碳／碳化硅复合材料摩擦磨损性能分析

采用化学气相渗透法制备了碳纤维增强碳化硅(C/C SiC)陶瓷基复合材料,得到不同密度和组分含量的C/C SiC刹车盘试样。对C/C SiC复合材料进行了摩擦磨损性能测试,平均摩擦系数达到 0 23,摩擦稳定性达到0 43,线性磨损率为 9 3μm/次·面,质量磨损率为 2 6mg/次·面。当C/C SiC复合材料的密度增大 (1 6g·cm-3→2 2g·cm-3 ),碳含量增大(35%→55% ),摩擦系数和稳定性提高(约 70% ),且摩擦系数随制动次数增加的波动幅度减小;SiC含量升高则反之。C/C SiC复合材料经过多次刹停测试,摩擦系数对制动次数不敏感,表现出良好的摩擦稳定性。经过连续刹车试验,摩擦系数不随表面的起始和最终温度升高而衰退,材料尚无热衰竭趋势。对C/C SiC刹车盘试样的磨损表面形貌及缺陷进行了观察,发现表面磨损质量在航标允许范围内。     

耐高温聚合物复合材料的摩擦与磨损

介绍复合材料结构与组成对其摩擦、磨损特性方面研究的最新成果，具体讨论不同聚合物基体，尤其是耐高温聚合物，不同的增强材料及附加的内润滑剂对复合材料摩擦系数及磨损率的影响，并探讨其摩擦、磨损机理．     

无压浸渗SiCp/Al复合材料干摩擦磨损性能研究

采用无压浸渗法制备了不同SiC颗粒体积分数以及不同SiC颗粒粒度的Al基复合材料.以硬质合金(80%WC 20%Co)为对摩试样进行了干摩擦试验,研究了颗粒体积分数(15%,25%,35%,45%,55%)、颗粒粒度(110μm,63μm,45μm)以及载荷(196N,392N)对SiCp/Al复合材料干摩擦磨损性能的影响.采用SEM和EDS分析了铝合金基体、复合材料的磨损表面及磨损机理.研究结果表明,颗粒体积分数在15%～35%之间时,复合材料的耐磨性明显优于铝合金基体.载荷为196N时,铝合金的磨损率是15%,25%,35%SiCp(110μm)/Al复合材料的2.16,2.76,2.07倍.SiCp/Al复合材料的磨损率随着颗粒粒度的增加、载荷的减小而降低.SiC颗粒的体积分数对铝基复合材料的磨损率和磨损机制有显著影响:SiC颗粒体积分数存在一个最佳值(25%),此时复合材料的磨损率最小,耐磨性能最好.当体积分数小于25%时,复合材料磨损率随着体积分数的增加而下降,磨损机制以磨粒磨损为主,而当体积分数大于25%时,复合材料磨损率随着体积分数的增加而上升,磨损机制以表层剥落磨损为主,同时伴有磨粒磨损.     

碳纤维增强PEEK／PES—C混杂基体复合材料的摩擦磨损特性研究

本文研究了碳纤维增强PEEK/PES-C混杂基复合材料的摩擦磨损特性。结果表明该复合材料的基体具有正的混杂效应;材料的摩擦磨损性能可反映出基体与纤维的粘结特性。同时,复合材料的摩擦系数μ及磨损率W随纤维含量的增加出现最低值,并强烈地依赖于外加载荷。文中对复合材料的上述特性作了分析。     

炭/炭复合材料与轴承用铜合金摩擦磨损行为的对比研究

采用摩擦试验机(UMT-200)和表面形貌仪(Talysurf CCI 2000)表征了炭/炭复合材料,铜合金和带有MoS2涂层的铜合金的摩擦磨损行为。结果表明:在相同条件下,铜合金的摩擦系数保持在0.65左右,而带有MoS2涂层的铜合金的摩擦系数为0.25～0.3,线性磨损率为铜合金的1/3,但随着试验时间的增加,MoS2涂层被破坏,其摩擦系数会增加至0.35左右。炭/炭复合材料的摩擦系数一直保持在0.12～0.13,线性磨损率为铜合金的1/6,且表现出良好的耐磨自润滑特性。     

石墨密封材料高温摩擦磨损行为及预测

利用HT-1000型高温摩擦磨损试验机研究了石墨M210密封材料高温下摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜（SEM）观察分析了磨损表面形貌.基于试验数据,通过灰色理论GM（1,1）建立了摩擦因数和磨损率预测模型.结果表明:石墨M210密封材料摩擦因数呈先增大再减小,而后趋于一稳定值,试验温度为450℃时,摩擦因数最小;磨损率随着试验温度升高而增大.试验温度在低于300℃,磨损表面具有明显的黏着、撕裂和无序的塑流动痕迹,高于400℃时,塑流动痕迹具有明显的方向性,出现了剥落和断裂痕迹.温度较低时,石墨材料表面主要是水汽物理吸附膜起润滑作用,随着试验温度升高,由物理吸附膜润滑逐渐转向反应膜润滑.基于试验数据建立了精度等级均为1级的摩擦因数和磨损率的预测模型.      

石墨粉对针刺毡C／SiC刹车材料摩擦磨损性能的影响

以石墨粉为填料,采用单向加压浸渍-热解制备了多孔C/C复合材料,然后利用反应熔体浸渗法制备低成本针刺毡C/Sic刹车材料,研究了材料的微结构变化及石墨粉对摩擦磨损性能的影响,结果表明:在C/Sic刹车材料中,大量石墨粉分布在纤维束间和胎网层;材料的摩擦系数高且稳定,在10m/s刹车时摩擦系数和稳定系数分别达到最大值为0.60,0.78;添加石墨粉后,材料的摩擦曲线平稳,磨损率及摩擦面温度显著降低.在高速刹车过程中,极易在摩擦面形成一层均匀稳定的摩擦膜,减缓摩擦面直接接触,有利于改善材料的摩擦磨损性能.     

航空金属氟塑料衬套摩擦磨损性能实验研究

通过实验对航空金属氟塑料衬套的摩擦磨损性能进行研究,分析了不同工况条件对衬套摩擦磨损性能的影响,得到了衬套摩擦磨损性能对不同工况的敏感程度。通过对10万次摆动磨损实验过程中摩擦副温度、摩擦系数变化的分析,得到了衬套在摆动摩擦中的摩擦学行为,为相关产品的研制和改进提供了一定的借鉴。     

三维针刺碳／碳化硅陶瓷基复合材料及其摩擦磨损性能

采用三维针刺的碳纤维预制体,通过化学气相渗透方法制备具有一定密度的C/C复合材料,然后采用反应熔体浸渗方法进行后续致密化处理,得到高致密度的C/SiC复合材料,系统研究了材料的组织结构特征、刹车性能以及摩擦磨损机理.在纤维束内部每根C纤维单丝之间由化学气相渗透的碳充填形成致密的C/C区域,而在纤维束之间则主要由反应熔体浸渗法生成的SiC、残留Si和C组成.C/SiC复合材料具有非常优异的摩擦磨损性能,摩擦系数变化规律呈典型的马鞍状.平均摩擦系数为0.34,摩擦性能稳定,磨损率低(1.9 μm/次·面);摩擦性能几乎不受湿度的影响,湿态衰减仅为2.9%.在摩擦磨损过程中,C/SiC复合材料的表面能够形成连续稳定的摩擦面,磨损表现为典型的磨粒磨损.     

银基复合材料电刷的摩擦磨损特性

基于Archard模型建立了电刷与导电环之间摩擦过程的磨损模型。搭建了导电环摩擦磨损试验台,对银基复合材料电刷的电接触摩擦磨损性能进行了实验验证。结果表明,大的接触压力会使表面微凸体更容易发生塑性变形而形成磨屑;载流会在电刷材料表面形成波纹状磨痕并产生粉末状的磨屑;磨损率在磨损初期会由于接触面积较小和表面加工硬化的作用出现先升后降的变化规律;对磨损率模型进行修正,使该磨损率模型对银基复合材料电刷磨损率的预测较为准确,为进一步研发银基复合材料电刷提供了理论指导和实验依据。     

干滑动摩擦下SiC/Al复合材料摩擦磨损性能

采用摩擦磨损试验机研究不同滑动距离下的SiC颗粒增强铝基复合材料( SiC体积含量为9%)的摩擦磨损性能。在载荷45 N(5 MPa)、转速200 r/min、转动距离分别为5000 r、10000 r以及20000 r条件下,进行连续干滑动摩擦实验。结果表明：在长程连续干滑动下,其摩擦系数变化可分为磨合区、缓慢上升区、加速上升区3个阶段;随着摩擦距离的增加,基体表面的温度急剧升高,进而发生黏着磨损,产生塑性流变区,多种摩擦方式并存使得该条件下摩擦系数与磨损量均增加。     

含稀土TiCx增强钛基激光熔覆层组织与耐磨性

采用同轴送粉激光熔覆技术在Ti6Al4V合金表面成功制备了含稀土CeO₂的碳化钛增强钛基激光熔覆层。运用渗透探伤、光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析仪、电子探针、显微硬度计、摩擦磨损试验机等分析和测试方法研究了碳化钛增强钛基激光熔覆层的成形质量、微观组织、元素分布、硬度和摩擦磨损性能。结果表明,涂层内无裂纹缺陷,仅在层间过渡区分布有少量气孔（孔隙率为1.65%）。涂层中物相主要包括富Ti、Cr元素的β固溶体（CrTi₄）、缺位型碳化钛（TiC_x）和稀土氧化物（CeO₂）。熔覆层各微区的碳化钛形貌存在显著差异,熔覆层顶部和中部区域呈发达树枝晶状和针状,而结合区由针状和小尺寸不发达枝晶组成。碳化钛枝晶中碳元素分布不均匀,一次枝晶含碳量高于二次枝晶。基体相中Ni和Cr元素呈现明显偏析,而Al和V元素分布相对均匀。此外,稀土氧化物CeO₂主要分布于TiC_x与CrTi₄相界以及CrTi₄晶粒边界处。与基材相比,尽管TiC_x增强钛基复合涂层具有较高的摩擦系数,但其耐磨性显著增加（提高近52%）。熔覆层和基材磨损机制均为黏着磨损和磨粒磨损的复合磨损模式,但熔覆层的磨损程度较轻。     

碳纤维增强树脂基摩擦材料摩擦磨损性能

为提高树脂基摩擦材料摩擦因数稳定性,改善其抗热衰退性能。以碳纤维作为增强纤维,采用热压成型工艺制备碳纤维增强树脂基摩擦材料;用XD-MSM型定速摩擦试验机测定摩擦磨损性能,研究了不同含量碳纤维增强对树脂基摩擦材料摩擦磨损性能的影响;利用VK-X200三维激光扫描显微镜观察了摩擦材料磨损后表面的微观形貌并探讨其磨损机理。结果表明,碳纤维增强树脂基摩擦材料的硬度、压缩强度和剪切强度均得到提高,并随碳纤维含量的增加而逐渐增大;碳纤维增强作用提高了树脂基摩擦材料的耐磨性和摩擦因数的稳定性,改变了树脂基摩擦材料的摩擦磨损形式;碳纤维含量为4wt%的增强树脂基摩擦材料摩擦因数稳定性较高,抗热衰退性能较好,磨损机制主要为疲劳磨损。     

4116航天润滑油摩擦特性的影响因素

采用球盘试验机测定了4116航天润滑油在不同工况下的摩擦因数,尤其成功实现了高低温环境下的测试.应用正交试验设计方法,研究了滚动速度、滑动速度、最大工作压力和入口油温4个因素对润滑油摩擦特性的影响,并绘出各因素对摩擦因数的影响曲线.研究结果表明:滑动速度和滚动速度对摩擦因数有显著影响,入口油温和最大工作压力对摩擦因数影响不显著.摩擦因数随着滑动速度的增加而增加,但是增加的幅度随滑动速度的增加而逐渐减小;随着滚动速度的增加,摩擦因数迅速减小,当滚速高于20m/s时趋于稳定;入口油温低于0℃时,其对摩擦因数有较大影响;随最大工作压力的增加摩擦因数缓慢增加.      

基体碳结构对轴间密封环用C/C复合材料摩擦磨损特性的影响

 在m²000型摩擦实验机上,在不同载荷作用下,对4种具有不同偏光结构的C/C复合材料与40Cr钢配副进行环—块滑动摩擦实验。结果表明:相同载荷下,具有粗糙层（RL）基体碳结构试样的摩擦系数都最高,且随载荷的增加在0.151～0.165之间波动。而光滑层（SL）碳结构的试样的摩擦系数最低,随载荷增加在0.105～0.117之间缓慢降低。随时间延长,RL结构的试样在高载荷下摩擦系数下降,SL结构的试样摩擦系数除60N外略有上升,树脂碳增密的试样摩擦系数均下降,而树脂碳+SL碳的试样仅80N、150N的基本保持不变。RL结构的试样体积磨损量最大,最大值为150N时的1 61mm³,而SL+树脂碳结构的试样体积磨损量最小,在0.391～0.420mm³之间。SEM观察表明:随载荷增加,RL结构的试样摩擦表面形貌仍很完整、光滑,而浸渍增密的试样纤维拔出现象加剧,SL+树脂碳结构的试样摩擦表面逐渐完整。     

连铸连轧镁合金AZ41微观结构与摩擦磨损性能

为研究铸轧镁合金AZ41板材的摩擦磨损性能,通过连铸连轧制备出镁合金AZ41板材,并观察其铸轧态和热处理态的微观组织结构特点。研究了滑动干摩擦条件下滑动速度和载荷对AZ41镁合金板材摩擦磨损性能的影响,采用扫描电镜观察磨损表面形貌,探讨了其磨损机制,并利用有限元方法模拟了其磨损时的应力分布。结果表明：制备的镁合金AZ41在（1012）上出现了大量压缩孪晶,经热处理后晶粒变为等轴晶;摩擦系数随着转速的增加而升高,在一定范围内随载荷的增加而降低;磨损量随着载荷和转速的增加而增加,低载时磨损机制为磨粒磨损,伴有氧化磨损的发生,高载时其磨损以粘着磨损为主。     

镁合金AZ91表面弧辉等离子沉积TiN/CrN薄膜的摩擦行为研究

镁合金具有高的比强度、低的弹性模量、减震等优点,在航空航天领域具有很大的应用前景.但是低劣的耐磨性导致镁合金限制于制造静载零件.为改进其耐磨性,采用弧辉等离子沉积的新工艺在镁合金AZ91表面涂覆TiN/CrN多层薄膜.薄膜由12层TiN和CrN交替沉积而成,总厚度为2 μm.用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和辉光放电光谱(GDS)分析涂层的成分和微观结构.采用球盘磨损试验测试摩擦系数,并计算出比磨损率.结果表明,与未处理试样相比摩擦系数增大,但磨损率急剧下降.薄膜的表面硬度超过HK0.011433.     

GH4169合金反挤压成形模具磨损

基于修正 Archard 磨损模型,采用数值模拟方法系统分析了 GH4169合金反挤压成形过程中各挤压工艺参数对模具磨损的影响规律。结果表明：在选取的参数范围内,挤压凸模最易产生磨损失效的区域为凸模圆角处,模具最大磨损深度随凸模圆角半径及坯料预热温度的增大而降低,随摩擦系数的增大而增大;当挤压速率小于100 mm ／s时,模具最大磨损深度随挤压速率的增大而减小,当挤压速率大于100mm ／s 时,模具最大磨损深度随挤压速率的增大先增大后减小。最佳工艺参数坯料预热温度1020℃,摩擦系数0．05,变形速率100mm ／s,模具预热温度300℃时模具磨损量最小,为9．28×10－3 mm。