热固性聚酰亚胺复合材料的往复摩擦磨损性能研究

采用热模压成型方法制备了玄武岩纤维增强、多元填料改性的热固性聚酰亚胺复合材料,研究了复合材料的组织结构、摩擦磨损性能与磨损机制。结果表明:所制备的多元复合材料组织致密,玄武岩纤维和各填料分散均匀,硬度明显高于纯聚酰亚胺(PI)和玄武岩纤维改性聚酰亚胺(BF/PI)。摩擦磨损实验结果表明,多元复合材料具有优良的耐磨性能和摩擦稳定性,摩擦系数明显低于PI和BF/PI,磨损率分别较纯PI试样和BF/PI试样低约50.3%和19.9%。

树脂含量对聚酰亚胺树脂基复合材料摩擦学性能的影响

为明确树脂含量对复合材料摩擦学性能的影响,采用粉末冶金法成功制备了二硫化钨(WS2)与碳化硅(SiC)协同改性增强含铜聚酰亚胺(PI)树脂基复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、万能力学性能试验机、摩擦磨损试验机等手段探究了PI树脂含量对复合材料微观组织、物理力学性能、摩擦磨损性能及磨损机制的作用行为。结果表明,材料制备过程中仅存在树脂基体固化烧结,并未与增强相发生化学反应,从而确保各相充分发挥其性能。同时,发现PI树脂含量对复合材料显微组织存在显著影响,由WS2与SiC形成的“核-壳”结构从高树脂含量下较大的扁平状转变成低树脂含量下的类球状及细小扁平状结构;且复合材料的致密度及显微硬度均随PI树脂含量的降低而呈现先增大后减小的趋势,压缩强度则呈上升趋势。PI树脂基复合材料的磨损率及平均摩擦系数随PI树脂含量的降低呈现出先减少后增加的趋势,当PI树脂质量分数为50%时复合材料获得了最低的摩擦系数(0.42)和磨损率[0.89×10^(-14) cm^(3)/(N·m)]。随着PI树脂含量的减少,复合材料的磨损机制由磨粒磨损转变为疲劳磨损,最后转变为严重的磨粒磨损。

温度对聚酰亚胺摩擦磨损性能的影响

栓－盘摩擦磨损试验表明：连续升温时，聚酰亚胺的摩擦因数随温度升高而增大直至最高值０．６６，继而降低至０．１６；定温试验时，其摩擦因数随滑动时间延长很快上升到最高值，继而急速降低到趋于稳定；聚酰亚胺的磨损率随温度升高而增大．扫描电子显微镜观察发现：聚酰亚胺以犁削磨损为主，但随环境温度的升高，磨屑由细微粒状变为大片状直至细长条状；其摩擦磨损行为与材料表层状态密切相关，温度较高时，摩擦热使材料表面产生了低摩擦高磨损的粘流层．

石墨对铜基自润滑材料高温摩擦磨损性能的影响

通过基体多元合金化和选用不同粒度的石墨颗粒,采用常规粉末冶金方法制备了铜基石墨固体自润滑材料,在大越式OAT-U型摩擦磨损试验机上考察了复合材料从室温到500℃温度条件下的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌,进而探讨其摩擦磨损机理.结果表明:在室温条件下,石墨颗粒越小,则复合材料的摩擦系数越小,减摩自润滑效果越好;在室温至500℃条件下,选用合适的石墨粒度(0.3～0.5mm)和多元基体合金化,可使铜基石墨固体自润滑材料保持较好的自润滑特性.

不同基体炭结构的C/C复合材料摩擦表面特性和摩擦磨损机理

与表面镀Cr的40Cr钢配副进行滑动摩擦实验后,在JSM 6360LV扫描电镜上观察6种具有不同基体炭结构的C/C复合材料的磨损表面形貌。结果表明:完全光滑层(SL)炭结构的C/C复合材料摩擦表面在任何载荷下均难以形成完整的磨屑膜;完全粗糙层(RL)炭结构、粗糙层/树脂炭(RL/RC)的材料摩擦表面在低载荷时能形成较厚的磨屑膜,在高载荷时表面摩擦膜均很薄;完全RC结构试样摩擦表面在低载荷时完整、致密,在高载荷时有显著的磨屑膜剥落;RL/SL/RC、SL/RC结构试样在低载荷时的表面摩擦膜薄,而高载荷时,RL/SL/RC材料的基体炭磨损比SL/RC的严重;RL/SL或SL炭在摩擦中的损伤呈现阶梯状磨损形貌,RL炭在摩擦后难以分辨出原始形貌,RC炭在部分摩擦表面则为条纹状磨损形貌;RL/SL/RC、SL/RC结构的C/C复合材料摩擦形貌的稳定性高,材料耐磨性好,在一定载荷范围内有利于降低材料的摩擦因数和体积磨损。

两种压铸镁合金的微动磨损行为研究

采用液压高精度材料试验机考察了压铸镁合金AZ91D和AM60B在平面-球面接触条件下的微动磨损行为,研究了循环次数、位移幅值、法向载荷和频率等参数对镁合金摩擦磨损性能的影响,分析了其磨斑表面和磨屑的微观形貌,并探讨了其微动磨损机理.结果表明:镁合金AZ91D和AM60B的摩擦系数随着法向载荷的增加而减小,磨损体积损失随频率增加而减小;AZ91D镁合金的抗微动损伤能力优于AM60B镁合金,二者的微动磨损机理相似,其主要磨损形式包括粘着磨损、表面疲劳(脱层)磨损、磨粒磨损以及明显的氧化磨损.

国外C／C复合材料飞机刹车盘的摩擦表面特性和摩擦磨损机理

在MM-1000型摩擦试验机上,对英、法、美三国四大炭盘制造商的五种炭盘小样进行了摩擦磨损性能测试,对摩擦表面进行了宏观和扫描电子显微镜(SEM)微观形貌分析,对各试样的摩擦磨损过程和机理进行了一定的探讨。结果表明:石墨化度决定了膜的完整程度,且成正比关系;坯体结构对摩擦膜有一定的影响;纯树脂炭基体的试样表面膜厚度较小,完整致密性与热解炭基体的试样差别较大,磨损较大;C/C复合材料的机械磨损以粘着、犁沟、磨粒磨损为主,膜越完整的材料呈现出以粘着磨损为主,对于低石墨化度的和纯树脂炭基体的C/C复合材料表现出犁沟、磨粒磨损为主,粘着磨损为辅。

基于表面分析技术和铁谱技术的某重载履带车辆主离合器摩擦副失效机理研究

利用扫描电子显微镜、能量色散谱仪及铁谱仪分析了某重载履带车辆主离合器分离机构中的活动盘弹子槽的磨损失效机理.结果表明:磨损表面存在明显的犁沟痕迹和点蚀坑,而粘着磨损迹象不明显;铁谱分析结果表明润滑脂中的磨粒主要包括典型的粘着磨粒、接触疲劳磨粒和腐蚀磨粒;磨损表面的主要失效机制为磨料磨损、粘着磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损的综合作用;采用联合表面分析技术和铁谱技术研究材料表面磨损失效机理具有一定的优越性.

动力吸振型电动轮动力传动机构分析与设计

根据动力吸振型电动轮的结构要求,采用十字滑块机构作为电动轮动力传动机构。建立了动力传动机构运动学模型,对机构速度特性、中间件的运动规律及工作空间进行了运动学分析。借助ADAMS软件对电动轮进行了仿真,仿真计算结果表明在结构设计中采用PEEK自润滑复合材料来解决十字滑块机构摩擦副磨损问题是可行的,并根据仿真结果对中间件内、外径尺寸及滑槽长度进行了设计计算。对所设计的传动机构的机械效率进行了分析,计算得到其效率不低于98.8%。

SiC与球形石墨颗粒混杂增强铝基复合材料的摩擦磨损性能研究

以6092铝合金为基体,通过粉末冶金法分别制备了球形石墨颗粒(Gr)以及SiC_(p)和Gr混杂增强的铝基复合材料,并采用田口模型结合方差分析,对复合材料与铜合金摩擦副之间的干滑动摩擦磨损行为进行了分析研究.结果表明:随着载荷从10 N增至20 N,3种复合材料的摩擦系数、磨损率均相应增加;随滑动速率从0.5 m/s增至1.0 m/s,15%Gr/6092Al和(5%Gr+20%SiC_(p))/6092Al的摩擦系数先减小后增大;而(5%Gr+10%SiC_(p))/6092Al的摩擦系数呈递减趋势.相同条件下,单一石墨颗粒增强的复合材料的磨损率大于混杂增强的复合材料的磨损率.方差分析的结果表明:增强相百分比单独作用、增强相百分比和滑动速率相互作用以及滑动速率单独作用3个因素对磨损率和摩擦系数产生了显著的影响.随SiC_(p)含量增加,材料硬度增加,SiC_(p)对基体起到支撑保护作用,磨损面上的磨痕变浅,分层剥落现象明显减轻,磨屑变得细小,摩擦系数更为稳定,磨损机制由剥层磨损向磨粒磨损转变.

真空/高低温环境中PI基复合材料的摩擦学特性

以聚酰亚胺(PI)为基体,添加不同功能填料,通过调整组分比例制备了PI基复合材料,作为超声电机用摩擦材料,利用高温摩擦试验机和真空/高低温复合环境测试系统,分别研究了环境温度和真空度对PI基复合材料摩擦学性能的影响规律,揭示了不同环境中材料的摩擦磨损机理。实验结果表明,在常压、30~120℃环境中,PI基复合材料的稳定系数为0.95,变化系数为0.97,其具有稳定的摩擦特性;同时,完整均匀转移膜的形成极大程度地降低了复合材料的磨损率,磨损机制主要表现为磨粒磨损和粘着磨损。在高真空度环境中,环境温度降低会减小界面实际接触面积,摩擦系数相应减小;空气和水蒸气介质稀薄,导致转移膜较难形成,随着环境温度的降低,复合材料的磨损率呈现先减小后增大的趋势,与摩擦副的磨合期延长,磨损机制主要表现为磨粒磨损和疲劳磨损。完整、均匀转移膜的形成可以有效降低接触界面的磨损率并稳定摩擦系数。

芳纶沉析纤维-多巴胺/聚酰亚胺-酚醛树脂复合膜的力学及摩擦磨损性能

以聚酰亚胺(PI)纤维和酚醛树脂(PF)为基体,通过对PI纤维表面进行多巴胺(PDA)修饰,并引入芳纶沉析纤维(AF)作为增强体,采用湿法成型和热压固化技术制备了15wt%AF和7.5wt%PDA的AF-PDA/PI-PF复合膜,重点研究了AF的添加和PDA改性修饰对PI-PF复合膜力学性能和摩擦磨损性能的影响,并探讨了其磨损机制。研究结果表明:当添加AF并对PI纤维进行PDA改性时,AF-PDA/PI-PF复合膜的应力为47.54MPa,抗张指数为56.91N·m·g^-1,层间结合强度为1 265.6J·m^-2,相比PI-PF复合膜分别提高了33.65%、41.67%和64.11%;磨损率为1.01×10^-4 mm^3·J^-1,约降低了34.84%,其磨损机制主要为黏着磨损。这是由于PI纤维与AF可形成"互穿网络"结构,此外,PDA对PI纤维的化学改性处理可增加PI纤维表面活性,AF和PDA对提高PI纤维与树脂间的界面结合力及AF-PDA/PI-PF复合膜的力学性能和摩擦磨损性能起到协同作用。