一种高性能C/C-SiC复合材料摩擦偶件优化选择研究

采用超声波渗硅技术,经化学气相沉积、硅化处理、浸渍/炭化增密和石墨化处理制备C/C-SiC复合材料.用偏光显微镜、扫描电子显微镜观测其微观组织结构,用X射线衍射仪进行物相分析,用MM一1000性摩擦磨损试验机检测C/C-SiC复合材料分别与C/C复合材料、30 CrSiMoVA钢和铁基粉末冶金材料组成摩擦副的摩擦性能.结果表明:C/C-SiC复合材料中只有C相和13-SIC相,C相的组成为炭纤维、沉积炭和树脂炭同时存在;C/C-SiC复合材料与铁基粉末冶金材料组成的摩擦副的摩擦性能优异,其摩擦因数为0.42,摩擦稳定性为85%,磨损值为3.9 μm/(次·面).     

纳米和微米ZrO_2颗粒对PPESK复合材料性能的影响

采用热压成型的方法制备了纳米、微米ZrO2填充聚醚砜酮(PPESK)复合材料;考察了复合材料的显微硬度和弯曲强度;并研究了干摩擦条件下纳米、微米ZrO2颗粒对复合材料摩擦磨损性能的影响;利用扫描电子显微镜(SEM)观察分析ZrO2/PPESK复合材料磨损表面形貌及磨损机理.研究表明,干摩擦条件下,单斜相纳米ZrO2填充PPESK复合材料的主要磨损机制是严重的粘着转移,而四方相纳米ZrO2填充PPESK的主要磨损机制是轻微的磨粒磨损;微米ZrO2填充PPESK的低摩擦磨损主要归因于微米颗粒的承载作用.     

金刚石表面镀Ti对Cu40Ni30Fe20Sn5Ti5/金刚石复合材料界面反应行为的影响

以Cu40Ni30Fe20Sn5Ti5多主元合金粉末和表面镀覆Ti层的金刚石颗粒为原料,采用放电等离子烧结方法制备复合材料,研究Ti镀层对黏结相和金刚石的界面反应情况以及复合材料力学性能和磨损性能的影响。研究结果表明：金刚石表面镀覆Ti层后,界面处反应生成的TiC层更加连续致密,提高了金刚石磨粒与黏结相的界面结合强度,使得复合材料具有更高的横向断裂强度。金刚石表面镀覆的Ti层降低了烧结过程中金刚石的石墨化程度,保证摩擦过程中金刚石晶体的完整性和出露高度,提高了复合材料的磨损效率和磨耗比,同时降低了复合材料的体积磨损率。因此,金刚石表面镀覆Ti层可有效地提升多主元合金/金刚石复合材料的服役性能。     

Zn–38Al–3.5Cu–1.2Mg/SiCp复合材料稳定化处理下的磨损行为

高铝锌合金由于其高温耐磨性较差而受限于各种重型传动领域的使用，碳化硅增强体的加入有效改善了当前的困境。然而以高铝锌合金为基体的复合材料仍然有明显的时效缺陷，且随着重载长程传动的持续而引起摩擦温度剧增，复合材料摩擦表面微观组织中固溶体的溶解度增大，耐磨α相和减摩η相均向软基β相转换引起了微观结构的不稳定，从而导致摩擦工况中复合材料使用性能的不稳定。本文采用搅拌联合熔体超声工艺制备了纳米Zn–38Al–3.5Cu–1.2Mg/SiC_p复合材料试样，研究了不同稳定化处理下复合材料的干摩擦磨损行为，分析了磨损性能与磨损量、磨损表面形貌、纳米增强体的分散性以及复合材料微观组织结构的关系。研究结果表明，稳定化的复合材料内部的纳米SiC_p分布更加均匀，经稳定化处理后的复合材料的显微硬度随着接触表面温度的升高而在增大，未经过稳定化处理的复合材料显微硬度随着接触表面温度升高基本不变，并且稳定化工艺最优为380℃ × 6 h + 170℃ × 48 h。稳定化处理有利于复合材料中纳米增强体颗粒的分散，不仅细化了晶粒大小还增强了耐磨性，同时由于纳米SiC_p的高温热稳定性还进一步抑制了在磨损时复合材料微观结构中硬质相向软质相的转变过程，同时稳定化处理也有利于缓解纳米SiC_p在基体界面处所引起的裂纹源。     

搅拌摩擦加工制备铝基复合材料的组织和力学性能

采用搅拌摩擦加工方法制备铝基SiC复合材料,研究SiC颗粒在复合材料中的分布均匀性问题,并对复合材料的力学性能及断口形貌进行分析.结果表明:1、2、3道次加工后SiC颗粒在复合材料中出现漩涡状和带状团聚现象;经4道次搅拌摩擦加工后复合层中SiC颗粒均匀弥散分布在基体金属中,复合层组织发生明显细化;添加SiC颗粒4道次加工后复合材料显微硬度提高,抗拉强度降低.搅拌摩擦区的显微硬度平均值为68HV,为基体金属显微硬度(45HV)的1.5倍;抗拉强度降低为176MPa,为基体金属的81%;复合材料拉伸试样总体表现为韧性断裂,断裂机制包含韧性断裂以及SiC颗粒与基体结合界面的撕裂.     

短碳纤维增强橡胶基密封复合材料的热残余应力数值分析

以碳纤维/丁腈橡胶基密封复合材料为对象,采用ABAQUS有限元分析软件,建立含有界面相的三维有限元模型,研究了橡胶基复合材料热残余应力的分布规律.探讨了制备温度、界面相厚度、界面相模量描述方法、纤维体积分数、纤维直径对热残余应力的影响.结果表明:制备温度的变化对纤维和界面相的热残余应力影响较大;界面相厚度对纤维的残余应力的影响比其对自身的影响大;梯度界面有利于降低复合材料的热残余应力;适当提高纤维体积分数和增加纤维直径都有助于改善复合材料热残余应力的分布.     

载流摩擦参数对C/C复合材料/QCr0.5摩擦副起弧率的影响

以C/C复合材料/QCr0.5为摩擦副,在HST-100销盘式高速载流摩擦磨损试验机上进行载流摩擦磨损试验,采用单因素试验法,研究了电流、速度、载荷对C/C复合材料/QCr0.5摩擦副起弧率的影响,借助扫描电子显微镜和能谱仪观察摩擦表面形貌和元素分布。试验结果表明:随着电流和速度的增加,C/C复合材料/QCr0.5摩擦副的起弧率增加;载荷为70 N时起弧率最小;磨损形貌观察发现:起弧率较高情况下,磨损表面有大量的电弧侵蚀坑和转移铜。     

性能可调的自润滑叠层复合材料的摩擦学行为研究

以硅钢叠片为强性层,以含MoS2、石墨和环氧树脂构成的复合自润滑材料为塑性层,采用叠装-粘接工艺制备了强性层-塑性层相间的叠层复合材料.通过控制叠片数量,得到了塑性层含量可调的叠层复合材料.采用球-盘摩擦实验机对叠层复合材料的干摩擦性能进行了评价,结果表明:与无塑性层的叠层复合材料相比,含塑性层的叠层复合材料的摩擦学性能得到了明显改善.在载荷为6N、往复频率为4Hz的条件下,塑性层的面积比为40%的叠层复合材料的摩擦系数为0.15,磨损率为3.8×10-7 mm3/(N.m),比无塑性层的叠层复合材料分别降低了76.7%和96%.由磨痕表面的能谱分析发现,叠层复合材料的强性层表面含有C、S、Mo等元素,而在塑性层表面含有Fe、Si等元素,表明在摩擦热作用下塑性层的润滑剂渗出,并转移到摩擦表面形成转移膜,同时塑性层具有嵌藏金属磨屑的能力.在强性层与塑性层的协同作用下,叠层复合材料具有优异的耐磨减摩性能.     

磁场强度对叠层复合材料摩擦学性能的影响

采用叠装-粘接工艺制备了不同润滑剂含量的钢-聚合物叠层复合材料,以GCr15钢球为摩擦配副,在球-盘摩擦试验机上考察叠层复合材料在不同磁场强度下的摩擦学性能.摩擦实验结果发现:随着磁场强度增大,不含润滑剂的叠层复合材料(S0)的摩擦系数和磨损率均发生显著降低;含润滑剂的叠层复合材料(S4)的摩擦系数和磨损率先缓慢降低后增大.用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察磨损表面形貌和元素分布,分析其磨损机理表明:细小磨屑被磁场吸附在接触表面并形成了滚珠效应,显著改善了S0的磨粒磨损和粘着磨损;在摩擦热和涡流热作用下,润滑剂迁移到硅钢表面并形成转移膜,使得S4具有良好的润滑性能;在无磁场时S4的聚合物表面发生疲劳剥落,在磁场作用下聚合物以塑性流动和粘着磨损为主.     

开槽位置对搅拌摩擦加工制备SiCp/铝基复合材料均匀性的影响

采用搅拌摩擦加工技术(FSP)制备SiCp增强铝基复合材料,研究不同开槽位置对SiCp分布均匀性的影响.结果表明:开槽位置影响塑性金属随搅拌头的迁移流动方式,导致复合材料宏观形貌和颗粒分布均匀性存在较大差异,轴肩作用区SiCp分布较为均匀,开槽位置处含量较高,SiCp分布不对称于加工中心.对不同开槽位置(前进侧、中间、返回侧)下复合材料横截面进行成分半定量分析表明:SiCp均匀性优劣程度依次为开槽位置位于前进侧、中间、返回侧.随着加工道次增加,塑性金属变形量增加,材料流动性增强,搅拌加工区域面积增大,前进侧开槽位置3道次加工后增强相SiCp破碎细化且均匀分布.     

三维网络SiC陶瓷/金属复合材料摩擦性能的研究

以三维网络SiC陶瓷/Fe-Cu合金复合材料作为静片、三维网络SiC陶瓷/40Cr复合材料作为动片,研究了法向载荷、摩擦时间和pv值对该材料体系摩擦因数的影响以及摩擦次数对静片磨损量的影响,并采用金相显微镜观察了复合材料的显微结构和磨损表面形貌,分析了材料的摩擦磨损性能和磨损机理.结果表明:该摩擦副的稳定摩擦因数在0.33~0.35之间,摩擦过程中材料的磨损机理以磨粒磨损和粘着磨损为主,材料表面摩擦形成的氧化层硬度较高,是该材料耐磨性能优良的主要原因.     

含BaSO_4钴基自润滑复合材料的制备及高温摩擦学性能

采用热压烧结技术制备3种含不同BaSO_4质量分数的钴基自润滑复合材料,研究其在室温到1 000℃范围内的摩擦学性能。在载荷为15 N、滑动速度为0.19 m/s的条件下,采用球-盘式高温摩擦试验机与Si_3N_4陶瓷球配副研究复合材料的高温摩擦学性能。采用X线衍射仪和扫描电镜等分析复合材料的物相成分和摩擦表面形貌。研究结果表明:随着BaSO_4质量分数的增加,复合材料的硬度和密度逐渐降低。从室温到800℃,复合材料的摩擦因数逐渐降低,这是由于随着温度的上升,复合材料的摩擦表面逐渐形成了由铬酸盐、钼酸盐和氧化物等组成的润滑膜,使得复合材料在高温条件下具有了较优良的减摩耐磨性能。在3种钴基复合材料中,含10%BaSO4的钴基自润滑复合材料在400～800℃范围内的摩擦学性能较好。     

预测氯离子在水泥基复合材料中有效扩散系数

基于水泥基复合材料界面区水泥颗粒的分布特征,给出了界面区孔隙率分布函数和界面区的有效扩散系数;将水泥基复合材料视为骨料、基体、界面区以及其均匀化后的等效介质相四相复合球模型,采用n层球夹杂理论,逐尺度地预测了氯离子在水泥基复合材料中的有效扩散系数.结果表明:预测的氯离子扩散系数与实测结果基本吻合;n层球夹杂理论适合于预...     

氩弧熔铸TiC-TiB_2/Fe复合材料的组织与耐磨性

为改善合金材料的耐磨性能,采用氩弧熔铸技术,以Fe、Ti、B和C粉为原料,按质量分数比45∶30∶20∶5制备原位合成TiC-TiB2/Fe复合材料。通过扫描电镜、X射线衍射仪、洛氏硬度计及摩擦磨损试验机对复合材料的显微组织、物相、洛氏硬度和耐磨性进行分析研究。结果表明:复合材料由原位生成的TiB2和TiC增强颗粒相及α-Fe相组成,颗粒呈块状、板条状和多边形,且颗粒结合地很紧密。复合材料的平均洛氏硬度约为9.37 GPa。在室温干滑动磨损条件下,该熔铸复合材料的耐磨性约是GCr15工具钢的6倍。该研究为原位合成TiC-TiB2/Fe复合材料的制备提供了一种新方法。     

搅拌摩擦加工制备SiCp/铝基复合材料增强相流动性的数值模拟

利用流体软件ANSYS-FLUENT建立三维搅拌摩擦加工的热与塑性流动模型,利用UDF编程对软件进行二次开发,模拟搅拌摩擦加工制备SiCp/铝基复合材料增强相颗粒的流动性,结果表明:搅拌摩擦主要的产热区域为搅拌头轴肩,远离搅拌头的区域温度降低,温度场关于加工中心线并不对称,前进侧的温度高于后退侧,搅拌头前部温度低于后部,温度梯度前部大于后部;模拟流场时发现塑性金属流动速度大小与温度高低有直接关系,轴肩边缘处材料的塑性流动速度最大,横截面流场呈"锅状"分布;根据搅拌摩擦加工过程建立追踪第二相粒子的DPM模型,轴肩作用区有少量增强相粒子越过中心线向后退侧分布,由于加工中心区域下部搅拌针作用较弱,增强相多分布在开槽位置处,但增强相颗粒整体分布于前进侧.     

超音速火焰喷涂WC-12Co涂层的滑动磨损特性

利用超音速火焰喷涂工艺在铜基复合材料表面制备WC-12Co涂层. 分析了涂层的微观结构、相组成和含量以及表面和截面硬度,并对涂层的摩擦磨损性能进行测试. 结果表明:涂层组织和截面硬度分布均匀,耐磨性好,摩擦过程中会形成两种摩擦膜. 磨损率随载荷增加而呈增大趋势,随转速的增加呈先减小后增大的趋势. 涂层最适用的环境为300 ~500 r· min-1和2~3 N,磨损率与滑动速度间的回归方程满足一元二次函数;磨损率与载荷间的回归方程满足指数方程.     

喷射沉积SiCP/Al-Si复合材料干滑动磨损性能的研究

采用喷射沉积法制备SiCP体积分数为15％,Si质量分数分别为7％,13％和20％的SiCP/Al-Si复合材料,并经热挤压致密化加工.采用环-块式摩擦试验机对复合材料的干滑动摩擦磨损性能进行了测试分析,滑动速度为1 m/s,外加戴荷分别为10,50,100,120,150、200和220 N,同时对摩擦层的显微组织和形貌以及复合材料磨损机制进行了分析.结果表明,随着复合材料基体中Si含量的增加,复合材料的磨损性能增强,在低戴荷下,复合材料主要以氧化磨损和磨粒磨损为主,在高载荷下,磨损机制则转变为粘着磨损,但对于SiCP/Al-20％Si复合材料仍以氧化磨损为主,并伴有轻微的粘着磨损.     

碳纤维增强聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损性能

为改善碳纤维表面活性,提高碳纤维增强聚酰亚胺复合材料的综合性能,分别采用稀土改性剂和空气氧化处理方法对碳纤维表面进行改性处理,研究了在干摩擦条件下载荷、往复滑动频率以及不同改性处理方法对碳纤维/聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损性能的影响.结果表明:碳纤维表面改性处理能够提高碳纤维/聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损性能;在干摩擦条件...     

聚酰亚胺-聚四氟乙烯复合材料的制备和表征

利用共混挤出工艺制备聚酰亚胺-聚四氟乙烯(PI- PTFE)复合材料,考察PTFE含量对复合材料热性能、摩擦性能及力学性能的影响.结果表明:制得的PI - PTFE复合材料两相不相容,复合材料的最高使用温度为250℃,在250℃以下复合材料的尺寸稳定性较好,其线膨胀系数随PTFE含量的增加而增大,不受热循环历程的影响;复合材料分解质量损失5%的温度(t5d)为525℃,热分解速率随PTFE含量的增加而增大;干摩擦时,随PTFE含量的增加,复合材料的摩擦因数降低,磨损率呈上升趋势;复合材料的拉伸强度、弯曲强度和硬度均随PTFE含量的增加而降低,就力学性能而言,PTFE的添加量不超过20%为宜.     

复合材料中增强相形状对有效模量的影响 (Ⅰ)

采用Mori-Tanaka方法,研究了基体/夹杂类复合材料中增强相形状对有效模量的影响.首先给出了在夹杂和基体均为各向异性的情况下,夹杂平行分布和随机取向分布时复合材料有效弹性模量的计算公式.进而比较了无限长的纤维、半径无限大的薄片以及椭球状夹杂等典型的增强相形状对弹性模量的影响规律.在夹杂平行分布时,薄片和纤维导致相同的最大弹性模量,而在取向随机分布时,薄片的增强效果更明显.长短轴之比小于10的椭球对刚度的贡献远低于薄片和纤维.