基于离散元研究石墨对铜基石墨复合材料摩擦磨损性能的影响

文章利用离散元二维颗粒流程序(PFC2D)建立铜基石墨复合材料和45#钢摩擦副数值模型,基于环-块滑动接触方式,研究摩擦过程中摩擦界面动态变化规律及石墨粒径和体积分数对复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：复合材料和45#钢摩擦过程中,在摩擦表面逐渐形成石墨润滑层,使得摩擦副的接触由金属与金属接触逐渐转变为石墨与金属接触;随着时步数增加,材料摩擦系数整体下降并达到稳定;石墨粒径增加,摩擦系数增大,磨损量先减少后增多,石墨粒径为18μm时,磨损量最少为1.65×10^-8 m³;石墨体积分数增多,材料摩擦系数降低,磨损量先减少后增多,石墨体积分数为12%时,磨损量最少为1.61×10^-8 m³。     

C/SiC复合材料摩擦性能及储油性能分析

复合材料因性能独特而备受关注,但其自身结构复杂且受到诸多因素的影响,因而对其摩擦学性能的研究仍有待进一步加强。为了对比不同摩擦配副对C/SiC复合材料摩擦性能及储油性能的影响,以C/SiC复合材料为研究对象,运用销盘摩擦学试验方法,研究了C/SiC复合材料与45#钢以及C/SiC复合材料与ZrO₂材料摩擦配副的摩擦学性能,采用三维形貌仪等仪器对C/SiC复合材料摩擦后的表面进行表征分析,研究其摩擦后的表面质量及其储油性能。结果表明,C/SiC复合材料与45#钢磨损剧烈,摩擦后表面储油性能严重下降;其与ZrO₂对磨则摩擦系数较低,磨损量较小,摩擦后的表面仍保持了较好的承载性能及储油性能,是一种良好的摩擦配副。研究结果为拓展C/SiC复合材料的应用及揭示其摩擦学特性提供了有力支撑。     

镍/聚四氟乙烯复合材料摩擦诱导磁化的研究

文章利用多功能环境可控摩擦磨损试验机,研究了具有不同镍含量的聚四氟乙烯(PTFE)基复合材料和45号钢干摩擦时的摩擦诱导磁化以及摩擦学性能,考查了镍含量对摩擦诱导磁化和摩擦学性能的影响。研究结果表明:含有镍颗粒的PTFE基复合材料在摩擦过程中能够产生摩擦诱导磁化现象,且摩擦诱导磁化的磁感应强度与镍含量有关;随着镍含量的增加,Ni/PTFE复合材料摩擦诱导磁感应强度逐渐增大,摩擦系数几乎不变,磨损量先逐步减小后迅速增大;摩擦诱导磁化作用在一定程度上对促进转移膜的生成有利,从而有利于改善摩擦学性能。     

润滑组元对铁基摩擦材料摩擦性能的影响

研究了润滑组元MoS_2、石墨、BN、PbO等对铁基摩擦材料摩擦性能的影响,也研究了摩擦系数与速度、压力、温度;磨损量与压力的关系以及摩擦系数的稳定性。并用润滑组元的结构特性解释了实验结果。     

减振材料的摩擦磨损特性及影响因素

对部分新的和常用的货车摩擦减振器材料进行了比较系统的摩擦磨损试验,分析了7组不同配副材料的摩擦磨损性能及其影响因素.结果表明,T10与针状铸铁、高分子复合材料及少合金ADI球铁/ADI球铁配副的摩擦系数均小于45钢与ADI球铁配副;试验的所有摩擦副的重量磨损量均比传统的45钢与ADI摩擦副的磨损量小,T10与高分子复合材料配对的摩擦副磨损量最小;影响摩擦副摩擦磨损特性的主要因素有摩擦速率、摩擦表面的状况、材料的导热和蓄热能力及摩擦副材料的相溶性等.     

铜-石墨复合材料性能与石墨形状和粒径的相关性研究

以电解铜粉、鳞片状石墨粉及不同粒径的近球形石墨粉为原料,通过真空热压烧结工艺制备得到铜-石墨复合材料,并研究石墨形状、粒径对其显微组织、密度、致密度、电导率、硬度及抗压强度等性能的影响;在销盘式摩擦磨损试验机上考察其摩擦磨损性能,通过分析样品磨损表面的形貌,研究石墨形状和粒径对复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：相比鳞片状石墨粉,采用相同粒径的近球形石墨粉有利于提高复合材料的致密度,获得更优异的力学性能,其抗压强度可以提高近65 MPa;随着近球形石墨粒径从19 μm减小到4 μm,复合材料的致密度、电导率、硬度、抗压强度和摩擦因数均逐渐降低,同时磨损量逐渐增大,其中,复合材料的电导率从28.6 %IACS降低至20.6 %IACS,抗压强度也降低约30 MPa。     

石墨在半金属摩擦材料中的作用及其对摩擦性能的影响

研究了石墨在半金属摩擦材料中的粘着和润滑作用和不同含量人造石墨对摩擦性能包括摩擦系数,摩擦稳定性（摩擦系数随温度变化的稳定性）和体积磨损率的影响并与天然石墨进行了比较。由于石墨的粘着特征,石墨可以在一定摩擦温度范围内提高摩擦系数。作为润滑剂,石墨可以通过减弱摩擦材料和摩擦盘表面的粗糙峰之间的直接摩擦而有效降低磨损率。应用模糊综合评价原理,提出并验证了一个定量描述摩擦稳定性的新方法     

石墨粒径大小对铜基石墨复合材料摩擦学性能的影响

文章采用雾化纯铜粉作为基体,粒径为2、30、60、90μm的片状石墨粉作为固体润滑相,通过粉末冶金法制备了铜基石墨复合材料。研究了石墨粒径大小对材料的力学性能、组织以及摩擦学性能的影响,探讨了石墨粒径大小与摩擦表面石墨覆盖程度的关系。结果表明:随石墨粒径增大,材料的力学性能存在一个最佳值,即当石墨粒径为30μm时,密度达到最大值7.51 g/cm~3,硬度为53 HV。摩擦试验结果显示,石墨粒径为30μm时,磨损量最小。通过成分面扫描分析接触面石墨覆盖情况,研究了石墨在摩擦表面的成膜分布情况,结果发现随着石墨粒径的变大,石墨成膜覆盖率变小。     

碳纤维增强树脂基复合材料在低温条件下的微动摩擦磨损性能

在FTM200型摩擦磨损试验机上,以PH13-8Mo不锈钢为配副件,采用正交试验方法在低温-45,-20℃以及室温条件下探讨了法向载荷、微动频率和微动振幅及试验时间对碳纤维增强环氧树脂基复合材料微动摩擦磨损性能的影响.结果表明,法向载荷、微动频率和振幅、试验时间以及温度对摩擦系数的影响均非常显著.在-45℃时,复合材料的摩擦系数均高于室温时的摩擦系数.法向载荷和温度对复合材料磨损量的影响显著.在相同的温度下,复合材料磨损量随法向载荷的增大而增加;在相同的法向载荷下,-45℃时,复合材料的磨损量较室温时的大,其磨损区域萌生出较多的微动裂纹,疲劳剥落现象较明显,其微动磨损机制以疲劳磨损为主;而在室温下,其磨损表面主要为表面树脂的刮痕以及少量的微动裂纹,其微动磨损机制为磨粒磨损.     

不同刹车压力下C/C复合材料的摩擦磨损性能

研究了粗糙层和光滑层2种不同热解炭与树脂炭混合基体炭/炭复合材料在不同制动压力下的摩擦磨损性能,且对摩擦表面与磨屑进行了SEM观察和分析,并采用X射线衍射与激光喇曼光谱测定了在不同刹车压力下摩擦表面的石墨化度.研究结果表明:C/C复合材料的摩擦因数由摩擦表面所形成的摩擦膜所决定,随着刹车压力的增大,摩擦膜更完整平滑,摩擦因数呈降低趋势,磨损则随刹车压力的增大而呈增大趋势;粗糙层结构C/C复合材料即使在高制动压力下,仍能具有较高的摩擦因数,显示出优良的高压摩擦性能;高压下摩擦表面会发生应力石墨化作用,这是高压下摩擦因数下降的原因之一.     

微造型面积占有率对滑动轴承摩擦性能的影响

利用激光打标系统配合标准旋转工作台在滑动轴承轴颈圆周表面制备了微造型,研究了表面微造型面积占有率对滑动轴承摩擦磨损性能的影响,并探讨IS025178表面形貌三维表征参数与摩擦系数之间的相关性。结果表明:随着表面微造型面积占有率的增大,摩擦副接触表面的摩擦系数、温升及磨损量均先减小后增大,在表面微造型面积占有率为10%时均为最小值。随表面偏态和表面峰态增加,不同表面微造型面积占有率摩擦副接触表面的摩擦系数分别逐渐增大和减小;随表面谷处平均空体体积和表面中心处平均空体体积增加,不同表面微造型面积占有率摩擦副接触表面的摩擦系数先减小后增大。     

3D打印UV与ABS材料仿生表面摩擦学性能

对在干摩擦条件下仿生表面对摩擦副的作用机理与影响规律进行了研究.实验以光敏树脂(UV)和丙烯腈-苯乙烯-丁二烯(ABS)2种高分子材料为样品,利用3D打印技术分别加工出具有仿生表面与光滑表面的试样.干摩擦条件下,在摩擦磨损试验机上进行球-面摩擦磨损实验,测量UV与ABS的摩擦系数与磨损量,并用激光共聚焦显微镜与体视荧光显微镜观察磨损表面.研究结果表明:载荷与转速的改变会引起摩擦系数与磨损量的变化.UV仿生表面在3 N载荷与200 r/min转速、5 N载荷与200 r/min转速和3 N载荷与400 r/min转速工况下平均摩擦系数分别为0.534、0.598和0.642;在5 N载荷下相较3 N磨损量提高了40.0%,在400 r/min转速下相较200 r/min磨损量提高了185.5%.ABS仿生表面在3 N载荷与200 r/min转速、5 N载荷与200 r/min转速和3 N载荷与400 r/min转速工况下平均摩擦系数分别为0.336、0.346和0.378;在5 N载荷下相较3 N磨损量提高了2.69%,在400 r/min转速下相较200 r/min磨损量提高了12.5%.UV样品为粘着磨损,而ABS样品黏着磨损为主,伴随有磨粒磨损.     

激光微造型尺寸对滑动轴承表面摩擦特性的影响

为了研究表面微造型对滑动轴承摩擦特性的影响,设计和制造了4组表面微造型尺寸不同的滑动轴承轴颈表面形貌。使用三维光学轮廓仪对微造型试件表面形貌进行扫描及测量,采用ISO25178定义的表面形貌参数对轴颈表面形貌进行表征。采用改造的摩擦试验机进行摩擦磨损试验,研究了表面形貌参数与摩擦系数之间的关系。结果表明:摩擦系数、摩擦副磨损量均随着表面微造型尺寸的增大先减小后增大,在微造型尺寸为160μm时最小。摩擦系数随着表面偏态增大而增大,随着表面谷处平均空体体积增大先减小后增大,随着封闭山峰体积的增大先增大后减小。     

C/C复合材料及高强石墨的滑动摩擦磨损行为

在M 2000环 块摩擦试验机上测试了C/C复合材料及当前拟用作航空发动机主轴密封环材料的高强石墨的摩擦磨损行为.对材料试样在荷载为60,80,100,120和150N时的摩擦磨损行为进行研究,得出:高强石墨材料试样摩擦因数为0.22～0.24,而C/C复合材料试样摩擦因数仅为0.08～0.12.在80N时,2号试样体积磨损量达10.09×10-4cm3/次,而3号试样体积磨损量仅为1.36×10-4cm3/次;C/C复合材料与高强石墨材料相比摩擦因数低且稳定,磨损量小.这表明C/C复合材料比高强石墨材料更适合用作航空发动机主轴密封环.     

BN表面镀镍对Ni-Cr/BN减摩密封材料烧结性能的影响

为改善减摩密封材料Ni-Cr/BN的烧结性能,在碱性条件下以硫酸镍为主盐、水合联氨为还原剂,采用化学镀方法在BN粉表面生成镀镍层;采用粉末冶金方法制备Ni-Cr/BN复合材料,并研究BN粉表面镀镍对Ni-Cr/BN烧结性能的影响。研究结果表明:在1000℃烧结时,BN粉表面镀上连续均匀的镀镍层能显著提高BN粉与Ni-Cr合金基体的润湿性,使Ni-Cr/BN减摩材料的抗拉强度由9.16MPa提高到27.88MPa,抗弯强度由21.40MPa提高到49.12MPa;但当烧结温度达到1100℃时,BN粉表面的镀镍层发生球化并脱落,镀镍层对Ni-Cr/BN减摩密封材料烧结性能的改善效果降低。     

树脂基复合材料中石墨与MoS2的减摩作用机理

针对我国传统铁路滑床板在应用过程中存在的浪费和污染问题，研制了环氧树脂基减摩复合材料涂层以替代润滑油层，改善滑床板的性能．在M200环块磨损试验机上考察了复合材料中减摩相对复合材料一钢摩擦学特性的影响，对磨损后的钢试样表面进行了X光电子能谱分析与扫描电镜观察，对石墨与MoS2的减摩作用机理进行了探讨．结果表明：复合材料中添加石墨可有效降低摩擦副的摩擦系数，大幅度提高复合材料的耐磨性；MoS2在摩擦过程中发生氧化转变为MoO3，失去了层状结构，因而不能降低摩擦系数，但同时MoS2抑制了树脂向钢试样表面的转移，可有效提高复合材料的耐磨性．     

碳纤维对中铜-石墨复合材料组织与性能的影响

采用传统的粉末冶金法制备了碳纤维－中铜－石墨复合材料，测试了该材料的体积密度、电阻率、硬度、抗压强度和摩擦磨损等性能。并用扫描电镜观察了该材料的显微组织、断口和磨面形貌，分析了碳纤维含量对该材料组织和性能的影响。结果表明碳纤维－中铜－石墨复合材料随碳纤维含量的增加，体积密度和电阻率变化很小，摩擦系数和磨损量明显减小，而洛氏硬度和抗压强度有所升高。     

稀土元素La在金属胎体-金刚石复合材料中的作用

研究了不同热压烧结条件下,稀土元素La对铜基胎体-金刚石复合材料的抗弯性能和断口形貌的影响。结果表明：加入适量的La,可以减少胎体中孔洞缺陷,改善胎体的组织结构,提高胎体性能;适量La可以净化金刚石表面,提高金刚石颗粒和金属胎体之间的黏结性能,并能进一步提高金属胎体-金刚石复合材料的性能。     

人工滑液成分对UHMWPE人工关节材料的生物摩擦学性能的影响

采用自行研制的往复摩擦磨损试验机,研究了不同成分人工滑液润滑的实验条件下UH-MWPE/Ti6Al4关节材料的生物摩擦学性能,并利用扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌.结果表明,不同成分人工滑液润滑条件下的UHMWPE/Ti6Al4摩擦副的摩擦系数以及UHMWPE试样的体积磨损量有明显差异:去离子水润滑性很差,因其润滑的UHMWPE/Ti6Al4V摩擦副的摩擦系数以及UHMWPE试样的体积磨损量都最大;Hank's液的减磨性虽然较好,但是润滑性很差;小牛血清去离子水溶液的浓度在20%～40%(V/V)时,UHMWPE/Ti6Al4V摩擦副的摩擦系数以及UHMWPE试样的体积磨损量都很小.     

偶联剂对石墨/酚醛树脂复合双极板性能的影响

针对石墨/酚醛树脂复合双极板存在的强度低、脆性大等问题,采用偶联剂改性方法来增强复合双极板的界面结合,提高其抗弯强度.研究了偶联剂的种类、添加方式及用量对石墨/酚醛树脂复合材料双极板力学性能和电学性能的影响.结果表明:采用石墨改性法可提高石墨/酚醛树脂复合双极板的抗弯强度,但导电性能有所降低;而采用树脂改性法制备的石墨/树脂复合双极板同时具有较高的电学和力学性能.因此树脂改性法更适合制备复合双极板.当偶联剂质量分数均为0.7％,采用树脂改性法分别以硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂改性时,石墨/树脂复合材料双极板抗弯强度和电导率分别为33.3 MPa,70.3 S· cm-1和32.1 MPa,73.8 S· cm-1,均满足燃料电池用石墨/酚醛树脂复合双极板的技术要求.