自潤滑材料摩擦磨損性能探究范文

本站小編為你精心準備了自潤滑材料摩擦磨損性能探究參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：研究了不同基體的自潤滑材料在無油和含油環境下的摩擦磨損性能，通過對端面試驗和圓環試驗的摩擦因數、磨損量或磨痕寬度的變化闡述，分析了不同基體的減磨層的摩擦磨損過程及機理。結果表明，在干摩擦環境下，PTFE基減磨層表現出了更低的滑動摩擦因數，且端面磨損量低于BMI基材料，而圓環試驗中的磨痕寬度兩者相反，BMI交聯反應形成的剛性骨架增大了摩擦初期的磨損量。3種材料的油潤滑端面磨損量均比較小，但BMI和PTFE基減磨層在油潤滑圓環試驗中的磨痕寬度與無油環境下的相比，分別減少了99.5%和22.6%，PTFE和POM基的油潤滑磨痕寬度和摩擦因數相近，BMI交聯反應后形成的交聯結構骨架及POM線性分子的高結晶度使減磨層強度較高，在油潤滑膜的隔離下，有利于提高其摩擦性能。

關鍵詞：自潤滑；摩擦；磨損；摩擦系數

在機械設備運轉的過程中，各部件在作用力傳遞過程中往往存在著相互摩擦與磨損。據統計，摩擦損失了世界一次性能源的1/3以上。為了延長機械部件的壽命，節約材料與能源，研發新的潤滑材料勢在必行[1]。潤滑材料基本可以分為氣體潤滑材料、液態潤滑材料、半固體潤滑材料和固體潤滑材料。液體潤滑材料一般為油潤滑，是使用最為廣泛的一種材料，但在滑動摩擦過程中無法保證充分的潤滑油儲備，潤滑油缺失則會導致材料嚴重磨損，而固體潤滑材料則可在無油狀態下實現固體潤滑效果[2-3]。固體潤滑材料是充分利用材料的層狀結構，或者分子間低的結合力，當對磨材料間受到剪切力時，實現分子間的低能量滑移，在相互摩擦介質之間形成一薄層的固體潤滑膜，從而降低對偶材料間的摩擦因數，減輕其磨損程度。自潤滑固體復合材料是將固體潤滑材料通過軋制或其他物理、化學的方法黏附在背板上，使背板在無油狀態下擁有良好的自潤滑特性[4-5]。自潤滑材料可由摩擦因數較低的有機物或無機物組成，比如二硫化鉬、石墨、氮化硼、聚四氟乙烯、尼龍等。單一的材料體系一般無法實現自潤滑結構功能，而是要將多種材料配伍組合，綜合利用各材料的特性，實現自潤滑與結構的統一，這樣做，既保證了低的摩擦因數，又具有良好的強度、韌性、熱傳導等功能[6]。本文研究了改性聚四氟乙烯減磨層、改性聚甲醛減磨層和改性雙馬樹脂減磨層材料的減摩、耐磨性能，分析了各體系材料的減磨特性。

1材料和試驗過程

1.1試驗材料

改性聚四氟乙烯自潤滑材料：北京航空材料研究院研制，材料型號為FQ-PTFE，材料主要由聚四氟乙烯、二硫化鉬、玻璃纖維等組成。改性聚甲醛自潤滑材料：北京航空材料研究院研制，材料型號為FQ-POM，材料主要由聚甲醛、聚四氟乙烯、二硫化鉬等組成。改性雙馬樹脂自潤滑材料：北京航空材料研究院研制，材料型號為FQ-BMI，材料主要由雙馬來酰亞胺樹脂、聚四氟乙烯、二硫化鉬等組成。測試試樣由表面有自潤滑材料減磨層、中間銅球粉燒結層和鋼背三層材料復合組成，如圖1所示。將青銅銅球粉均勻地鋪在鋼板上，在還原性氣氛保護的環境下，高溫燒結制成青銅銅球粉多孔結構的銅鋼復合背板，然后將自潤滑材料鋪放在青銅銅粉多孔結構的銅鋼復合背板上，通過軋機軋制使得自潤滑材料均勻、分散地軋入銅粉多孔結構中，然后再經過燒結制成試驗板。

1.2試驗方法

摩擦和磨損性能按照GB/T27553.1—2011測試，端面試驗機測試摩擦因數和磨損量，圓環試驗機測試摩擦因數和磨痕寬度。摩擦磨損試驗條件分2種，即干摩擦和油潤滑。

2結果與分析

2.1干摩擦試驗結果分析

自潤滑材料板材的端面試驗可以更直接地評價在規定轉速和時間下材料的耐磨性能，因改性POM復合材料在干摩擦時的摩擦因數和磨損量比較大，這類材料在干摩擦條件下并無應用價值。因此，干摩擦試驗僅對照改性PTFE和改性BMI兩類材料。

2.2油潤滑試驗結果分析

潤滑油對于各類型自潤滑材料的影響不一，尤其針對聚合物基自潤滑涂層，油膜的形成改變了對偶面的摩擦介質。

3結論

雖然PTFE基的干摩擦因數高于BMI基材料，但磨損量優于后者，FQ-PTFE試樣磨損后在對偶面快速形成轉移潤滑膜，而FQ-BMI試樣的剛性骨架使材料在初期磨損量比較大。BMI基材料在端面干摩擦試驗中的磨損量高于PTFE基材料，而BMI基材料在圓環試驗中的磨痕寬度卻遠遠小于PTFE基材料。改性BMI在減磨層內交聯反應形成的剛性骨架起到了支撐作用，在對偶面形成潤滑膜后，可減小對減磨層基體的磨損程度。3種類型的材料在油潤滑條件下均具有較小的磨損量，3種類型材料圓環試驗機在油潤滑環境中，磨損量由大到小依次為FQ-PTFE＞FQ-POM＞FQ-BMI，POM和BMI基減磨層由于樹脂的高結晶度或者高交聯度影響，使主要磨損僅發生在油潤滑膜形成前的摩擦初期階段，當兩摩擦基面間形成轉移潤滑膜之后，磨損迅速減少。在摩擦初期階段，PTFE基減磨層的磨損由自身材料來減磨、潤滑，而油膜形成后，破壞了PTFE基減磨層轉移膜的形成條件，則轉變為油潤滑膜潤滑。BMI基減磨層在油潤滑環境下的圓環試驗中，磨痕寬度僅為無油狀態的0.5%，油膜隔離了2對磨結構，BMI基形接觸壓力，表5為3種材料在油潤滑環境下的圓環試驗機摩擦磨損試驗結果。3種類型材料的圓環試驗機在油潤滑環境下，滑動摩擦因數由大到小依次為FQ-POM＞FQ-PTFE＞FQ-BMI，FQ-PTFE、FQ-BMI相對于無油潤滑摩擦因數分別降低80.6%和86.5%.與端面摩擦不同，FQ-POM試樣的摩擦因數是三者最大的，這表明，POM基試樣在小的接觸面積摩擦過程中，以油為主的對偶面潤滑膜發生了破裂，但破裂過程是極為短暫的，破裂后隨即再生，這種短暫的破裂增加了油潤滑摩擦因數，但耐磨性骨架在一定程度上限制了材料磨損寬度。油潤滑條件下的FQ-PTFE的磨痕寬度比無油潤滑時的磨痕寬度降低了22.6%，磨痕寬度與FQ-POM相當，而FQ-BMI試樣的磨痕寬度降低了99.5%，磨痕寬度僅為0.01mm或更小（幾乎看不出來已摩擦過的痕跡）。BMI基的交聯骨架的高強度和分子高鍵能，大幅度增加了材料耐磨性能，在油潤滑條件下，這類材料對圓環摩擦并不敏感。雖然FQ-PTFE試樣擁有較低的摩擦因數，但基于PTFE基的改性材料剛性不足，在圓環壓力下，自潤滑材料減磨層易向對磨結構轉移，使磨痕寬度遠遠高于FQ-BMI。

參考文獻：

［1］喬紅斌，田雪梅，吳芳.高分子自潤滑材料研究進展［J］.材料導報，2007（10）：24-26.

［2］劉超鋒.國內自潤滑軸承用材料的研究和開發［J］.鑄造技術，2006（04）：416-420.

［3］張招柱，沈維長，趙家政.幾種PTFE基自潤滑復合材料軸承在油潤滑條件下的摩擦學特性［J］.摩擦學學報，1993（03）：228-237.

［4］劉超鋒，楊振如.聚合物基自潤滑軸承材料［J］.橡塑資源利用，2007（01）：26-28，31.

［5］竇強，馮新，陸小華.聚甲醛自潤滑復合材料的開發與應用［J］.高分子材料科學與工程，2003（01）：36-40.

［6］丁華東，傅蘇黎，朱有利，等.自潤滑滑動摩擦系數研究［J］.兵器材料科學與工程，2001（04）：31-33.

作者：崔海超1；邰同波2；羅光華3 單位：1.中航工業復合材料技術中心，2.山東高密潤達機油泵有限公司，3.中電科第11研究所