单脉冲电沉积Ni-纳米TiC-氧化石墨烯复合镀层结构及磨损性能

本研究利用单脉冲电沉积技术在Q235钢表面制备了一种新型的Ni基减摩耐磨三元复合镀层,首先通过研究氧化石墨烯(GO)浓度对Ni-纳米TiC基复合镀层形貌、镀速及硬度的影响确定了最佳的GO添加量,然后利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)和X射线光电子能谱仪(XPS)等设备对三元复合镀层的结构进行了表征。最后与Ni-纳米TiC复合镀层等进行了对比,研究了三元复合镀层的硬度及耐磨损性能。结果表明:镀液中GO的最佳质量浓度为200 mg/L。此时,Ni-纳米TiC-GO复合镀层的表面均匀致密,粗糙度值Ra=3.087μm。XRD和拉曼光谱等分析结果表明纳米TiC和GO成功复合到Ni基镀层之中。Ni-纳米TiC-GO复合镀层的硬度为726.3HV,约是Ni-纳米TiC复合镀层(463.8HV)的1.5倍。Ni-纳米TiC-GO复合镀层的平均摩擦系数为0.108,相比于Ni-纳米TiC复合镀层(0.285),其具备更好的减摩耐磨性能。

基于轮廓测量的牙膏磨损性测定法的研发概述

牙膏中的磨料是提供牙膏清洁力的主要成分之一。恰当的磨料种类选择以及添加量的设定可以为消费者提供良好的牙齿清洁效果,甚至达到较佳的外源性色斑的去除而美白牙齿。然而,不当的磨料添加会导致过度磨损牙齿,从而引起安全性问题。因此,制定方便有效的牙膏磨损性测定法一直是业界的需求。然而,由于实验条件等限制,国际上惯用的示踪法(RDA)无法在国内实施。本文介绍了一种优化后的基于轮廓仪测量法开发的RDA替代方法Radioactive Dentin Abrasivity–Profilometry Equivalent (简称RDA-PE),并对RDA-PE方法的建立、方法学验证以及与RDA方法间的关系进行了简要的介绍.。同时,对RDA-PE方法用于测定牙膏产品摩擦型性能的可行性进行了讨论。

热作模具钢磨损性能的研究现状

磨损是热作模具的主要失效形式之一,了解材料磨损机理和开发改善材料磨损性能的方法对提高模具寿命具有重要意义。本文对热作模具钢磨损性能的研究现状进行了阐述,对影响磨损性能的因素和改善磨损性能的方法进行了探讨和总结,并对热作模具钢磨损性能的研究趋势进行了展望。

冷喷摩擦复合增材制造制备ZrO_(2)颗粒增强钛基复合材料组织与磨损性能

采用冷喷涂增材制造和冷喷摩擦复合增材制造技术制备了ZrO_(2)颗粒增强钛基复合材料,使用SEM和EBSD等表征了微观组织特征,研究了模拟体液环境下的磨损性能和磨损机制。结果表明:相较于冷喷涂增材制造试样,冷喷摩擦复合增材制造试样中孔洞缺陷消失,组织明显致密化,ZrO_(2)均匀分布于Ti基体中,试样的致密度达99.1%。冷喷摩擦复合增材制造过程中发生了连续动态再结晶,平均晶粒尺寸均匀化至2.5μm。相较冷喷涂增材制造试样,冷喷摩擦复合增材制造试样显微硬度显著提升(由221 HV 0.2提升至544 HV 0.2)。在模拟体液环境下,冷喷摩擦复合增材制造试样具有较低的磨损率(1.09×10^(-3)mm^(3)·N^(-1)·m^(-1)),表现出较好的耐磨性。磨粒磨损和粘着磨损是冷喷涂增材制造试样的主要磨损机制,而磨粒磨损是冷喷摩擦复合增材制造试样的主要磨损机制。

钛合金高速超声振动车削表面完整性及耐磨损性能试验研究

在可替代性弱且常被用于制造航空发动机关键部件的前提下,钛合金等难加工材料的高效高质切削面临挑战。针对钛合金Ti-6Al-4V加工表面完整性不佳和使役性能有待提升难题,开展了钛合金Ti-6Al-4V的高速车削试验,分析了高速超声振动切削技术对钛合金Ti-6Al-4V表面完整性和已加工表面耐磨损性能的改善效果,进而为钛合金Ti-6Al-4V的高质量加工提供理论支撑。结果表明,相比于普通切削,高速超声振动切削有效降低了钛合金Ti-6Al-4V的表面粗糙度,提高了表面强度和表面残余压应力,以及增强了耐磨损性能。

农业机械耕作部件磨损性能试验研究现状

农业机械耕作部件磨损性能影响整机的工作效率、作业质量,磨损严重时会造成巨大的经济损失。为评价不同材料、结构、土壤类型、工作参数等对耕作部件磨损性能的影响,研究一系列耕作部件磨损性能试验方法。综述田间试验、实验室试验和数值模拟等耕作部件磨损性能试验方法的国内外研究发展现状,重点阐述磨粒磨损试验、小型土壤环境磨损试验及土槽试验等实验室磨损性能试验的特点及发展趋势。田间试验结果准确,但受环境影响大,重现性差,而且能耗大、经济性不好;实验室试验能高效地筛选耕作部件材料,但在磨损数据的实时采集方面还有不足,且未与田间磨损试验建立关联;数值模拟方法可以有效地模拟部件与土壤之间的相互作用,有助于部件的结构和工作参数优化,但在多因素环境耦合及模拟精度等方面还有不足。对未来农机耕作部件磨损性能试验研究的发展方向提出加快农机耕作部件磨损性能数据库的建立、健全试验规范和评价标准、提高数值模拟精度等建议。

基于金属电化学腐蚀的单晶SiC表面腐蚀和磨损性能研究

针对化学机械抛光中抛光液的环境污染,提出一种基于金属电化学腐蚀的单晶SiC化学机械抛光方法.通过腐蚀实验和摩擦磨损实验,研究了电化学腐蚀单晶SiC的Si面腐蚀性能和磨损性能.通过对比Al、Cu、Fe金属在Na_(2)SO_(4)电解质溶液中对Si面的腐蚀性能,发现Al在Si面产生明显的腐蚀层,EDS和XPS检测证实该腐蚀产物为SiO_(2).采用摩擦磨损实验研究溶液组分对SiC的Si面磨损影响规律.结果表明,提高Na_(2)SO_(4)电解质溶液浓度能获得更大的磨损量,当Na_(2)SO_(4)电解质溶液浓度为1.00 mol/L时,得到最大为7.19µm^(2)的磨损量;在酸性的金属电化学腐蚀溶液中,Si面具有更好的材料去除性能,在pH=3时磨损量达到11.97µm^(2).单晶SiC的金属电化学腐蚀材料去除机制为阴极的Al金属发生电偶腐蚀反应产生腐蚀电流,促使阳极SiC表面氧化生成SiO_(2)氧化层,进而去除材料.

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。

超音速激光沉积Cu-Al_(2)O_(3)-石墨复合涂层微观结构及耐磨损性能

目的研究不同石墨含量对超音速激光沉积Cu-Al_(2)O_(3)-石墨复合涂层的微观组织、显微硬度、耐磨损性能的影响。方法利用扫描电子显微镜、能量色谱仪、维氏硬度计、激光共聚焦扫描显微系统、X射线衍射仪、摩擦磨损测试对复合涂层的微观组织、显微硬度、耐磨损性能及磨损机制进行分析。结果随着原始粉末中镀铜石墨质量占比的增加,Cu-Al_(2)O_(3)-石墨复合涂层的沉积效率逐渐降低。基于Al_(2)O_(3)颗粒的原位喷丸效应及激光辐照的加热软化效应,复合涂层具有致密的微观组织,且复合涂层与基体界面结合良好。单一添加Al_(2)O_(3)颗粒可以将Cu涂层的硬度从108.19HV0.2提高至121.82HV0.2。随着石墨含量的增大,涂层的显微硬度逐渐降低,镀铜石墨在原始粉末中的质量分数从5%增至15%,Cu-Al_(2)O_(3)-石墨复合涂层的硬度从116.09HV0.2降至94.17HV0.2。添加石墨能够在复合涂层表面形成固体润滑层,降低复合涂层的摩擦因数,提升涂层的耐磨损性能。CuAlGr10复合涂层具有最优的耐磨损性能,磨损率为0.7×10^(−4)mm^(3)/(N·m)。此外,由于激光辐照促进了复合涂层内部颗粒间的界面结合,均匀分散在石墨润滑相中的Al_(2)O_(3)颗粒作为负载支撑和耐磨相,可进一步降低复合涂层的磨损率。结论Cu-Al_(2)O_(3)-石墨复合涂层优异的耐磨性能是润滑相石墨颗粒和硬质增强相Al_(2)O_(3)颗粒共同作用的结果,石墨的添加能够降低复合涂层的摩擦因数,提升涂层的耐磨损性能,但过量的石墨颗粒会对涂层产生割裂作用,导致增强相Al_(2)O_(3)颗粒脱离涂层,从而加剧涂层的磨损。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

深冷条件下多重旋转碾压超细晶铜的组织与磨损性能

通过碾压式搅拌头在深冷条件下对铜板进行多重旋转碾压,采用超景深显微镜、光学显微镜、摩擦磨损仪对碾压后样品的表面形貌、组织和性能进行了分析。结果表明,在深冷条件下多重旋转碾压后,样品表面成形良好,表层出现明显的超细晶区;在转速为50 r/min时,超细晶成形机制为晶粒的剪切破碎;在转速为500 r/min时,晶粒细化机制为动态再结晶和强制冷却抑制再结晶晶粒的长大;在深冷条件下多重旋转碾压制备的超细晶层可提高材料的耐磨性。

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。

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。