检索结果-南通市图书馆

作者：王佳静河南大学

学位级别：硕士

当摩擦系统实现油基超滑时,摩擦系数达到0.001级别,可节约大量能源,有效延长机械运动部件的使用寿命。然而,目前所实现的油基超滑具有一定的局限性,如:较长的跑合期、特定的摩擦副材料(陶瓷、蓝宝石)等,这在一定程度上限制了油基超滑的... 详细信息

当摩擦系统实现油基超滑时,摩擦系数达到0.001级别,可节约大量能源,有效延长机械运动部件的使用寿命。然而,目前所实现的油基超滑具有一定的局限性,如:较长的跑合期、特定的摩擦副材料(陶瓷、蓝宝石)等,这在一定程度上限制了油基超滑的工业化应用。为了实现油基超滑的快速响应,减少因跑合造成的严重磨损,本文对摩擦系统进行合理设计,采用已经实现工业化生产和应用的油溶性Cu纳米颗粒(Cu-DDP NPs)作为聚α-烯烃(PAO)的添加剂,将内聚能密度较低的聚醚醚酮(Polyetheretherketone,PEEK)与轴承钢(GCr15)组成摩擦配副。油溶性铜纳米颗粒具有良好的分散性,在多种润滑油中均能展现出优异的减摩抗磨性能。由于PEEK具有较低的内聚能密度,在摩擦过程中易转移到GCr15表面并形成保护层,还可作为碳源促进碳基摩擦膜的形成。而金属Cu具有催化性能,在摩擦剪切力和摩擦压力作用下,发挥催化作用促使PAO或PEEK长链的分解,生成以碳为基底的化学反应膜,从而发挥减摩作用,提高耐磨性。本文主要的研究内容及结论如下:(1)PEEK-GCr15摩擦配副油基超滑的实现与机制采用Cu-DDP作为添加剂,PAO40为润滑油,利用MRH-3型高速环-块摩擦磨损试验机,在PEEK-GCr15界面研究了Cu-DDP的浓度、施加载荷、滑动速度对其摩擦学性能的影响并对油基超滑机理进行深入探讨。结果表明,Cu-DDP的减摩抗磨效果显著,在0.05～2.5 wt.%浓度范围内均能使PEEK-GCr15实现油基超滑。当添加量为0.25wt.%时,摩擦系数低至0.002,较PAO40降低了97%,磨损率在10 mm/Nm数量级。扫描电镜结果显示,GCr15表面覆盖着一层以碳为基底的摩擦膜。摩擦前后的润滑油和Cu-DDP的红外和透射结果表明Cu-DDP表面的修饰链在摩擦过程中断裂,吸附在GCr15的磨损表面,成为摩擦膜的组成部分。另外,作为石墨烯的理想衬底,Cu的(111)晶面上观察到了石墨烯成分,其较弱的层间结合力,能够显著降低摩擦系数和磨损率。高性能碳基摩擦膜与PEEK优异的自润滑性能、Cu-DDP的填充修补作用对系统油基超滑的实现具有明显的协同作用。(2)PEEK复合材料与GCr15摩擦配副的超滑机制虽然纯PEEK与GCr15在Cu-DDP的摩擦催化作用下能实现的油基超滑,然而现代工业装备往往面临高速高载、低速重载、频繁启停等苛刻工况,这对摩擦副材料的机械力学性能提出更高的要求;同时如何实现高承载下的油基超滑,也是超滑面临的难题之一。为了在更高接触压力下实现油基超滑,在PEEK基体中引入常用的增强纤维(短切碳纤维,SCF)和固体润滑剂(聚四氟乙烯,PTFE),并探讨了填料对于PEEK机械性能的影响;在固定实验条件(400 N、0.2 m/s)下,研究了SCF以及Cu-DDP浓度含量对PEEK/SCF-GCr15摩擦学行为的影响规律,并利用扫描电子显微镜对其磨损表面进行了分析;在400 N～1000 N条件下,研究了载荷对于PEEK/10SCF/3PTFE-GCr15的摩擦学性能的影响,并采用扫描电子显微镜、全反射红外光谱、拉曼光谱对其磨损表面的形貌和结构进行了分析。结果表明,PEEK/SCF的机械性能显著增强且Cu-DDP展现出了优异的减摩抗磨效果,相较于纯PAO40,PAO40+Cu润滑时,摩擦系数和磨损率都大幅降低。由于SCF与PEEK界面间的粘附力较差,添加SCF虽然可提高PEEK的耐磨性,但在PAO40润滑时,与PEEK相比,只有PEEK/5SCF的摩擦系数下降明显,SCF的添加量较多时,摩擦系数反而升高,而PEEK/10SCF在PAO40+Cu润滑时,并未实现油基超滑。为降低摩擦系数,在PEEK/10SCF中加入PTFE,摩擦实验结果表明在400 N～1000 N范围内,PEEK/10SCF/PTFE-GCr15均能实现超滑,扫描电子显微镜结果表明PAO40+Cu润滑时,PEEK/10SCF/3PTFE和GCr15磨损表面的磨损现象得到改善,犁沟和裂纹明显减少。全反射红外光谱表明PEEK/10SCF/3PTFE经摩擦作用转移到GCr15表面并沉积成膜,形成了以碳为基体的摩擦膜。拉曼光谱和透射电镜结果表明GCr15表面生成了石墨烯和石墨碳包裹Cu核的球状结构,发挥滚动轴承作用,降低摩擦系数,与PEEK复合材料的自润滑性能、Cu的自修复能力协同实现超滑。

关键词：油基超滑铜纳米添加剂摩擦催化诱导聚醚醚酮-GCr15配副协同机制

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铜纳米添加剂的制备及其摩擦学性能分析

引用

中国表面工程 2005年第5期18卷 24-27页

作者：王晓丽徐滨士于鹤龙许一装备再制造技术国防科技重点试验室北京100072

采用KBH4液相还原法制备了纳米铜颗粒,通过X射线衍射和透射电镜分析,得出所制备的纳米铜颗粒的粒径约为20nm的圆球形颗粒。分析了表面修饰的纳米铜颗粒作为润滑油添加剂的摩擦学性能和作用机理,结果表明纳米铜的加入,能在磨损表面形成... 详细信息

采用KBH4液相还原法制备了纳米铜颗粒,通过X射线衍射和透射电镜分析,得出所制备的纳米铜颗粒的粒径约为20nm的圆球形颗粒。分析了表面修饰的纳米铜颗粒作为润滑油添加剂的摩擦学性能和作用机理,结果表明纳米铜的加入,能在磨损表面形成一层润滑性的铜膜,从而能够有效地改善润滑油的抗磨减摩性能,降低润滑油的摩擦因数,减小摩擦副的磨损量,并得出纳米铜添加剂的最佳用量。

关键词：铜纳米添加剂制备摩擦学性能抗磨减摩

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