炭陶配副用碳纤维增强铜基摩擦材料及其摩擦学行为

炭陶配副用铜基摩擦材料在高速制动下难以兼具高摩擦因数与高耐磨性,为此,采用粉末冶金法制备短切沥青基碳纤维增强铜基摩擦材料,对材料力学、热学与摩擦学性能进行研究。研究结果表明:在室温下,碳纤维增强铜基摩擦材料布氏硬度提升14.8%,热扩散系数提高9.5%,比热容提升6.8%;在高速制动条件下(6000 r/min),碳纤维增强铜基摩擦材料摩擦耐磨性能显著提升,摩擦因数提升25.0%,稳定系数提升6.1%,且磨损量降低42.2%;加入碳纤维能显著提高表面平整度,增加机械混合层的厚度,降低磨屑直径,提高摩擦材料耐磨性;碳纤维增强铜基摩擦材料随速度增加发生从磨粒磨损、黏着磨损到氧化磨损、疲劳磨损的转变。

苛刻制动能量密度下铜基粉末冶金摩擦材料摩擦学行为

基于国家标准中高速列车200、340和400 km/h紧急制动参数,利用MM−3000摩擦磨损试验机,设计基于等制动能量密度、等压强的等效放缩实验,研究铜基粉末冶金摩擦材料配对铸钢在不同苛刻制动能量密度(157、446和616 J/mm^(2))下的摩擦学行为。研究结果表明:在157和446 J/mm^(2)制动能量密度下,材料平均摩擦因数稳定在0.250左右,制动效果较好;在616 J/mm^(2)制动能量密度下,材料平均摩擦因数从0.260迅速衰退至0.210,制动效果减弱;随着制动能量密度增加,摩擦材料亚表面存在成分与性能不同的摩擦层结构,其厚度先增加再减小,纳米压痕硬度逐渐减小,材料磨损机制发生了由犁削、黏着磨损到氧化磨损、疲劳磨损再到严重氧化磨损与剥层磨损的转变。

基于分子动力学模拟的多主元合金滑动摩擦学行为研究

随着高性能多主元合金被相继开发并在摩擦学领域的应用迅速扩展,研究并揭示多主元合金的摩擦学行为至关重要。采用分子动力学模拟,构建多主元合金原子尺度滑动摩擦模型,研究FeCoCrNiCu(M1)、FeCoCrNi(M2)、FeNiCr(M3)3种多主元合金的表面形貌、磨损原子、摩擦力、位错及应力的演变。结果表明:M2合金在相同的划痕深度下表面变形最小、磨损粒子数最少、法向力最大,这是由于Co元素的加入使得合金的硬度增强;M1合金展现出更剧烈的塑性变形以及更复杂的位错变形,这是由于Cu元素的加入降低了合金的硬度;M1和M2合金中产生了棱柱位错环,M3合金中却没有观察到,这是由于M3合金的堆垛层错能较低难以形成棱柱位错环。研究结果对多主元合金的开发和应用提供了参考。

304不锈钢滑动摩擦学行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了压入深度与滑动速度对304不锈钢磨损量、摩擦系数、位错演变及剪切应变的影响.结果表明:在较大的压入深度下平均摩擦系数及位错长度明显较高,导致了更严重的塑性变形;在相同的压入深度下较高滑动速度的摩擦力明显升高而位错长度降低,这是由于高速下不锈钢内部位错形核缺乏持续驱动力,从而减轻了不锈钢的变形.此外滑动摩擦过程中产生的摩擦热促进了内应力的释放,导致离散结构位错、多节点位错及位错锁(环)的形成,从而阻碍位错进一步传播并提高不锈钢抗变形能力.本工作中所计算磨损原子数量几乎与滑动距离呈线性正比,符合经典Archard定律.

防冻液环境下PPS复合材料与不同配副材料的摩擦学行为

采用热压成型法制备短切碳纤维增强聚苯硫醚(PPS)复合材料,研究汽车专用防冻液环境中复合材料与4Cr13不锈钢、SiC陶瓷和Al_(2)O_(3)陶瓷配副在不同载荷下的摩擦磨损性能;考察摩擦副在防冻液中的润湿性与耐腐蚀性;利用激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜对复合材料及对偶件磨损面进行观察,结合磨损面EDS和XRD分析探究材料的摩擦磨损机制。结果表明:防冻液环境中,SiC陶瓷耐腐蚀性能最强,Al_(2)O_(3)陶瓷润湿性最好;在相同载荷下与4Cr13配副时复合材料的磨损率最低,但摩擦因数随载荷的增大上升最快,对偶件磨损率最大且磨粒磨损严重;与SiC或Al_(2)O_(3)配副时复合材料摩擦面呈现研磨特征;在相同载荷下与Al_(2)O_(3)配副时复合材料磨损率最大,磨屑向对偶件表面沉积,与SiC配副时复合材料摩擦因数最小且对偶件磨损率最小。因此PPS复合材料与SiC配副宜作为防冻液环境下长耐久滑动轴承的优选材料。

Nb掺杂对VN薄膜组织、力学及摩擦学行为的影响

为理解Nb元素的纳米复合掺杂对VN薄膜的结构、力学和摩擦学性能的影响,利用反应磁控溅射方法制备氮化钒(VN)和氮化钒铌(VNbN)薄膜,借助场发射扫描电镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、纳米压痕仪、摩擦试验机、光学显微镜和台阶仪等仪器对2种薄膜的微观结构、力学行为以及摩擦学行为进行了对比分析。结果表明:原子分数10.37%的Nb元素的掺杂,使得VNbN薄膜柱状晶结构的致密度更高,且表面粗糙度下降了45.26%。纳米压入结果显示,VNbN薄膜的硬度为20.47 GPa,比VN薄膜的硬度增加了7.51%,H/E和H^(3)/E^(2)值也比VN薄膜的分别高18.64%和49.25%。摩擦学分析表明,Nb的加入使得VNbN薄膜的常温摩擦学性能显著改善,其摩擦系数低至0.35,磨损率低至3.30×10^(-6)mm^(3)/(N·m);400℃及600℃高温下VNbN薄膜的摩擦系数低至0.58,同样低于VN薄膜的。但其高温时的耐磨性明显下降,这是由于Nb元素的加入并未改善VN薄膜的高温抗氧化性,高温下VNbN薄膜的硬度相比于VN退化得更快,摩擦时承载力更低,薄膜更易脱落所致。

实现振动解耦的摩擦学行为模拟试验台设计方法

摩擦学行为研究对认识界面摩擦磨损特征,揭示摩擦自激振动产生机理及演变规律,保证摩擦系统的可靠运行具有重要意义.目前的摩擦学行为模拟试验装置由于刚性连接方式对界面摩擦振动响应的干扰,难以精确开展摩擦学行为研究和材料磨损性能评估,亟需隔离摩擦界面与机械连接部件之间的耦合振动.为此,基于气浮轴承设计了1种可实现振动解耦的摩擦学行为模拟试验台,通过锤击试验以及与非振动解耦摩擦试验机的对比试验,测定并验证了试验台振动解耦功能的有效性.锤击试验表明,未充气状态下在气浮轴承轴套处检测到多个频率,而充气状态下仅有较低的单一频率存在.摩擦学对比试验发现,随着法向载荷或往复滑移频率的增加,振动解耦试验台测得的振动加速度均方根变化率线性增加,而非振动解耦试验机的振动加速度均方根变化率呈先增后减的趋势,存在明显差异.因此,该摩擦学行为模拟试验台成功实现了摩擦界面与机械连接部件之间的振动解耦,为进一步精确探究界面摩擦学行为的影响因素和演变规律、揭示摩擦自激振动产生机理以及在对比评估不同材料摩擦磨损性能时排除摩擦学设备的影响方面提供了新的思路及有效的手段.

端面密封材料S-07不锈钢滑动摩擦学行为的分子动力学模拟

为探究端面密封材料S-07不锈钢在不同参数下的摩擦学行为,构建纳米尺度下S-07不锈钢的摩擦磨损模型,以对偶件的压入深度和滑动速度作为变量,研究S-07不锈钢表面摩擦学性能及形貌变化。结果表明:随着摩擦相对滑动速度的增加(50、100、150 m/s),S-07不锈钢磨损表面粗糙度降低;随着对偶件压入深度(0.3、0.6、0.9 nm)的增大,摩擦因数呈上升趋势;磨损量随压入深度增大而增大,随滑动速度上升呈下降趋势。在微观尺度上,从位错、塑性变形等角度解释了在不同磨损条件下S-07不锈钢性能变化的原因,为该材料适用摩擦工况的选择提供了理论参考。

近单一FCC相AlCoCrFeNi高熵合金的常温摩擦学行为及典型磨损机制

采用SRV-Ⅳ型微动摩擦磨损试验机对近单一面心立方(FCC)相AlCoCrFeNi高熵合金及其抛丸试样在常温下的摩擦磨损性能和行为进行了较详细的考察. AlCoCrFeNi高熵合金的磨损量随摩擦频率和法向载荷的变化均大体呈现正相关性.随着摩擦频率升高(6~40 Hz),该高熵合金摩擦界面的原子排列由主要沿(100)晶面逐渐转变为沿(111)晶面,表现出显著的择优取向,其主要磨损机制由氧化磨损和分层磨损逐步过渡到塑性变形和分层磨损;拉曼光谱分析表明该合金在各摩擦频率(除30 Hz外)下形成的磨痕中存在复杂氧化物,其结晶构造与Al_(2)O_(3)和Cr_(2)O_(3)相似.随着法向载荷不断增大(10~200 N),该合金摩擦界面的晶粒更加细化,摩擦界面的原子排列更加趋向沿(111)晶面,其主要磨损机制由氧化磨损过渡到疲劳磨损,最终转变为黏着磨损.由于细晶强化作用,经抛丸处理后该AlCoCrFeNi高熵合金表面显微硬度达403 HV,相比抛丸前提高近1倍.抛丸处理形成的表面强化层有利于降低合金的磨损,其厚度约为25μm.随着摩擦时间延长,该高熵合金抛丸试样的主导磨损机制由塑性变形和分层磨损逐渐转变为同时出现一定程度的氧化磨损;其中,塑性变形和分层磨损机制的组合能导致该合金抛丸试样发生零磨损行为.近单一FCC相AlCoCrFeNi高熵合金及其抛丸试样因其特殊的元素组成和原子排布表现出丰富而典型的磨损行为和机制.本研究阐明了该高熵合金在常温下的几种典型磨损机制,评估抛丸处理对其造成的实际影响,为该体系高熵合金和含有FCC相的复合结构高熵合金在磨损防护领域的合理运用及深入理解其使役行为提供重要依据.

不同分子结构聚酰亚胺固-液复合摩擦学行为与润滑机理研究

设计合成了一种新型热固性聚酰亚胺(TPI)材料,利用DMA242C型动态热机械分析仪、万能试验机以及接触角测量仪等对其机械性能、热学性能以及表面基础油PAO10的润湿性能进行表征,并与商业化的热塑性聚酰亚胺YS-20作对比,考察了两种不同分子结构的聚酰亚胺(PI)在PAO10润滑下的摩擦学行为.球-盘摩擦试验结果表明,无论是在模拟的多次“启-停”往复运动,还是模拟一次“启-停”的旋转接触运动,TPI与PAO10的固-液复合体系均具有优异的抗磨减摩性能,主要归因于TPI与PAO10之间较好的润湿性与物理吸附作用.通过分子动力学模拟的方法,进一步验证了空间化学交联TPI的空间化学交联结构增强了其表面与PAO10之间的物理吸附作用,有助于提高边界膜的构筑速度与承载能力,进而改善了两者复合体系的摩擦学行为.

炭纤维增强聚四氟乙烯复合材料在干摩擦和水润滑条件下的摩擦学行为对比研究

对比考察了炭纤维增强聚四氟乙烯(PTFE)复合材料在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能,并探讨了其磨损机理.结果表明:在水润滑条件下,纤维增强PTFE复合材料的摩擦系数和磨损率均明显比干摩擦下的低,水起到了润滑和冷却作用;复合材料磨损表面可见明显的裸露纤维及纤维局部磨平,无明显微观裂纹,基体和纤维结合较好,磨损表面存在转移自偶件的铁,表现出犁削磨损特征;在干摩擦下,复合材料磨损表面存在大量的微观断裂裂纹,纤维发生断裂和破碎,表现出疲劳磨损特征.

不同金属基体上MoS_2纳米微粒LB膜摩擦学行为研究

研究了Ｃｕ、Ａｇ及Ａｕ等金属基体上二烷基二硫代磷酸修饰ＭｏＳ２纳米微粒ＬＢ膜的摩擦学性能，用红外显微镜分析ＬＢ膜在摩擦过程中的结构变化，用电子探针分析考察不同金属基体上ＬＢ膜的磨痕形貌．结果表明：ＤＤＰ修饰ＭｏＳ２纳米微粒ＬＢ膜可有效降低Ａｇ和Ｃｕ与ＧＣｒ１５钢对摩时的摩擦系数；该ＬＢ膜极易向对偶转移并在摩擦过程中发生摩擦化学变化，主要包括无序化转变及修饰剂的部分分解；无机纳米核起主要承载和抗磨作用．Ｃｕ基体上的ＬＢ膜耐磨寿命较Ａｇ基体上ＬＢ膜的耐磨寿命高１００倍，这主要因ＬＢ膜与Ａｇ基体的结合较弱．

氨基酸离子液体润滑剂的结构与摩擦学行为的关系

利用酸碱中和法合成了一系列季铵盐和季膦盐氨基酸离子液体(AAILs)润滑剂,以合成润滑油聚α-烯烃(PAO10)和传统含氟离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐(L-F104)作为参照样,评价了粘温性能、热稳定性以及作为不同摩擦副润滑剂的润滑性能,探索了阴、阳离子结构对其物理化学性质和摩擦学性能的影响规律。结果表明:季膦盐氨基酸离子液体的粘温性能和热稳定性明显优于季铵盐氨基酸离子液体;这些离子液体中,阴离子上硫元素的引入可显著提高其粘温性能,而芳环的引入却使其粘温性能明显下降。结构对其摩擦学性能的影响规律与摩擦副种类有关:当钢/钢、钢/铜摩擦副作为润滑剂时,在常温或高温条件下,均具有优异的减摩抗磨性能;当钢/铝摩擦副作为润滑剂时,只有含芳基的季铵盐氨基酸离子液体具有优于PAO 10和L-F104减摩抗磨性能。

热挤压态Al-Si-Pb轴承合金的摩擦学行为

研究了热挤压对搅拌铸造 Al- Si- Pb合金组织与机械性能的影响 .结果表明 :热挤压可以显著改善合金铸态组织 ,降低气孔率 ,提高机械性能 ;随着铅含量增加 ,合金的摩擦系数与磨损率显著下降 ,尤其铅含量为 2 0 %与 2 5 %的合金抗咬合性能明显提高 .对其磨损表面的光学与 X射线光电子能谱分析表明 ,磨损表面了形成由 Al2 O3、Fe2 O3和 Pb的化合物组成的混合物润滑膜 ,这是其抗咬合性能得以改善的直接原因 .

分散在润滑剂中的柔性金属微粒的摩擦学行为的实验研究

本文通过理论和实验的不同角度 ,探讨和分析柔性金属微粒在摩擦学界面的摩擦磨损特性以及对摩擦界面可能的行为模式。为利用柔性金属微粒进行摩擦界面的修复和改性、强化和减少摩擦和磨损 。

弧齿锥齿轮热摩擦学行为研究的几个方面

论述了弧齿锥齿轮热摩擦学行为研究中涉及的四方面重要内容（热接触分析、传 热计算、温度场分析及热变形等），提出了分析方法，建立了各分析模型，为弧齿锥齿 轮热分析计算提供了理论依据。

Cr_3C_2-Ni-Ti_3SiC_2新型减摩复合材料的高温摩擦学行为

采用粉末冶金工艺制备一种新型Cr3C2-Ni-Ti3SiC2减摩材料,并研究Ti3SiC2添加量对其与GCr15摩擦副在400℃大气环境下摩擦学行为的影响。结果表明:在高温摩擦场的作用下,复合材料中的Ti3SiC2能够诱发形成具有良好减摩作用的摩擦氧化膜,不仅可以降低摩擦副的摩擦因数,避免摩擦因数的较大波动,而且能够显著降低摩擦系统的总磨损率,对摩擦偶件起到极好的保护作用。当Ti3SiC2含量(质量分数)分别为2.5%、5.0%、7.5%和10%时,复合材料的摩擦因数比未添加Ti3SiC2的Cr3C2-Ni金属陶瓷的摩擦因数分别下降5.3%、15.8%、26.3%和13.2%,摩擦副的总磨损率也下降了一个数量级;同时,摩擦偶件的磨损率也由3.5×10-5 mm3/(N·m)逐步下降到9.8×10-7 mm3/(N·m)。

化学镀Ni-P-CNTs-纳米SiC复合镀层的摩擦学行为

采用化学共沉积方法制备了Ni-P-CNTs-纳米SiC复合镀层,并研究了其复合镀层的摩擦学行为。结果表明:与在相同参数下制备的Ni-P,Ni-P-SiC,Ni-P-CNTs,Ni-P-CNTs-微米SiC复合镀层相比,Ni-P-CNTs-纳米SiC复合镀层表现出最低的摩擦系数与最好的耐磨性。

SiO_2填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦学行为研究

用机械共混和冷压成型、热烧结的方法制备了不同体积含量不同粒径的SiO2填充PTFE样品。用M－2000摩擦磨损试验机评价了不同样品在干摩擦下的摩擦学性能;用X射线能量损失谱(EDS)观察分析了摩擦前后Si元素在样品表面的分布情况。结果表明:在本实验所采用的实验条件下,SiO2/FTFE复合材料的摩擦系数随SiO2体积含量的增加而增大,抗磨损能力则有一个最佳含量;填料粒径不同,其体积填充分数对复合材料摩擦磨损性能的作用规律不同:在相同的体积分数下,粗SiO2填充PTFE的摩擦系数小于细SiO2填充PTFE的摩擦系数,且其随SiO2填充分数增加而增大的趋势远小于细SiO2填充PTFE;其具有最好抗磨能力的最佳体积填充含量也大于细SiO2的体积填充含量。SiO2这种填充作用规律可由其在PTFE基体中的形态结构特征来解释。

巴氏合金ZChSnSb 8-8海水环境下的摩擦学行为研究

本文研究了巴氏合金ZChSnSb 8-8/AISI 52100轴承钢摩擦副在模拟海水环境下的摩擦学行为.通过扫描电镜(SEM),X射线能谱仪(EDS),X射线光电子能谱仪(XPS)和X射线衍射仪(XRD)对试验样品进行表征.结果表明:巴氏合金ZChSnSb 8-8在海水润滑下具有较低的摩擦系数和磨损率,海水作为润滑介质,起到了一定的润滑作用.在海水润滑下,ZChSnSb 8-8的摩擦系数随载荷和滑动速率的增加而减小;磨损率随着载荷的增加而增加,但随着滑动速率的增加而减小.低的摩擦系数和磨损率主要归因于巴氏合金ZChSnSb 8-8独特的微观结构和海水的润滑作用.