准三维C/C复合材料的弯曲性能及其破坏机理

以碳纤维针刺毡为预制体,采用CVI法或结合液相法制备了热解碳、树脂碳和沥青碳基质的准三维C/C复合材料,并研究了这些材料的弯曲性能及其断裂机理.研究表明:对于热解碳基质,SL基质碳的弯曲强度明显高于RL和SL RL两种基质碳;弯曲强度随密度增高而增大;致密度越高,基体支撑越强,同时微裂纹和孔隙度越低,弯曲性能越好.     

一种针刺C/C复合材料-40Cr配副的摩擦学性能

采用MMUD-10B型摩擦磨损试验机分别在干摩擦和水润滑两种不同环境下,固定转速为100 r/min,在不同载荷下(70、150和230 N)对摩擦配副C/C-40Cr进行摩擦学性能对比分析及表征。利用奥林巴斯GX51金相显微镜观察试样表面的磨痕、采用JJ324BC型的电子天平表征每次实验的磨损量、使用JSM-6510A型扫描电子显微镜(带有EDS能谱仪)观察磨屑的形貌及各元素的原子比。结果表明:在干摩擦中,试样的摩擦因数较大,在0.046～0.070波动,磨损量较少,且摩擦因数与磨损量随着载荷的增加而增加;在水润滑摩擦情况下,摩擦因数变化范围较小,在0.037～0.052,但磨损量较大。干摩擦和水润滑条件下的摩擦因数和磨损量与载荷的大小呈正相关趋势。此外磨屑中稳定存在碳纤维和片层状的40Cr,磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损共同作用。     

碳/碳材料与石棉/酚醛间热摩擦系数试验

根据固体火箭发动机喉部结构的实际工况,取样并设计试验,采用SRV高温摩擦磨损试验机测试了碳/碳与模压石棉/酚醛材料间的热摩擦系数,总结了这两类材料间的摩擦系数随温度、接触载荷及摩擦速度的变化规律。试验结果表明,碳/碳与模压石棉/酚醛材料间的热摩擦系数随温度升高呈非线性单调下降趋势;含胶层的两材料组件间摩擦系数明显高于无胶层组件间摩擦系数;温度一定条件下,载荷增加使得摩擦系数小幅降低;随着摩擦速度的提高,摩擦系数呈增大趋势。     

C/C复合材料的纳米压痕实验及其性能分析

采用纳米压痕技术研究了不同石墨化温度和混合基体碳的C/C复合材料的性能。结果表明：石墨化温度为2 500 ℃的C/C复合材料的模量比石墨化温度为2 300 ℃的纳米压痕模量降低了10%;纳米压痕法测得热解碳、树脂碳和沥青碳混合基体的C/C复合材料中的树脂碳模量最高,热解碳的次之,沥青碳的最低;通过对纳米压痕载荷位移曲线进行非线性拟合,经过有限元计算最终得到C/C复合材料微观组元的表面断裂韧度为0.492 MPa?m^1/2。     

热解炭的表征

通过对不同结构热解炭的显微结构、显微图像分析,消光角的测试,将热解炭的微观结构分为粗糙层结构RL、光滑层结构SL、再生层状结构ReL和各向同性结构ISO.其中RL消光角最大在16-21之间;SL的消光角居中;ReL经常与SL相伴,也存在生长锥,但较之RL的柱状生长锥,ReL的生长锥不仅宽短,而且在整个生长面上可以连续再生,而RL中的柱状生长锥是贯穿整个生长面、不可再生的;ISO不具有光学活性,其消光角为零.     

C/ C 复合材料CVD 过程中气相反应分析

以整体毡为预制体,丙烷为碳源,以沉积温度和气体滞留时间为考察变量,采用CVD 法制备了 C/ C 复合材料,并用偏光显微镜分析了热解碳结构,用气相色谱仪分析了尾气成分,并采用商用COMSOL 软件 分析了1 250 K 以上成碳过程的中间气相产物和气相反应路径。结果表明:试样上下表面热解碳均为光滑层 结构,高温下主要中间产物有H2、C2H2、C2H4、CH4,其中大分子结构、H2、C2H2 浓度,随着温度的升高而增大, C2H4 浓度随着温度的升高迅速减小,CH4 浓度略有减小;具有较低C—H 结合能而容易形成稳定的自由基的 大分子浓度随滞留时间延长而先增加后下降,具有高不饱和结构的大分子随滞留时间的延长浓度变化不大;热 解碳形成的复杂过程中C2H4 具有重要的作用。     

厚壁C/ C 复合材料分区CVI 制备工艺研究

以整体毡为增强体,丙烯和糠酮树脂为前驱体,采用分区CVI法和树脂浸渍/固化、炭化相结合的工艺制备了厚壁C/C复合材料,用CT机和偏光显微镜观察了材料的微观结构,并进行了热力学性能测试,结果与热梯度CVI法进行了对比.研究结果表明:分区CVI法制备的热解碳为光滑层结构,整体密度均匀,与热梯度CVI工艺相比,总CVI增密效率提高了近一半,特别是沉积后期,表现出明显的优势.同时,轴向压缩强度提高了28.5％;径向压缩强度提高了33.6％.线胀系数相当.通过研究认为,分区CVI法能很好的提高材料的增密效率和增密均匀性,降低成本,且材料最终具有优异的热力学性能.     

不同基体碳对单向C/C复合材料导热性能的影响

研究了不同基体碳结构对C/C复合材料导热性能的影响.结果表明:树脂碳与光滑层热解碳相比,树脂碳与碳纤维C2结合紧密,热处理过程中应力石墨化明显,而光滑层热解碳与碳纤维C2结合疏松,存在明显的界面裂纹,热处理过程中应力石墨化不明显.随着热处理温度的升高,树脂碳基体更有利于材料的热传导.     

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。     

纳米SiC微粒对钢/铝合金摩擦副摩擦学特性研究

用钢/铝合金摩擦副在M-200环块试验机上进行摩擦磨损试验,研究纳米SiC微粒作为润滑油添加剂对润滑油润滑性的影响。用扫描电子显微镜观察摩擦块的磨损表面形貌,结果表明:高载荷条件下(大于700N),纳米SiC微粒的添加显著降低了钢/铝合金摩擦副的磨损量和摩擦系数;纳米微粒添加量为0.3wt%,润滑油的润滑性最好。     

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。     

等温化学气相渗透法制备C/C-SiC复合材料的摩擦磨损性能

以碳纤维体积分数为30%的2.5维针刺碳毡为预制体,通过等温化学气相渗透法(Isothermal Chemical Vapor Infiltration,ICVI),制备4种C/C-SiC复合材料,基体中Si C含量由56%降至15%,其密度相近(1.87~1.91 g/cm~3)。利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对上述材料的显微结构和物相组成进行观察和分析,并在MM-1000型摩擦磨损试验机上研究复合材料的摩擦磨损性能。结果表明:随着基体Si C含量的降低,C/C-SiC复合材料的平均宏观硬度由98.2HRA降至65.1HRA,硬度分布的均匀性也明显下降;制动过程的平均摩擦系数和质量磨损率均显著增加;通过对摩擦表面形貌和磨屑微观形貌的分析,表明制动过程中的磨损机制受材料表面宏观硬度的影响显著;随着复合材料表面硬度的降低,磨损机制由磨粒磨损为主向磨粒磨损和黏结磨损联合转变,从而使摩擦系数和磨损量显著提高。     

C/C素坯密度对GSIC/C-SiC复合材料摩擦磨损性能的影响

采用气相渗硅工艺(GSI)制备C/C-Si C复合材料,研究了C/C素坯密度对GSI C/C-Si C复合材料物相组成与摩擦磨损性能的影响,分析了C/C-Si C复合材料的制动过程,并归纳了其摩擦磨损机理。结果表明,随着C/C素坯密度的增大,GSI C/C-Si C复合材料的密度呈递减趋势,且C含量和开气孔率逐渐增加,而Si C含量和残余Si含量逐渐减少;自对偶条件下,复合材料的平均摩擦系数、磨损率均呈现先增大后减小的趋势,当C/C素坯密度为1.25g/cm3时有最大值,而制动稳定系数则不断增大。GSI C/C-Si C复合材料的制动过程是犁沟效应和粘着效应共同作用的结果,制动初始阶段和刹停阶段以犁沟效应为主,中间阶段以粘着效应为主。     

Tribological evaluation of surface modified H13 tool steel in warm forming of Ti–6Al–4V titanium alloy sheet

The H13 hot-working tool steel is widely used as die material in the warm forming of Ti–6Al–4V titanium alloy sheet. However, under the heating condition, severe friction and lubricating conditions between the H13 tools and Ti–6Al–4V titanium alloy sheet would cause difficulty in guaranteeing forming quality. Surface modification may be used to control the level of friction force, reduce the friction wear and extend the service life of dies. In this paper, four surface modification methods(chromium plating, TiAlN coating, surface polishing and nitriding treatment)were applied to the H13 surfaces. Taking the coefficient of friction(CoF) and the wear degree as evaluation indicators, the high-temperature tribological behavior of the surface modified H13 steel was experimentally investigated under different tribological conditions. The results of this study indicate that the tribological properties of the TiAlN coating under dry friction condition are better than the others for a wide range of temperature(from room temperature to 500 C), while there is little difference of tribological properties between different surface modifications under graphite lubricated condition, and the variation law of CoF with temperature under graphite lubricated is opposite to that under the dry friction.     

GT35硬质合金材料高温摩擦磨损特性研究

利用球-盘高温摩擦磨损试验机对GT35硬质合金进行摩擦磨损实验,研究了GT35硬质合金材料的摩擦磨损特性及机理。分析了不同温度和不同摩擦半径情况下GT35硬质合金的摩擦磨损行为。结果表明:在法向载荷不变的条件下,GT35硬质合金的摩擦系数和比磨损率均随温度的上升而增大,其摩擦系数和比磨损率随摩擦半径的增加也呈上升的变化趋势。     

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.      

C/ C-PAA 与C/ C-FA 弯曲性能对比

通过PIP工艺制备了C/C-PAA、C/C-FA复合材料,对PAA、FA裂解碳的XRD、浸渍效果以及C/C-PAA和C/C-FA的弯曲强度进行了分析.结果表明:PAA裂解碳的炭质量、浸渍效果较好,C/C-PAA弯曲强度比C/C-FA弯曲强度高34.9％,弯曲模量对比不明显.     

Influences of preload on the friction and wear properties of high-speed instrument angular contact ball bearings

For starved-oil or solid lubrication of high-speed instrument angular contact ball bearings, friction heating and wear are the main reasons of bearing failures. This paper presents a dynamic wear simulation model to investigate the impacts of different preload methods and the changes of preload caused by wear on bearing wear life. The integral value QV of stress and sliding velocity in the contact ellipses between a ball and the inner and outer races determines friction heating and wear. The changes of QV with the friction coefficient and the wear volume under constant-force preload and fixed-position preload are analyzed. Results show that under the same initial preload, the QV decreases with an increase of the friction coefficient for both preload methods, and the latter is slightly larger. The wear of the ball and the race is equivalent to the ball diameter reduction. The QV of constant-force preload is almost not changed with a decrease of the ball diameter, but for fixed-position preload, the value decreases firstly and then increases substantially due to insufficient preload, and slipping occurs, the ball diameter is reduced by 0.025%, while the preload is reduced by 60.33%. An estimation of the bearing wear life under different preload methods requires a consideration of the changes in the wear rate of bearing parts.