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Al_2O_3纤维填充PTFE复合材料摩擦磨损性能分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-10-10  浏览次数:5 选择视力保护色:

[摘要]  中华不锈钢网据外媒报道:SiC颗粒的加人,并没有从根本上改变复合材料中基体合金的沉淀过程,但加速了复合材料的时效硬化过程

  中华不锈钢网据外媒报道:SiC颗粒的加人,并没有从根本上改变复合材料中基体合金的沉淀过程,但加速了复合材料的时效硬化过程,使得复合材料达到峰值硬度的时效时间提前。
  
  时效温度对SiCp/LD2复合材料的硬化过程有很大的影响,对130T、160温度下复合材料硬化行为考察结果表明,体积分数为40 %,粒径为3.5的SiC颗粒增强LD2复合材料在130丈时效温度下显示出最高硬度。
  
  SiCp/LD2复合材料与基体合金LD2时效析出机制是不同的。利用DSC对时效过程的分析表明,SiC颗粒的加人抑制了复合材料中G.P.区的形成,但(3'相的析出却被促进SiCP/LD2复合材料峰时效的主要强化相是卩'相。SiCp/LD2复合材料在130t,9h时效的强化效果为最佳,这主要是由于相的弥散析出及高密度位错所致。
  
  聚四氟乙烯(PTFE)具有优良的减摩性及自润滑性,但其耐磨性较差,近年来人们对PTFE的改性进行了很多研究1―'发现在PTFE中加入石墨、玻璃纤维、青铜粉及碳纤维等,可以显着提高其强度、硬度及耐磨性。已有研究表明,硬质Al23粒子可以较好地改善PTFE的耐磨性及耐高温性对Al23纤维改性金属材料的耐磨性已进行过研究。Al23纤维与Al23粒子相比性能更佳,预计教授 。
  
  目前Al23纤维改性PTFE以及其复合材料的摩擦学性能研究未见报导。本工作研究了粉状Al23纤维填充PTFE复合材料的摩擦磨损特性,考察了含量和载荷对Al23纤维填充PTFE复合材料性能的影响,利用扫描电子显微镜探讨了复合材料的磨损机理。
  
  2试验材料及方法2.1试验材料所用PTFE为济南化工厂生产,平均粒度50Mm,粉状Ah3纤维平均直径为15~201,长度<100m.试验材料的制备是将Al23按质量分数(下同)5%、10%、15%、20%、30%加入到,丁卩瓦中,按下述工艺制成不同Al23纤维含量的PTFE复合材料试样:PTFE+Al23纤维粉※机械搅拌混匀―冷压成型―烧结成型―毛坯制品―锯割―打磨―试样。
  
  2.2摩擦磨损性能评价摩擦磨损试验采用M-2000型摩擦磨损试验机,在转速为200r/min的干摩擦条件下,测定试样在不同载荷作用下的磨损质量损失(用万分之一的光电分析天平称出)及摩擦系数。摩擦偶件为45号钢环,其表面粗糙度0.08~0.12Pm.硬度测量用布氏硬度计,载荷62.5N,加载时间60s. 3试验结果与讨论3.1AI2O3纤维含量及载荷对PTFE复合材料磨损性能的影响为Al23纤维填充PTFE和纯PTFE在不同载荷下的磨损质量损失。可见,两种材料的磨损质量损失均随载荷的增加而加大,PTFE的磨损质量损失增加较快,而填充PTFE复合材料的磨损质量损失增加较为平缓,且远比纯PTFE小。表明AI2O3纤维可提高PTFE的耐磨性。PTFE磨损的本质是其在外力的作用下,大分子链发生滑移或断裂,从而使材料被拉出结晶区并形成片状转移到对偶件表面,造成粘着磨损,不象在纯PTFE中那样容易解脱,因而耐磨性明显提高。
  
  中华不锈钢网据外媒报道:合材料的磨损量最小,在5%时复合材料的磨损量较大,也就是说,合适含量的Al23纤维有利于提高PTFE复合材料的耐磨性,并不是Al23纤维填料的含量越高,耐磨性就越好。在本试验条件下,Al23纤维含量为20%时,材料的耐磨性最好。且随着载荷的增大,其磨损质量损失增加很小。其原因可能是Al23纤维含量较少时,它不能有效地提高基体的硬度和剪切强度,起不到支承载荷的作用。
  
  可见,Al23纤维的加入,可提高PTFE复合材料的硬度,当Al23纤维含量为20%,其硬度提高较多,所以这时材料的耐磨性也较好。但如果含量太高,虽然也能提高复合材料的硬度和强度,使材料的承载能力加强,但会导致磨粒磨损,因而使材料的磨损量又增大。由于Al23纤维填充PTFE在磨损过程中不可避免地发生Al23纤维脱落,形成磨粒磨损,而且Al23纤维含量越高,微粒脱落越多,磨粒磨损就越大,且载荷增加,磨粒磨损加大。在试验中可以清楚地观察到,Al23纤维含量较低试样的对磨偶件表面有一层转移膜,而含量较高没有转移膜,这可能是磨粒磨损是否作用的缘故。
  
  不同含量Al23纤维填充PTFE复合材料的硬度Table质量分数,布氏硬度/N°mm2在试验中可见,纯PTFE的磨屑呈碎片状,而填充Al23纤维后PTFE的磨屑呈细粒状,这可能是磨损方式发生变化所致。由于Al23纤维的加入导致PTFE复合材料产生较为严重的塑性变形,从而使其磨损及磨屑特征明显不同于纯PTFE.这同Tanaka等的研究结果相似,他们认为填料可破坏PTFE的带状结构而生成细小粒状磨屑,同时填料的加入降低了磨损。
  
  是不同含量的纤维填充PTFE后试样磨不同AhOs含量的PTFE磨损表面的SEM形貌600X损表面形貌的SEM形貌。可见含5%Al23试样的磨损表面磨痕较为光滑,其磨损机理主要为粘着磨损,随载荷增大,试样表面出现裂纹和脱落,即Al23纤维含量较小的PTFE试样在载荷加大时会出现疲劳磨损,而含量为20%和30%的试样在载荷较大时都有不同程度的犁沟,AI2O3含量在20%时犁沟较轻微,含量在30%时犁沟最严重。说明AI2O3纤维含量增大时会导致磨粒磨损,且Al23纤维含量越大,磨粒磨损就越严重,载荷加大时这种现象更为突出。因此,只有在基体中加入适量的Al23纤维,才能使PTFE的硬度和强度有所增加,又不会导致严重的磨粒磨损,从而提高PTFE的耐磨性。在本试验条件下,Al23纤维的最佳含量为3.2Al23纤维含量及载荷对PTFE复合材料摩擦性能的影响为不同载荷下AI2O3含量对PTFE复合材料摩擦系数的影响。可见,在Al23纤维含量较低时,摩擦系数随着载荷的增加有所减小,而在AI2O3纤维含量较高时,PTFE复合材料的摩擦系数随着载荷的增加有所增加。总之,AI2O3填充PTFE复合材料的摩擦系数比不填充PTFE的略高,且填充PTFE复合材料的摩擦系数随填料含量的增加而有所增大。
  
  不同载荷下Al2O3含量对填充PTFE的摩擦系数的影响PTFE复合材料是粘弹性聚合物,在外力作用下发生粘弹性变形,其摩擦系数的变化服从关系式Kpf1(K为常数,P为载荷,n为系数,取值2/3~1)。从公式可见,PTFE复合材料的摩擦系数随着载荷的增大而减小;当载荷增大到一定值时,由于摩擦表面温度升高,材料的强度降低,承载能力下降,摩擦系数又会有所增大。而Al2O3含量较高的PTFE复合材料在较高载荷下,填料Al2O3纤维可被拉拔脱离PTFE基体f表明磨损表面有纤维拔出现象Al2O3短纤维拔出后会形成磨粒,AI2O3纤维含量越高,磨损时在表面上形成的磨粒越多,从而会加剧磨粒磨损,导致摩擦系数增大。
  
  结论Al23纤维填料可提高PTFE的耐磨性,但当复合材料中Al23含量较高时会导致磨粒磨损,且含量越高磨粒磨损越严重。在本试验条件下,当AI2O3的质量分数为20%左右时,PTFE复合材料的耐磨性最佳。中华不锈钢网据外媒报道

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