金属表面织构对聚四氟乙烯-氧化铝复合材料磨损的影响

摘要

金属表面织构在流体润滑条件下可以通过存贮润滑剂和流体动压效应有效降低界面摩擦磨损，目前已经有在织构表面使用固体润滑剂来减少干摩擦条件下的摩擦和磨损的尝试，但都局限于使用二硫化钼等粉末润滑介质，且减摩抗磨效果不显著。此外，目前文献中也缺少较为简便快捷的织构最优化设计方法。聚合物固体自润滑材料干摩擦时可以通过存储磨屑提高界面成膜能力和转移膜的质量，从而起到减摩抗磨效果。
　　本研究主要研究激光蚀刻制备的金属表面微坑织构对聚四氟乙烯-氧化铝纳米复合材料磨损的影响，并使用正交试验法和单纯形法找出复合材料磨损最低的微坑参数。为提高实验效率，文中设计并制作了一台多执行单元的线性往复式摩擦磨损试验机，并使用该试验机完成了17组磨损试验。
　　研究结果发现，最优织构参数为直径D=600μm、深度d=5μm、面积占有率f=0.02，对应的复合材料磨损率为1.6×10-7mm3/Nm，这个数值与复合材料在无织构表面的磨损率相同。使用新制备的上试样聚合物与已存在稳定转移膜的B3织构表面进行交换试验时，发现复合物产生的跑合磨损体积比原始试验降低了90％，而此时的稳态磨损率为3.9×10-7mm3/Nm。相反，在原先存在稳定转移膜的无织构对磨面上进行交换试验后，跑合磨损体积增加了3倍，而稳态磨损率变为4.4×10-6mm3/Nm。本研究表明，聚合物固体润滑材料在对磨面上滑动时，当织构参数范围为D＞600μm、f＜0.02、d＜5μm·，更有利于截留碎屑、促进转移膜形成和减少磨损，且最优织构不需要在磨合时期消耗大量复合材料磨损量就能够实现低磨损。文中还提出了一种新的金属表面织构最优化设计方法，可以用于提高织构设计效率。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．2 表面织构的加工方法

1．3 表面织构对摩擦磨损性能的影响

1．3．1 流体润滑条件下表面织构对摩擦磨损的影响

1．3．2 固体自润滑条件下表面织构对摩擦磨损的影响

1．4 聚合物纳米复合材料润滑机理

1．5 国内外研究现状评述及目前存在的问题

1．6 本文的研究内容

第二章 摩擦磨损试验机及实验方法设计

2．1 引言

2．2 试样制备

2．2．1 PTFE-Al2O3复合材料的制各

2．2．2 纯聚合物试样的制备

2．2．3 金属表面织构的加工及处理

2．2．4 表面形貌的测量

2．3 线性往复式摩擦磨损试验机的设计与建模

2．3．1 试验机的技术要求

2．3．2 试验机的整体结构设计

2．3．3 传动系统的设计

2．3．4 加载系统的设计

2．3．5 装夹系统的设计

2．3．6 测控系统的设计

2．3．7 软件系统的设计

2．4 基于正交试验法设计表面织构参数优选方案

2．5 线性往复磨损试验

2．6 本章小结

第三章 表面织构参数对聚合物磨损的影响

3．1 纳米复合材料磨损试验结果分析

3．1．1 确定最优织构

3．1．2 转移膜形貌与磨损率的关联

3．1．3 交换试验测试现有转移膜的减磨效果

3．2 纯聚合物材料磨损试验结果分析

3．2．1 磨损率的分析

3．2．2 交换试验后检测现有转移膜的减磨效果

3．3 比较表面织构对PTFE-Al2O3复合材料与纯聚合物的减磨效果

3．4 本章小结

第四章 表面织构影响自润滑材料磨损的机理

4．1 表面织构影响自润滑材料磨损试验模型

4．1．1 试验现象

4．1．2 试验现象表征的磨损机理

4．2 本章小结

第五章 总结

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况