仿生叠层构型石墨烯对铝基复合材料的纳米摩擦性能的影响

利用纳米压痕和纳米划痕试验表征了仿生叠层构型铝基石墨烯复合材料(Bio-inspired laminated graphene reinforced aluminum martrix composite,BAMC)与纯铝的力学性能和摩擦磨损性能.鉴于摩擦力由黏着作用和犁沟作用两分量共同组成,对比探究了BAMC与纯铝在微观摩擦磨损过程中的弹塑性转变过程,分析了黏着作用与犁沟作用在摩擦力中的贡献度,揭示了其微观摩擦磨损机制.结果表明:相较于纯铝,BAMC的纳米硬度提高了约24%,总摩擦系数(Friction coefficient)降低了约28%,黏着作用分量和犁沟作用分量分别降低了32%和16%.换言之,复合材料中的异质界面产生异质变形诱导强化,进而增强了应变硬化,使仿生叠层石墨烯铝基复合材料的硬度得到明显提升,并且仿生叠层构型的石墨烯主要通过降低黏着作用来实现减磨.从微纳米尺度揭示了BAMC的力学性能和摩擦磨损性能显著提升的机理,可为提升其摩擦磨损性能提供理论依据.目前的工作通过纳米划痕和纳米压痕强调了叠层结构石墨烯的添加对块体复合材料的摩擦性能的影响,并表明仿生叠层构型铝基石墨烯是搭建仿生叠层结构的小尺寸理想增强体.

铜表面纳尺度沟槽织构的摩擦学性能

目的通过分子动力学(MD)模拟,揭示了纳尺度沟槽织构对单晶铜摩擦磨损的影响机理,为设计高耐磨超声电机(USM)定子材料提供理论指导方法建立了金刚石-铜摩擦配副模型,首先研究了金刚石下压深度对铜基体摩擦学性能的影响,随后重点研究了铜表面沟槽织构的角度、深度、宽度对摩擦学性能的影响。通过提取摩擦过程中的摩擦因数、磨损原子数目、摩擦界面温度、体系能量、界面间相互作用力以及观察摩擦前后界面形貌变化,从原子尺度揭示沟槽织构对铜的减摩机理。结果对于无织构铜表面,摩擦因数和磨损率等性能参数随着下压深度的增加而增加;有沟槽织构的铜表面,摩擦因数和磨损率相较于无沟槽织构有显著下降。在沟槽织构与摩擦方向成90°时,效果最佳,摩擦因数下降25%左右,磨损率下降50%。同时,摩擦因数和磨损率还随沟槽深度和宽度的增大而减小。其主要原因是:沟槽织构的引入,使得在金刚石和铜基体的摩擦过程中相互作用的原子数量明显减少,相互犁削和接触原子的数量也减少,从而导致摩擦因数、磨损率下降。结论在铜表面进行沟槽织构化处理能够减少摩擦过程中的磨损,提高铜基体的耐磨性能。

基于LFM的类金刚石膜纳米摩擦现象研究

使用原子力显微镜(AFM)中的侧向力(LFM)模式对类金刚石膜纳米尺度的摩擦现象进行了研究,主要考察了载荷、微观形貌、粘附对类金刚石膜纳米摩擦性能的影响。首先结合粘附的影响提出了适用于外加载荷在100nN以下类金刚石膜纳米摩擦力表征的修正Amonton公式。其次,试验发现摩擦过程中表面接触峰的斜率对薄膜的微观摩擦力的影响较大,微观摩擦系数与倾角θ成正比例关系,最后结合两者给出了综合考虑载荷、表面形貌、粘附且可用于类金刚石膜纳米尺度摩擦力表征的数学方法。

分子沉积膜摩擦学研究进展

概述了近十年来分子沉积膜在摩擦学领域的研究进展,包括分子沉积膜的纳米摩擦性能、粘附特性、磨损性能和力学特性,以及采用分子动力学模拟对摩擦产生机制、粘滑现象的理论分析,肯定了分子沉积膜的减摩润滑性能,在此基础上提出了今后的主要研究方向。

石墨氧化物分子沉积膜的制备及其摩擦学行为研究

采用分子沉积技术制备了石墨氧化物 (GO) -聚二丙烯二甲铵 (PDDA)多层超薄膜 ,用紫外和红外光谱对超薄膜的结构进行了分析 ,用原子力显微镜考察了薄膜的表面形貌及纳米摩擦学行为 .结果表明 :石墨氧化物分子沉积膜可以降低玻璃表面的摩擦系数 ;其摩擦系数随载荷增大而降低 ;