基于“磨粒磨损”原理颗粒几何参数对制动块摩擦和磨损实验研究

为研究摩擦界面三体颗粒几何参数对制动块摩擦特性的影响及摩擦磨损的机理,文章利用摩擦磨损试验平台,以氧化铝颗粒几何参数为变量,对摩擦界面摩擦力学参数进行实时测量,研究不同几何参数在长时间制动过程中对制动块摩擦特性和磨损率的影响,利用电镜分析研究摩擦磨损机理。研究发现：在连续较长摩擦时间条件下,粗糙峰遭到破坏,“磨合稳定恶化磨损”过程不断重复;较小颗粒的加入会加速次级平台的产生,摩擦性能有所增加;随着颗粒几何参数的增大,载荷将较大颗粒限制在摩擦界面或嵌入制动摩擦块内,增加了粗糙峰,摩擦性能会进一步增大;超过100μm,颗粒不受载荷限制,破坏接触平台和摩擦膜,加速磨损,摩擦性能开始减弱;颗粒的加入可以加速次级平台的成长,稳定的氧化膜才是形成稳定摩擦的关键因素,随着颗粒几何参数的增加磨损量会逐渐增加。     

离心铸造高铅锡青铜合金摩擦磨损性能研究

采用离心铸造方法制备了高铅锡青铜(ZCu Pb22Sn1.5)合金,研究了载荷和摩擦速度对其摩擦磨损性能的影响及摩擦磨损机理.研究发现:在0.05 m/s摩擦速度下,随着载荷的增加,高铅锡青铜合金摩擦系数减小,磨损率增加,当载荷增加到120 N后,摩擦系数趋于稳定;在100 N载荷下,随着摩擦速度的增加,摩擦系数逐渐减小,磨损率增加,摩擦速度增加到0.10 m/s以后,摩擦系数迅速减小,到0.20 m/s以后摩擦系数趋于稳定;当继续增加载荷和摩擦速度时,由于铅润滑膜的破坏而增加了磨损率.在摩擦磨损过程中容易在摩擦表面形成软质铅润滑膜从而起到耐磨作用.     

制动条件对Cu基闸片材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金工艺制得Cu基摩擦材料。利用MM1000-Ⅱ型摩擦磨损试验机对材料进行性能测试,用扫描电镜观察磨痕并分析磨损机理。分析结果表明:一定制动压力条件下,随着制动速度的增加,摩擦因数和磨损率均呈现先增大后减小的趋势。制动速度为250~300 km/h时,材料的制动性能最好。在不同的制动速度条件下,材料摩擦因数的稳定因数均保持在较大值,材料表面状态较为稳定。一定制动速度条件下,随着制动压力的增加,摩擦因数先增大后减小,磨损率逐步增大并趋于稳定;0.4 MPa时摩擦因数达到最大值0.35,此时材料的制动性能最好。     

轮轨材料滑动摩擦磨损试验

以车轮钢CL60和钢轨钢U71Mn为研究对象,使用销-盘式摩擦磨损试验机,通过轮轨摩擦副的滑动摩擦磨损试验,进行了不同金相组织、滑动速度和接触应力下轮轨材料的滑动磨损研究。研究结果表明:在不同滑动速度和接触应力下,轮轨磨损率随金相组织变化趋势基本一致。对于单一金相组织摩擦副,相同组织摩擦副的磨损率小于相异组织摩擦副的磨损率。马氏体组织可以降低轮轨磨损率,珠光体组织会增大轮轨磨损率。随着滑动速度或接触应力的增大,轮轨磨损率逐渐减小并趋于稳定。     

聚四氟乙烯复合薄膜的摩擦磨损性能

制备了一种PTFE(聚四氟乙烯)复合固体润滑膜(复合膜),在干摩擦状态下研究这种涂层的摩擦磨损性能,并将其摩擦系数、磨损率以及磨痕形貌与PTFE单质涂层(单质膜)进行对比.结果表明:复合膜摩擦系数较低且稳定,磨损率远低于单质膜磨损率,说明该复合膜能在摩擦磨损过程中形成稳定的转移膜,为此可有效改善单质PTFE的摩擦磨损性能,同时获得较低的摩擦系数和较低的磨损率.     

石墨含量对风电机组用铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金技术制备风电机组用的铜基摩擦材料。研究在不同的摩擦速度下,石墨的含量对材料的摩擦磨损性能的影响。结果表明:材料的磨损率随着摩擦速度的增加而增加。随着石墨含量的增加,材料的磨损率增加,由于石墨破坏基体的连续性使得材料的强度降低,从而使材料的磨损率增加。材料的摩擦系数随着石墨含量的增加而降低,这是因为材料摩擦过程中摩擦表面形成具有润滑作用的摩擦膜。石墨含量为10%的材料具有较好的摩擦磨损性能。     

镍基WC陶瓷等离子喷涂涂层的干滑动摩擦磨损性能

研究了镍基WC陶瓷等离子喷涂涂层随载荷和速度变化的干滑动摩擦磨损性能 ,探讨了涂层的孔隙率、显微硬度及磨损面和磨损后涂层形貌与涂层的磨损机制之间的关系。研究表明 :镍基WC涂层与对磨材料相比具有优良的摩擦磨损性能 ,且随着摩擦速度的增加 ,磨损率增加的幅度很小 ,摩擦因数减小的幅度较大 ,随着摩擦载荷的增加 ,摩擦因数减小和磨损率增加的幅度较小。     

不同纯度Ti3SiC2的摩擦磨损行为

利用盘块式高速摩擦试验机,在滑动速度为20 m/s、法向载荷范围为0.2～0.8 MPa的条件下,试验研究了高纯度钛硅碳Ti3SiC2材料及含碳化钛TiC的Ti3SiC2材料的摩擦与磨损行为.两种材料的摩擦系数随着压力的增大都呈现出先增加后平缓减小的趋势,高纯度Ti3SiC2材料的磨损率随着压力的增加呈减小趋势,而含TiC的Ti3SiC2材料的磨损率随着压力增加呈先减小后增加的趋势.扫描电镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)的观察和分析结果表明,在Ti3SiC2的摩擦表面有摩擦生成氧化层的存在.该氧化层具有降低摩擦系数和磨损率的自润滑作用.     

熔渗法制备Ti_3SiC_2材料及性能影响因素

采用熔渗反应烧结技术制备了Ti3SiC2材料,并对影响制备材料性能的因素进行了分析.研究结果表明:在熔渗温度为1500℃、熔渗高度为6mm时,最佳熔渗保温时间应为30min;随着制备试样中Ti3SiC2相的逐渐增多,材料的抗弯性能明显提高;随着试验压力的增加,Ti3SiC2材料的摩擦因数和磨损率均呈现先增加后减小的趋势,在试验压力为30N时摩擦因数最大,压力为40N时磨损率最大;摩擦表面连续氧化膜的生成有助于减轻Ti3SiC2材料的磨损.     

铜基石墨密封材料的摩擦磨损性能研究

为研究液体火箭发动机密封材料——铜基石墨材料的摩擦磨损规律,采用销盘试验考察了铜基石墨材料在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能和磨损机理,探讨了速度、载荷、摩擦温升对材料摩擦磨损性能的影响,结果表明:水润滑条件下不易形成铜基石墨转移膜,所以水润滑时的摩擦因数比干摩擦时的摩擦因数大;水润滑下,磨损机理为黏着和磨粒磨损,适当增加载荷、降低速度有利于降低铜基石墨材料的磨损率;干摩擦下,磨损机理为黏着磨损,适当降低载荷、提高速度有利于降低铜基石墨材料的磨损率。     

磁场强度对45钢摩擦磨损性能的影响

采用销-环接触方式,在自制的摩擦磨损试验机上,研究了不同磁场强度对铁磁性材料45钢干滑动摩擦磨损性能的影响。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和三维形貌仪等仪器对磨损表面形貌及磨屑进行了表征。试验结果表明:施加磁场明显影响了45钢的摩擦磨损性能。随着磁场强度的增大,摩擦因数逐渐增大,磨损率逐渐减小,磨损表面粗糙度逐渐降低。磨屑参与摩擦过程的方式不仅影响其自身粒度的大小,而且影响摩擦表面接触状态,以至于对45钢的摩擦磨损性能产生了显著影响。磁场促进磨损表面及磨屑的氧化并吸附磨屑反复参与摩擦过程,在磨损表面形成磨屑层,从而改变45钢的摩擦磨损性能。     

碳纤维锻造复合材料的摩擦行为

采用模压成型工艺制备了环氧树脂基碳纤维锻造复合材料,测试了该材料在干摩擦和水润滑摩擦条件下的不同摩擦行为,研究了两种摩擦条件下摩擦系数的变化特性差异,并进一步分析了微观磨损机理.结果表明:两种不同摩擦条件下锻造复合材料的摩擦系数展现出不同的变化趋势,干摩擦条件下摩擦系数经历了初始稳定期、转移膜形成期和稳定期3个阶段,期间形成的含铁转移膜具有自润滑效应;水润滑摩擦条件下由水润滑膜主导复合材料的摩擦行为,摩擦过程能快速进入稳定期,摩擦系数和磨损率较小,磨损率保持较为稳定;锻造复合材料在两种摩擦条件下的摩擦系数减少率基本相同.     

不同试验条件下C/C复合材料的摩擦磨损性能

利用MM-W1型立式万能摩擦磨损试验机测试C/C复合材料在不同载荷(0.5, 1.0,1.5 MPa)及不同润滑(干态、水润滑、油润滑)条件下的摩擦磨损性能,借助扫描电子显微镜对不同状态下的磨损表面形貌进行观察分析.结果表明:摩擦系数均随摩擦时间的增加而增大至一定范围内保持稳定;随着载荷的增大,干态条件下的摩擦系数不断减小;相同载荷下,干态摩擦试样的摩擦系数最大,磨损率最小;干态条件下能形成完整、光滑的磨屑膜,有效隔离了材料与对磨销之间的接触,降低了磨损率;油润滑和水润滑条件下形成的液态膜具有润滑作用,降低了摩擦系数,但不利于磨屑膜的形成,导致磨损率较大.     

纳米SiC颗粒强化AA6061的磨粒磨损行为

实验制备了纳米SiC颗粒强化AA6061基材料,并考察了其微观组织、硬度及磨损性能.结果表明:在20 N载荷下,强化试样的磨损率及摩擦系数均低于AA6061基体,其中0.6%SiC/AA6061复合材料的磨损率较基体降低50%.这主要是由于SiC颗粒自身良好的载荷承载能力,加之增强颗粒/基体间界面良好的结合,使SiC颗粒的添加提高了复合材料的磨损抗力.同时,促进了富铁机械转移层的形成,降低了摩擦系数和磨损率.AA6061基体和强化材料在20 N载荷下的磨损机制均为磨粒磨损.     

粘结石墨基固体润滑涂层的微动摩擦磨损性能

为了探讨粘结石墨基固体润滑涂层的微动摩擦磨损性能的作用机理,使用SRV 微动摩擦磨损试验机对粘结石墨基固体润滑涂层在微动试验条件下的摩擦学性能以及抗承载能力进行研究,对其磨痕形貌和对偶转移膜进行分析.研究结果表明粘结石墨基固体润滑涂层的磨损率随着试验载荷和摩擦速度的增大而减小;而摩擦因数随着试验载荷增大而减小,随摩擦速度增大而缓慢增大;在微动摩擦过程中,高载高速可以促进高质量转移膜在对偶表面形成,从而使得粘结石墨基固体润滑涂层具有良好的抗承载能力和优异的抗磨减摩性能.     

钨含量对铜基摩擦材料性能的影响

为了探究钨含量对制动用铜基摩擦材料性能的影响,采用热压烧结工艺制备了不同钨含量的铜基摩擦材料,对其物理性能、力学性能和摩擦磨损性能进行了测试。研究表明,铜基摩擦材料的密度随着钨含量的增加而增大,而剪切强度和硬度先增大后减小。钨提高了材料磨损表面微凸体接触的结点强度,从而提高了材料的摩擦因数。适量的钨可以有效地减少磨损表面剥离,有助于在磨损表面形成连续完整的摩擦膜,从而稳定摩擦因数,减小磨损质量。当钨含量过高时,在高温摩擦过程中会产生严重的犁沟或微裂纹,导致摩擦因数剧烈波动和磨损质量增大。钨的质量分数为3%时,铜基摩擦材料在不同温度和压力下具有较为稳定的摩擦因数和较小的磨损质量。     

纳米Al2O3和聚四氟乙烯填充聚醚醚酮基复合材料摩擦学特性研究

以热压成型法制备了纳米Al2 O3 和聚四氟乙烯 (PTFE)填充聚醚醚酮基 (PEEK)复合材料 ,利用销盘摩擦磨损试验机研究了干摩擦条件下纳米Al2 O3 和PTFE填充PEEK的摩擦磨损特性。结果表明 ,纳米Al2 O3 使PTFE填充PEEK复合材料的摩擦磨损特性得到明显改善 ,其改善程度与纳米Al2 O3 的填充量有关 ,当纳米Al2 O3 的含量较低 (3% )时 ,纳米Al2 O3 PTFE PEEK复合材料与钢对偶面产生的磨损模式以磨粒磨损和犁削为主 ;而当纳米Al2 O3 的含量较高 (10 % )时 ,纳米Al2 O3 填充PEEK的磨损模式主要是粘着磨损 ;纳米Al2 O3 的含量为 5 %～ 7%时 ,PEEK复合材料的摩擦系数和比磨损率最低。随着载荷的增加 ,纳米Al2 O3 PTFE PEEK复合材料的摩擦系数将因纳米粒子效应和表面摩擦温升呈现下降趋势     

NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金的室温摩擦磨损性能

采用SEM和XRD分析Ni Al-2.5Ta-7.5Cr合金的微观组织,用万能力学试验机测试合金的力学性能,用高速往复摩擦磨损试验机研究合金的室温摩擦磨损特性。研究结果表明:Ni Al-2.5Ta-7.5Cr合金由Ni Al相、Ni Al-Cr共晶和Cr2Ta相组成,其强度和塑性良好。在低P1/2·v(P为载荷,v为速度)下,合金的磨损机制为磨粒磨损,随着P1/2·v的增加,摩擦热效应增强,合金的磨损机制逐渐转变为黏着磨损,摩擦因数和磨损率增加;当P1/2·v0.54N1/2·m/s时,摩擦热效应逐渐导致摩擦表面形成了无定形层,无定形层具有自修复特性,部分或全部隔离了摩擦副的直接接触,磨损机制逐渐转变为氧化磨损,磨损率快速降低后保持稳定,摩擦因数逐渐降低;当P1/2·v≥4.02N1/2·m/s时,合金磨损表面开始出现疲劳磨损特征,表面剥落导致合金的磨损率升高。     

高碳制动鼓摩擦磨损性能

针对铸铁材料在汽车制动鼓应用中出现的失效情况,运用扫描电子显微镜和摩擦磨损试验机,研究了在不同的摩擦磨损参数条件下HT250和高碳灰铁的摩擦磨损性能;并结合其金相组织和力学性能,探讨了材料微观组织和性能的关系以及其摩擦磨损机理。研究结果表明:高碳当量的灰铸铁和HT250在石墨形态上相似,石墨均为A级,长条状;抗拉强度分别为220 MPa和273 MPa。通过进行摩擦磨损试验发现:在不同的摩擦磨损条件下,高碳灰铁的耐磨性优于HT250。     

不同载荷下C/C复合材料往返式滑动摩擦行为

以GCr钢球为对偶,在UMT-3微摩擦试验机上测试2种具有不同基体炭结构的C/C复合材料长时间往返式滑动摩擦磨损行为。研究结果表明:在相同载荷下,具有粗糙层热解炭基体的材料A的平均摩擦因数高于具有光滑层/树脂炭基体的材料B平均摩擦因数;在60N时,材料A的平均摩擦因数出现最大值,为0.193;而材料B的平均摩擦因数出现最低值,为0.120;随着载荷的增加,2种材料的平均摩擦因数均出现较大的波动,其中:材料A的平均摩擦因数变化趋势为先升后降,材料B的平均摩擦因数先降后升,但二者的差值随载荷增加先增后减;随着时间的延长,所有试样的摩擦因数均逐渐趋于稳定;材料A的摩擦表面膜较完整、致密,但存在大块摩擦膜剥落或交替堆叠;材料B的摩擦表面较粗糙,形成纤维与基体炭分开堆积成膜形貌。