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人工韧带体外摩擦磨损测量方法

清华大学学报（自然科学版） 2024年第3期64卷 432-441页

作者：黄秀玲郑晔赖卫国朱俊俊华子恺上海大学机电工程与自动化学院上海200444 上海利格泰生物科技有限公司上海201712

人工韧带是韧带重建术中的重要植入物,临床上常见因摩擦磨损而导致人工韧带断裂失效等不良事件,因此磨损被认为是影响人工韧带使用寿命的重要因素之一。针对目前人工韧带体外摩擦磨损测量方法不明确,以及缺少摩擦磨损情况量化研究方法... 详细信息

人工韧带是韧带重建术中的重要植入物,临床上常见因摩擦磨损而导致人工韧带断裂失效等不良事件,因此磨损被认为是影响人工韧带使用寿命的重要因素之一。针对目前人工韧带体外摩擦磨损测量方法不明确,以及缺少摩擦磨损情况量化研究方法等问题,该文对人工韧带进行了2.0×10^(6)次体外磨损试验,测量人工韧带磨损量并获取其磨损表面形貌,对磨损产生的磨屑进行提取与表征。结果显示:经2.0×10^(6)次磨损后,人工韧带磨损率为(6.94±2.30) mg/10^(6)次;人工韧带磨损后表面部分组织起毛且编织状结构受损,丝线排序松散并出现断裂;从润滑介质中提取的磨屑大部分呈类球状,少部分呈纤维条状,且小尺寸磨屑较多,大尺寸磨屑较少。该研究结果可为完善人工韧带的体外磨损测试标准提供有力的参考依据。

关键词：人工韧带摩擦磨损测量方法磨屑分离提取

碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料摩擦磨损性能及抗摩擦静电特性研究

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中国机械工程 2023年第3期34卷 277-286页

作者：逄显娟岳世伟黄素玲谢金梦王帅宋晨飞岳赟刘建李栋河南科技大学材料科学与工程学院洛阳471023 河南科技大学高端轴承摩擦学技术与应用国家地方联合工程实验室洛阳471023 河南科技大学化学化工学院洛阳471023

利用真空热压烧结技术制备了不同碳纤含量的碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料,采用热导率分析仪和热重测试仪对材料的热学性能进行表征,并利用多功能摩擦磨损试验机、三维形貌轮廓仪、扫描电子显微镜和摩擦静电计对材料的摩擦磨损性能... 详细信息

利用真空热压烧结技术制备了不同碳纤含量的碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料,采用热导率分析仪和热重测试仪对材料的热学性能进行表征,并利用多功能摩擦磨损试验机、三维形貌轮廓仪、扫描电子显微镜和摩擦静电计对材料的摩擦磨损性能和抗摩擦静电性能进行分析。分析结果表明:随着CF添加量的增加,复合材料摩擦因数、磨损率和摩擦静电电压先降低后升高,当CF添加量(质量分数)为20%时,摩擦因数、磨损率和摩擦静电电压达到最低,分别为0.247、5.6×10^(-6)mm/(N·m)和3.3 V,证明此种方法制备的20%CF/PEEK材料具有优异的摩擦磨损性能和抗静电性能。CF/PEEK复合材料磨损机理以黏着磨损为主,并且伴随着轻微的磨粒磨损。

关键词：聚醚醚酮碳纤维复合材料摩擦磨损抗摩擦静电

基于SRV的重载轴承润滑脂摩擦磨损性能模拟评定方法研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第2期44卷 242-253页

作者：赵启龙姜程苏怀刚娄文静张如良王晓波山东科技大学材料科学与工程学院山东青岛266590 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000 青岛市资源化学与新材料研究中心青岛市高端装备润滑技术重点实验室山东青岛266000

为提高润滑脂产品配方筛选效率、节约轴承台架试验成本,提出了1种基于SRV摩擦磨损试验机的圆柱滚子-圆盘线接触往复运动模式评定重载轴承润滑脂摩擦磨损性能的试验方法.采用四款重载润滑脂为试验样本,通过Pearson相关性系数法进行了SRV... 详细信息

为提高润滑脂产品配方筛选效率、节约轴承台架试验成本,提出了1种基于SRV摩擦磨损试验机的圆柱滚子-圆盘线接触往复运动模式评定重载轴承润滑脂摩擦磨损性能的试验方法.采用四款重载润滑脂为试验样本,通过Pearson相关性系数法进行了SRV圆柱滚子-圆盘线接触往复摩擦磨损试验结果与FE-8轴承磨损台架试验结果间的相关性探讨,确定了方法最优试验参数,并在最优试验条件温度25℃,载荷1 kN,位移1 mm,往复速率50 Hz下完成了方法重复性考察.结果表明:SRV圆柱滚子-圆盘线接触往复试验方法试验结果重复性良好、可靠性高,与FE8轴承台架结果对应性优于四球机磨斑直径法(SH/T 0204-1992)以及SRV球滚子-圆盘接触试验法(NB/SH/T0721),更适用于重载轴承用润滑脂在摩擦副表界面的抗磨减摩性能的分析评定.

关键词：摩擦磨损可靠性重载润滑脂相关性轴承台架试验

(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料载流摩擦磨损行为

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表面技术 2022年第1期51卷 33-42页

作者：林焕然国秀花宋克兴苏娟华李韶林冯江河南科技大学材料科学与工程学院河南洛阳471023 河南科技大学河南省有色金属材料科学与加工技术重点实验室河南洛阳471023 河南科技大学有色金属新材料与先进加工技术省部共建协同创新中心河南洛阳471023

目的研究相同载流条件下纳米Al_(2)O_(3)颗粒、微米WC颗粒和SiC晶须对(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料表面摩擦磨损性能的影响。方法采用粉末冶金法和内氧化法相结合的方式,制备了(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料,并利用HST-... 详细信息

目的研究相同载流条件下纳米Al_(2)O_(3)颗粒、微米WC颗粒和SiC晶须对(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料表面摩擦磨损性能的影响。方法采用粉末冶金法和内氧化法相结合的方式,制备了(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料,并利用HST-100高速载流摩擦试验机进行载流摩擦磨损性能测试。采用透射电镜和扫描电镜观察复合材料的显微组织和载流摩擦磨损表面形貌。研究不同的增强相对(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料磨损性能的影响,分析其磨损机理。采用AUTOGRAPH AG-I 250 kN拉伸设备对试样进行拉伸,并分析抗拉强度与磨损性能的变化关系。结果(1WC+2SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的硬度和极限抗拉强度相较于Cu-Al_(2)O_(3)复合材料分别提高了20.2%和12.7%。(1WC+2SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的摩擦系数最小,为0.33,相对Cu-Al_(2)O_(3)复合材料降低了42.1%。(1WC+2SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料表面磨损形貌最为光滑,无大面积电弧烧蚀现象,犁沟数量少且浅。结论(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的磨损机理主要是粘着磨损、磨粒磨损和电弧烧蚀;纳米级Al_(2)O_(3)颗粒、微米级WC颗粒和SiC晶须三者协同强化铜基体,提高了复合材料的强度和硬度,从而降低了铜基复合材料的摩擦系数和磨损率。WC颗粒和SiC晶须采用合适质量配比时,可以有效地改善Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的磨损情况。

关键词： Cu-Al_(2)O_(3)复合材料摩擦磨损纳米Al_(2)O_(3)颗粒微米WC颗粒 SiC晶须协同强化

退火热处理对Cr_(3)C_(2)-FeCrBSi涂层摩擦磨损性能的影响

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表面技术 2024年第1期53卷 65-77页

作者：姜自滔杨康辛越易新林张世宏王硕煜倪振航安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室安徽马鞍山243002 安徽马钢表面技术股份有限公司安徽马鞍山243000

目的针对冷轧辊表面的循环应力、摩擦磨损的特殊服役环境,设计空气燃料超音速火焰喷涂(HVAF)制备Cr_(3)C_(2)-FeCrBSi复合涂层来提高工件表面的硬度和耐磨性。方法利用HVAF技术在冷轧辊用合金钢板表面制备不同尺寸陶瓷颗粒混合的Cr_(3... 详细信息

目的针对冷轧辊表面的循环应力、摩擦磨损的特殊服役环境,设计空气燃料超音速火焰喷涂(HVAF)制备Cr_(3)C_(2)-FeCrBSi复合涂层来提高工件表面的硬度和耐磨性。方法利用HVAF技术在冷轧辊用合金钢板表面制备不同尺寸陶瓷颗粒混合的Cr_(3)C_(2)-Fe CrBSi的复合涂层,并在600、700、800℃进行退火处理后得到退火态涂层。利用XRD、SEM、显微硬度计、电子拉伸试验机、盘式摩擦磨损试验机和接触疲劳试验机,考察了不同陶瓷含量和不同退火温度下涂层的相组成、组织结构、机械性能、摩擦磨损性能和接触疲劳失效形式。结果喷涂态涂层的显微硬度、结合强度随着Cr_(3)C_(2)含量的增加先上升后下降。当陶瓷相质量分数为10%时,复合涂层最佳,显微硬度、结合强度分别为459.6HV0.3、42.8 MPa。选取Cr_(3)C_(2)(质量分数10%)-FeCrBSi涂层经过退火处理后,涂层的硬度、断裂韧性、抗磨损性能均有提升,其中摩擦因数由原先的0.89降低至0.80~0.75。此外在700℃下退火3 h得到的涂层,显微硬度可达490.3HV0.3,断裂韧性由2.81 MPa·m1/2提升至3.15 MPa·m1/2,磨损率为6.80×10^(-14) m^(3)/(N·m),与喷涂态涂层相比,磨损率降低了15%。喷涂态、退火态涂层的磨损机制均为磨粒磨损。接触疲劳试验结果表明,退火态复合涂层的接触疲劳失效形式主要有剥落和分层,同时剥落失效情况下涂层的接触疲劳寿命更长,可达2.07×10^(5)转。结论 Cr_(3)C_(2)-Fe Cr BSi复合涂层良好的抗磨损和耐接触疲劳性能主要取决于Cr_(3)C_(2)硬质耐磨颗粒的加入。而退火热处理可以促进涂层向平衡态的转变、同时析出的二次碳化物(Cr, Fe)7C3起到沉淀强化的作用,使得退火态涂层具有更好的抗摩擦磨损性能。

关键词： HVAF 冷轧辊退火摩擦磨损接触疲劳

MoSi_(2)对CoCrNiW合金干摩擦磨损性能的影响研究

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表面技术 2023年第1期52卷 82-92页

作者：李方舟崔功军程书帅王晓博寇子明太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 山西省矿山流体控制工程实验室太原030024 矿山流体控制国家地方联合工程实验室太原030024

目的系统研究MoSi_(2)含量对Co基合金干摩擦磨损性能的影响,以开发摩擦学性能优异的CoCrNiW基复合材料。方法利用热压烧结技术,设计制备CoCrNiW-MoSi_(2)(质量分数分别为0%、3%、7%、11%)抗磨复合材料。采用往复式球–盘摩擦磨损试验机... 详细信息

目的系统研究MoSi_(2)含量对Co基合金干摩擦磨损性能的影响,以开发摩擦学性能优异的CoCrNiW基复合材料。方法利用热压烧结技术,设计制备CoCrNiW-MoSi_(2)(质量分数分别为0%、3%、7%、11%)抗磨复合材料。采用往复式球–盘摩擦磨损试验机,研究不同载荷和滑动速度对复合材料干摩擦磨损性能的影响,进一步优化MoSi_(2)的含量。采用XRD、SEM、EDS等技术分析材料的物相组成、微观结构及磨损形貌。结果MoSi_(2)的添加有效提高了材料的硬度及致密度,MoSi_(2)质量分数为7%的试样,硬度为386HV。复合材料的物相包括γ–fcc、ε-hcp、MoSi_(2)、CrSi_(2)、Mo_(1.24)Ni_(0.76)、MoSi_(2.43)W_(0.211)相。摩擦系数随载荷和滑动速度的增加而减小,磨损率随载荷的增加而增大,随滑动速度的增加而减小。硅化物硬质颗粒起到了弥散强化作用,提高了磨损表面的承载能力。其中,添加7%和11%MoSi_(2)的试样,磨损率较低且接近,高载和高速下,磨损率较未添加试样分别下降约31.3%和25.5%。适当含量的MoSi_(2)具有一定的减摩性,添加7%MoSi_(2)的试样,摩擦系数始终最低,变化范围为0.24~0.53。结论CoCrNiW-7wt.%MoSi_(2)表现出了最佳的摩擦学性能,其磨损机理在高载条件下主要为磨粒磨损,在高速条件下主要为磨粒磨损和轻微氧化磨损。

关键词：钴基复合材料 MoSi_(2) 干摩擦摩擦磨损磨损机理

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高Cu铸造铝合金的摩擦磨损性能

材料工程 2022年第11期50卷 109-118页

作者：王海波赵君文陶星宇戴光泽西南交通大学材料科学与工程学院成都610031

采用压铸工艺制备Cu含量为5%~20%(质量分数,下同)的Al-Cu合金试样。在布氏硬度计上测定试样的硬度,利用球盘往复式磨损试验机进行3种载荷(1~5 N)的磨损实验,通过SEM和EDS分析不同Cu含量试样的磨损机理。结果表明:随着Cu含量从5%增加至20... 详细信息

采用压铸工艺制备Cu含量为5%~20%(质量分数,下同)的Al-Cu合金试样。在布氏硬度计上测定试样的硬度,利用球盘往复式磨损试验机进行3种载荷(1~5 N)的磨损实验,通过SEM和EDS分析不同Cu含量试样的磨损机理。结果表明:随着Cu含量从5%增加至20%,Al-Cu合金中θ相的体积分数由2.00%增加到25.80%,且θ相的尺寸逐渐增大;硬度从59HB增加到170HB。摩擦因数在0.4~0.85范围内变化;Al-Cu合金试样的比磨损率随Cu含量增加先急剧降低后趋于平缓,Cu含量达到15%以上合金试样比磨损率变化不大,最低比磨损率在4.1×10^(-4)mm 3·N^(-1)·m^(-1)左右;较低Cu含量试样的比磨损率随载荷变化显著,随着Cu含量增加比磨损率差别减小。Al-Cu合金的主要磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损,低Cu含量试样以黏着磨损为主,高Cu含量试样以磨粒磨损为主;随着载荷的增加,低Cu含量试样黏着磨损程度增加,高Cu含量试样磨粒磨损程度增加。

关键词： Al-Cu合金 Cu含量比磨损率摩擦磨损

激光熔覆TiZrHfCrMoW涂层在大气和模拟体液环境下的摩擦磨损行为

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表面技术 2023年第1期52卷 29-37页

作者：湛思唯汤军辉王奉涛纪秀林汕头大学工学院广东汕头515063 杭州唯精医疗机器人有限公司杭州311100

目的提高钛合金表面耐磨性。方法采用激光熔覆技术在TC4基体表面制备TiZrHfCrMoW涂层,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等分析涂层的相组成和显微组织结构。联合电化学工作站和摩擦磨损试验仪,分别在大气和37℃的0.9%NaCl模... 详细信息

目的提高钛合金表面耐磨性。方法采用激光熔覆技术在TC4基体表面制备TiZrHfCrMoW涂层,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等分析涂层的相组成和显微组织结构。联合电化学工作站和摩擦磨损试验仪,分别在大气和37℃的0.9%NaCl模拟体液环境条件下,研究Ti ZrHfCrMoW高熵合金(HEA)涂层与TC4合金的摩擦磨损行为。结果激光熔覆HEA涂层均匀致密,无明显缺陷,主要由2种BCC相及1种未知相组成,涂层平均硬度为584.6HV0.2,约为TC4基材硬度的1.6倍。在空气中滑动时,HEA涂层在0.3、0.5、1N下的磨损率均比TC4基体低,且涂层的磨损率随载荷的增加而增加,TC4的磨损率则相反。在(37±0.5)℃的0.9%NaCl溶液中,0.5N载荷下TC4的磨损率是HEA涂层的6倍。HEA涂层与TC4钛合金基体相比,具有更高的自腐蚀电位和更低的腐蚀电流密度。模拟体液环境下HEA涂层的主要磨损机制为逐层剥落和腐蚀磨损。结论激光熔覆HEA涂层可以有效提高TC4合金的耐磨损及耐腐蚀性能。

关键词：激光熔覆高熵合金摩擦磨损腐蚀磨损模拟体液

连续制动条件下泡沫陶瓷/金属双连续相复合材料的摩擦磨损性能

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材料工程 2022年第4期50卷 112-122页

作者：惠阳刘贵民兰海杜建华陆军装甲兵学院装备保障与再制造系北京100072 中国北方车辆研究所车辆传动重点实验室北京100072 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

为解决履带式特种车辆机械制动器过热失效问题,采用挤压铸造法制备SiC/Cu和SiC/Fe双连续相复合材料,研究两种材料在连续紧急制动工况和连续高温制动工况下的摩擦磨损性能。结合扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)、三维形貌仪等... 详细信息

为解决履带式特种车辆机械制动器过热失效问题,采用挤压铸造法制备SiC/Cu和SiC/Fe双连续相复合材料,研究两种材料在连续紧急制动工况和连续高温制动工况下的摩擦磨损性能。结合扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)、三维形貌仪等手段分析摩擦因数、温度和磨损率的变化规律,揭示相应的磨损机理。结果表明:在连续紧急制动实验中,接触表面经历了摩擦膜形成和层间断裂过程,摩擦因数随接合次数增加略微下降,并趋于稳定。在前40次接合中,SiC/Cu和SiC/Fe摩擦副的磨损率整体下降。在40~60次接合中,SiC/Cu摩擦副黏着磨损、氧化磨损和疲劳磨损加剧,磨损率升高。而SiC/Fe摩擦副以磨粒磨损为主,磨损率较低。在连续高温制动实验中,摩擦因数在前6次接合中逐渐升高,制动时间逐渐缩短。在第6次接合后,摩擦副边缘区域出现的黏着磨损和疲劳磨损导致力矩下降,摩擦因数和制动时间均呈先降后升趋势。连续高温制动过程中以严重的黏着磨损为主,SiC/Cu和SiC/Fe摩擦副的磨损率均随接合次数增加而升高。

关键词：双连续相复合材料制动摩擦磨损磨损机理