擦学性能和服役可靠性的影响规律及作用机制,并提出了层状自润滑复合陶瓷的结构与界面优化设计准则,以期指导自润滑复合陶瓷性能提升和推动其在高技术装备中的应用。

陶瓷及其复合材料高温自润滑的研究现状

本文就固态润滑组元性质、与陶瓷基体界面特性以及摩擦化学反应膜层等几方面因素对陶瓷自润滑效应的影响，简要介绍了当前自润滑金属陶瓷材料、自润滑陶瓷复合材料和结构陶瓷自身润滑功效的一些研究情况。总结了自润滑陶瓷材料研究中存在的不足，并提出了今后研究应注意的问题。

组元间化学相容、物理匹配对Al_2O_3基自润滑复相陶瓷磨擦学性能的影响

通过销盘对磨方式的摩擦磨损试验和ＳＥＭ、ＸＲＤ测试分析，研究了润滑组元（石墨、六方氮化硼）与氧化铝基体化学相容、物理匹配关系对基自润滑陶瓷材料摩擦性能的影响。结果表明，良好的化学相容是材料制备的前提，热膨胀系数等物理匹配不仅决定了材料的显微结构、力学性能，而且影响着摩擦过程中润滑组元的转移方式，进而影响到其润滑作用及耐磨性能。氮化硼因与基体具有较好的化学相容、物理匹配关系，以其为润滑组元的试样具有较好的摩擦磨损性能。