氧化处理对MC尼龙_C_3D_复合材料摩擦磨损性能的影响
氧化处理对金属材料表面摩擦学性能的影响研究
氧化处理对金属材料表面摩擦学性能的影响研究氧化处理（Oxidation treatment）是指将金属材料表面暴露于氧化剂中，形成一层薄膜来改变其表面性质和组成的过程。
氧化处理对金属材料表面摩擦学性能的影响一直是材料科学与工程领域的研究热点之一。
首先，氧化处理可以显著改变金属材料的表面粗糙度。
通过氧化处理，金属材料表面形成的氧化膜可以填充原有的微观表面缺陷，减少粗糙度，从而降低表面接触阻力，提高摩擦性能。
研究结果表明，氧化处理后，金属表面的摩擦系数和磨损率都得到了显著降低。
例如，铸铁经过氧化处理后，其摩擦系数从0.55下降到0.15左右。
这是因为氧化膜表面的高硬度和光滑度可以减少接触面积，降低摩擦力和磨损。
其次，氧化处理可以增加金属材料的表面硬度。
金属材料经氧化处理后，由于氧化膜中含有金属和非金属元素的化合物，使表面硬度得到显著提高。
这可以有效地减少金属材料在摩擦过程中的塑性变形和切削磨损，从而改善表面的耐磨性能。
例如，氧化处理后的不锈钢表面硬度可提高约30%，从而大大延长其寿命，降低使用成本。
此外，氧化处理还可以提高金属材料的抗腐蚀性能。
金属材料的摩擦学性能往往与其抗腐蚀性能密切相关。
经过氧化处理后，金属表面形成的氧化膜不仅可以阻隔外界的氧、水和各种腐蚀介质的侵蚀，还可以吸附和固定金属表面上的有害物质，减少化学反应的发生，从而降低金属材料的腐蚀速度。
这样可以提高金属材料的耐腐蚀性，保护金属表面免受腐蚀和磨损的侵害。
然而，氧化处理对金属材料表面摩擦学性能的影响并不是单一的，其效果也与氧化剂的种类、温度和处理时间等因素密切相关。
例如，氧化剂中的氧气可以与金属材料表面的金属离子快速结合，形成一种致密的金属氧化膜，从而降低摩擦系数和磨损率。
而某些氧化剂可能导致氧化膜表面颗粒较大，粗糙度较高，从而增加摩擦系数和磨损。
综上所述，氧化处理对金属材料表面摩擦学性能具有显著影响。
氧化处理可以改变金属材料表面的粗糙度和硬度，从而降低摩擦系数和磨损率，提高耐磨性能；同时，氧化处理还可以提高金属材料的抗腐蚀性能。
不同条件下不同尼龙的摩擦磨损性能
2021年3月第45卷第3期Vol.45No.3Mar.2021 MATERIALS FOR MECHANICAL ENGINEERINGDOI：10.11973/jxgccl202103011不同条件下不同尼龙的摩擦磨损性能陈保磊，贾体锋，周忠尚，张小强（徐工集团徐工铁路装备有限公司，徐州221000）摘要：分别制备了MC尼龙、含5%（质量分数）润滑油的MC油尼龙及35%（体积分数）碳纤维增强的复合MC尼龙,研究了3种尼龙在干摩擦、洁净水、干砂、水砂条件下的摩擦磨损性能。
结果表明：MC油尼龙表面由于存在润滑油膜，4种条件下的摩擦因数和磨损率均最小；干摩擦和水润滑条件下.复合MC尼龙表面的纤维凸起使其磨损率和摩擦因数均较MC尼龙的小；水润滑下的尼龙磨损程度均较干摩擦下的小；干砂和水砂条件下，石英砂的犁削作用使MC尼龙表面出现较多犁沟，MC油尼龙表面由于存在润滑油膜，仅出现少量犁沟。
水砂条件下的尼龙磨损程度均较干砂条件下的小。
关键词：MCPA；OMCPA；CFMCPA；摩擦条件；摩擦磨损性能中图分类号：TH117.1文献标志码：A文章编号：1000-3738（2021）03-0056-05 Friction and Wear Properties of Different Nylon Under Different Conditions CHEN Baolei,JIA Tifeng,ZHOU Zhongshang,ZHANG Xiaoqiang(XCMG Railway Equipment Co.,Ltd.,Xuzhou221000,China)Abstract:MC nylon,MC oil nylon containing5%(mass fraction)of lubricating oil,and carbon fiber r&nforced compound MC nylon containing35%(volume fraction)of carbon fiber were prepared.The friction and wear performance of three kinds of nylon under dry friction,clean water,dry sand,and water sand conditions were studied.The results show that the friction factor and wear rate were the smallest of MC oil nylon under the four conditions due to the existence of lubricant film on the surface.Under the conditions of dry friction and water lubrication,the fiber protrusions on the surface of compound MC nylon made the wear rate and friction factor smaller than that of MC nylon.The degree of wear of nylon under water lubrication were lower than that under dry friction.Under the conditions of dry sand and water sand,the ploughing effect of quartz sand caused more furrows appeared on the surface of MC nylon.Only a few furrows appeared on the surface of MC oil nylon due to the lubricant oli film on the surface.The degree of wear of nylon under water sand conditions was lower than that under dry sand conditions.Key words:MCPA；OMCPA；CFMCPA；friction condition；friction and wear performanceo引言单体浇铸尼龙（MC尼龙）因具有强度、刚度高，耐磨损、耐化学腐蚀性能好，以及成型工艺简单、尺寸限制小等优点而广泛应用于机械、食品、化工等领域。
无灰抗氧化剂类型对含MoDTC的发动机油的减摩耐久性的影响
无灰抗氧化剂类型对含MoDTC的发动机油的减摩耐久性的影响如何提高汽车燃油效率已成为全球环保和节能的重要课题。
燃油效率可以通过ASTM序列VIB测试出来，该测试是采用福特4.6L发动机与滚柱随动气门机构系统进行测定。
它的功能是用来测量发动机油老化96小时后的燃油效率，以及老化16小时后的燃油效率。
众所周知，有两种方法可以提高汽油的燃油效率。
一是降低润滑油粘度以减少低温或高速驾驶条件下的流体摩擦。
然而，极低粘度的润滑油会增加发动机在混合润滑区域的摩擦。
所以需要将润滑油粘度调整到符合特定发动机的最佳粘度。
另一种方法是在发动机油中添加摩擦改进剂，以减少高温和低速驾驶条件下固体金属对金属的接触摩擦。
在摩擦改进剂中，二硫代氨基甲酸钼(MoDTC)被认为是降低摩擦最有效的添加剂。
由于滑阀传动系统在发动机中的广泛应用，几乎所有的燃油经济性机油都将MoDTC作为摩擦改进剂。
二硫代氨基甲酸钼(MoDTC)与二硫代磷酸锌(ZnDTP)或其他含硫化合物在摩擦副表面发生摩擦化学反应，形成具有层状结构的二硫化钼(MoS2)，从而起到良好减摩抗磨效果。
很多实验表明，ZnDTP的存在有助于MoDTC的分解而形成MoS2，有利于MoDTC更好且在更长时间内发挥减摩抗磨性能。
通过发动机老化试验，对含MoDTC的全配方油品进行老化试验，评价两种典型抗氧化剂——受阻酚(PHE)和二苯胺(DPA)对减摩耐久性的影响。
试验油减摩耐久性试验使用发动机试验对试验机油进行老化处理，以评估其减摩耐久性。
试验发动机规格如表2所示。
一台1.988升6缸发动机被用来老化试验机油。
将油量减少到2.0升，加速油的变质。
油温为100℃，运行20小时。
试验的持续时间相当于在现场行驶8000公里的时间。
在不添加新油的情况下，每跑1600公里提取一次老化油。
摩擦系数评定用滚筒式圆盘试验机测量老化油的摩擦系数，如图所示。
测试温度从40℃升高到120℃，每5分钟增加10℃。
碳碳化硅复合材料摩擦磨损性能分析
的波动幅度减小; S iC 含量升高则反之。 C /C-S iC复合材料经过多次刹停测试, 摩擦系数对制动次数不敏感, 表 现
出良好的摩擦稳定性。经过连续刹车试验, 摩擦系数不随表面的起始和最终温度升高而衰退, 材料尚无 热衰竭趋
势。对 C /C-S iC 刹车盘试样的磨损表面形貌及缺陷进行了观察, 发现表面磨损质量在航标允许范围内。
稳定性大小也接 近。结合 图 1可 以得出, C /C-S iC 复合材料的密度和碳含量增大, 摩擦系数和稳定性 提高; S iC含量升高, 摩擦系数和摩擦稳定性下降。
图 2 C /C-S iC 复合材料试样摩擦系数及稳定性 与密度的关系
F ig. 2 T he fr iction coe fficien t and stab ility o f C /C-S iC d isks w ith in different density
关键词: 碳 /碳化硅 ( C /C-S iC )复合材料; 化学 气相渗透 ( CV I) ; 摩擦性能; 表面磨损
中图分类号: TB323; TH 117
文献标识码: A
文章编号: 1005-5053( 2005) 02-0049-06
碳 /碳复合材料是目前航空领域广泛应用的摩 阻材料, 常用作新一代民用及军用飞机的摩擦元件。 但是大多数碳 /碳刹车盘在 700e 就严重氧化, 潮湿 环境下易导致制动失效, 在吸收相同 热库情况下, C /C盘需要的体积容量大, 从而大大降低了使用性 能和寿命 [ 1~ 3] 。碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料 ( C /C-SiC ) 是一种新型的摩阻材料, 具有密度低、耐 磨、抗氧化性及抗热震性 好等特点 [ 4 ] , 使用温度可 达 1000e 以上 比 C /C 需要的热容体积更小。刹车 盘是飞机起降和安全的关键性制动部件, 采用 C /CS iC复合材料的刹车盘可以克服传统摩擦材料的高 温失效及摩擦学缺陷。因此, C /C-S iC 复合材料在 飞机刹车材料领域将 具有广阔的应用 前景 [ 5] 。对 该新型摩阻材料的研究引起了国内外一些学者的关 注。德国宇航局率先研制用于汽车的 C /C-SiC 摩阻 材料, 并 成 功 应 用 于 保 时 捷 911Turbo 高 档 汽 车 上 [ 5] 。美国 A ircraft Braking System s, G oodrich, H oneywe l,l and Parker-H annifin 四大 公司联立 研究应 用于刹车领域的陶瓷摩阻材料。国内中南工业大学 也进行了一些研究 [ 6] 。
尼龙纳米复合材料的环境性能研究毕业设计论文
尼龙纳米复合材料的环境性能研究摘要尼龙纳米复合材料是由MC尼龙添加纳米填料的方式制备而成。
MC尼龙作为工程应用很广泛的塑料，与传统的尼龙6相比，它具有合成工艺简单、机械性能优异等优点。
它因具有重量轻、强度高、耐磨等多种独特性能而被广泛应用于机械、石油化工及国防工业等领域，但是MC尼龙在摩擦性能方面仍然存在一些不足。
本论文即是对MC尼龙的改性研究，以改善其摩擦学性能。
在实验过程中通过加入石蜡/膨胀石墨相变复合材料，制备尼龙纳米复合材料。
通过磨损试验机测试其在不同线速度、不同材质环的摩擦学性能。
结果表明，加入相变复合材料能明显改善MC尼龙的摩擦学性能，磨损程度提高了50%，摩擦因数提高了75%。
在环的线速度方面，对于合金钢环,当环的线速度减小一倍，其耐磨性就增加一倍。
钢丝环，当环的线速度减小一倍，其耐磨性就增加55%左右。
对于油润滑环而言，当环的线速度改变，材料耐磨性能的变化方面表现不明显，相比同线速度的钢丝环摩擦，油润滑表现出的耐磨性能有很大的提高。
关键词：尼龙纳米复合材料,MC尼龙，耐磨性，膨胀石墨，相变复合材料STUDY ON THE ENVIRONMENTPERFORMANCE OF NYLON NANOMETERCOMPOSITESABSTRACTNylon nanometer composite material is prepared by the way of adding nanometer fillers by MC nylon. MC nylon is widely used as a plastic engineering, compared with the traditional nylon 6. It has the advantages of simple synthesis process, excellent mechanical properties, etc. It because of its light weight, high strength, wear and many other unique properties and is widely used in machinery, petroleum chemical industry and defense industry and other fields, but MC nylon in wear-resisting properties still exist some problems. This thesis is to study the modification of MC nylon in order to improve its wear-resisting properties. In the process of the experiment, the nylon nanometer composites were prepared by the addition of paraffin / expanded graphite phase change composites. The wear-resisting properties of different material rings were tested by wear testing machine, and the hardness of the material was tested with the hardness tester. The results show that adding composite phase change materials can significantly improve the wear-resisting properties of MC nylon, increased wear of 50% friction coefficient increases 75%. In terms of the linear velocity of the ring, for alloy steel ring, when the loop line velocity decreases a times, its wear resistance increases one times. Wire ring, when the ring speed of the wire is reduced, the wear resistance will increase by about 55%. For oily slip ring, ring line speed changes, changes in the resistance of the materials is not obvious and its wear resistance in relatively good state.KEY WORDS: Nylon nanometer composite material ，MC nylon,wear-resisting property, expanded graphite, phase change material目录第一章前言 (1)§1.1尼龙纳米复合材料的介绍 (1)§1.1.1MC尼龙的概念 (1)§1.1.2MC尼龙的特点 (1)§1.1.3MC尼龙的聚合机理及聚合过程中的影响因素 (3)§1.1.4MC尼龙纳米材料对摩擦接触表面的介绍 (5)§1.2尼龙纳米复合材料的研究背景、现状及研究意义 (6)§1.3摩擦学 (7)§1.3.1摩擦学概况 (7)§1.3.2摩擦学基本特征 (7)§1.3.3摩擦磨损的影响因素 (8)第二章实验部分 (8)§2.1实验材料、试剂及实验仪器 (8)§2.1.1实验材料与试剂 (8)§2.1.2主要实验设备 (9)§2.3 MC尼龙纳米复合材料的制备 (10)§2.4性能测试 (11)第三章结果与讨论 (13)§尼龙纳米复合材料摩擦性能的分析 (13)第四章 (24)§结论 (24)参考文献 (25)致谢 (28)第一章前言§1.1尼龙纳米复合材料的介绍§1.1.1MC尼龙的概念MC 尼龙也称铸型尼龙或单体浇铸尼龙，其作为一种应用市场范围很宽广的工程塑料，其分子结构上属于尼龙6，故其性能和特点上也和尼龙6基本类似，不同的是它在较低的温度下快速聚合成型，在分子量和结晶度方面表现较高，因此其在工程应用上的一些性能比尼龙6要好[1]。
材料表面处理对磨损性能的影响研究
材料表面处理对磨损性能的影响研究磨损是材料在运动过程中因接触及相互作用产生的表面破坏与材料流失的过程。
在工程领域中，磨损问题是一个复杂且普遍存在的现象，对于各行各业都有重要的影响。
针对材料磨损问题，科学家与工程师们一直在不断探索与研究，试图找到有效的解决方法。
其中，材料表面处理被广泛应用于改善材料的磨损性能。
材料表面处理是指通过改变材料的表面状态，以提高其性能和使用寿命。
常见的表面处理技术包括镀层、渗碳、氮化、机械加工等。
这些处理方法可以有效地改善材料的磨损性能，从而延长材料的使用寿命。
首先，镀层技术是一种常用的表面处理方法。
通过在材料表面镀上一层金属或陶瓷材料，可以有效抵抗磨损和腐蚀。
例如，钛被广泛用于医用器械的表面处理，改善了其耐磨性和生物相容性。
另外，镀铬技术也被应用于汽车发动机缸套和活塞环等零部件的制造，使其具有更好的耐磨性和润滑性。
其次，渗碳是一种常见的表面处理方法。
通过在材料表面加热渗入碳元素，形成高碳层，可以提高材料的硬度和耐磨性。
这种表面处理方法广泛应用于机械零部件的制造，如齿轮、轴承和齿条等。
渗碳技术不仅能够改善材料的磨损性能，还可以增加其使用寿命和承载能力。
再次，氮化技术也是一种常用的表面处理方法。
通过在材料表面形成氮化层，可以提高材料的硬度和耐磨性。
这种表面处理方法在切削工具、模具和轴承等领域得到广泛应用。
例如，氮化不锈钢具有良好的耐腐蚀性和磨损性能，是制造化工设备和医用器械的理想选择。
最后，机械加工也是一种常见的表面处理方法。
通过机械加工可以改变材料的形状和表面粗糙度，从而提高其耐磨性能。
例如，抛光是一种常用的机械加工方法，可以使材料表面更加光滑，减少与其他物体的摩擦，从而减少磨损。
综上所述，材料表面处理对磨损性能的影响研究已经取得了丰硕的成果。
不同的表面处理方法可以针对材料的不同需求来选择，从而改善材料的磨损性能。
随着技术的不断发展和进步，相信在不久的将来，材料表面处理技术将会更加完善和广泛应用。
《工程塑料应用》2008年总目次
ＭＣ尼龙／ ｍ２ Ｓ ｏ 纳米复合材料 的制备及性能研究 ………… （ ８—２ ） ４ 玻璃纤维增强改性 聚苯醚的研究 …………………………… （ ８） ９— 玻纤增强 Ｐ Ｓ Ｍｇ Ｐ ／ Ｏ绝缘导热 复合材料的研究 …………… （ ９—１ ） ２
Ｐ Ｅ ＭＭ Ｏ ／ Ｔ复 合发 泡 材 料 的 研 究 … … … …… … … … … … … （ ９—１ ５）
稀土偶联剂在再生 Ｐ ／ Ｐ 木粉复合材料中的应用研究
……………… （ ２ ） ３— ４
新型磷硅阻燃剂 的合成及其对 Ｐ ／ Ｂ Ｃ Ａ Ｓ的阻燃研究 ……… （ ４—５ ） Ｐ ６ Ｐ Ａ ＭＭ Ａ ／ Ｓ Ｍ／ Ｔ纳米 复合材料制备与性能研究 ＭＣ尼龙 ６ 纳米 Ｚ Ｏ复合材料的研究 ／ ｎ ………… （ ９ ４— ） …………………… （ ４—１ ４）
氰酸酯树脂／ 环氧树脂共混物的结构与性能研究
……… （ ０— ９ １ ２）
………… … … … … （ ３—１ ） ３
纳米 ＢＳ ４ ａ Ｏ 和纳 米 Ｃ Ｃ 色母 粒色 彩 性 能 的 影 响 … … （ Ｏ一３ ） ａＯ 对 １ ２
ＭＤ 对低粘度 Ｐ Ｔ树脂改性的结构和性能研究 ………… （ １— ） Ｉ Ｅ Ｉ ４
纳 米 三 氧 化二 铁 改 性 聚 酰 亚 胺 的研 究 中 国工 程 塑 料 工业 协 会 二 届 四次 理 事会 在 平 顶 山市 召 开 … （ ３—４ ）
２ｏ ０ ８年中国工程靼料复合材料技术研讨会圆满成功 ……… （ ４ ８— ） 中国工程塑料工业协会“ 十周年庆典” 表彰大会侧记 …… （２— ） １ ４
工程塑料应用
２０ ０８年 ， ３ 第 ６卷 ， ｌ 第 ２期
《 工程塑料应用） ｏ ８年总 目次 ） ｏ ２
O‘―Sialon―ZrO2―SiC高温干摩擦下的摩擦磨损行为
O‘―Sialon―ZrO2―SiC高温干摩擦下的摩擦磨损行为近年来，O‘―Sialon/ ZrO2/ SiC复合陶瓷材料因其高强度、良好的高温稳定性、抗侵蚀性和优异的耐磨损性等优良性能而备受研究者们的关注，具有广泛的应用前景。
尤其是在高温干摩擦场合中，对于摩擦磨损行为的研究更为重要。
本文以O‘―Sialon/ ZrO2/ SiC复合陶瓷材料为研究对象，通过高温干摩擦实验得到了其摩擦磨损行为的相关数据。
实验表明，O‘―Sialon/ ZrO2/ SiC复合陶瓷材料在高温干摩擦下表现出良好的耐磨损性能，摩擦系数与磨损率都较低，适用于高温干摩擦领域的应用。
进一步分析发现，O‘―Sialon/ ZrO2/ SiC复合陶瓷材料在高温干摩擦过程中主要表现出两种不同的磨损机理：表面磨损和体内磨损。
表面磨损是由于摩擦表面局部的磨损和剥落所造成，而体内磨损则是由于材料内部的晶体结构发生破裂而引起的材料的磨损。
同时，当温度升高时，O‘―Sialon/ ZrO2/ SiC复合陶瓷材料的磨损率也会相应地增加，这表明了高温环境下材料之间的相互作用会更加剧烈，因此需要更好的磨损性能来应对这种情况。
为了进一步提高O‘―Sialon/ ZrO2/ SiC复合陶瓷材料的高温干摩擦性能，可采取以下措施：1）针对材料的不同磨损机理，采用不同的预防措施，如在表面涂覆保护层，或者改变材料的工艺，增加晶界的强度，从而抵抗材料内部的磨损；2）优化材料的成分和结构，例如通过添加一定量的碳化硅等硬质颗粒来增强材料的硬度和抗磨损性能。
这些措施可以有效地提高O‘―Sialon/ ZrO2/ SiC复合陶瓷材料在高温干摩擦环境下的性能表现，为其在工业应用中的发挥更大的作用提供有力的保障。
综上所述，本文通过对O‘―Sialon/ ZrO2/ SiC复合陶瓷材料在高温干摩擦条件下的磨损行为进行了研究和分析，结论表明该材料具有良好的高温干摩擦性能，并且具有广泛的应用前景，同时还提出了一系列的促进其应用的措施，期望对相关领域的研究和应用具有重要的参考价值。
材料表面处理对摩擦性能和耐磨性能的影响分析
材料表面处理对摩擦性能和耐磨性能的影响分析在工程应用中，材料的表面处理是一项重要的技术，旨在改善材料的摩擦性能和耐磨性能。
通过对材料表面进行处理，可以有效地提高材料的性能，延长其使用寿命。
本文将对材料表面处理对摩擦性能和耐磨性能的影响进行分析。
首先，材料表面处理可以改善材料的摩擦性能。
摩擦是指两个物体相互接触并相对移动时产生的阻力。
摩擦性能的优化对于许多工程应用来说至关重要。
常见的表面处理方法包括涂覆、喷涂和电镀等。
这些处理方法可以在材料表面形成一层附着的涂层，改变材料的表面形貌、化学性质和物理性能，从而降低材料间的摩擦系数和摩擦力。
例如，对于金属材料，通过涂覆一层低摩擦涂层，可以减少材料间的摩擦力和磨损，提高材料的摩擦性能。
此外，一些先进的表面处理技术，如纳米涂层和钢化处理，还可以改善材料的微观和表面结构，从而进一步提高材料的摩擦性能。
其次，材料表面处理对材料的耐磨性能也有显著影响。
耐磨性是指材料在摩擦或磨蚀条件下抵抗磨损的能力。
在实际工程中，许多工件常常处于高速、高温和高压等恶劣的工况条件下，容易发生磨损。
因此，提高材料的耐磨性能是非常重要的。
材料表面处理可以增加材料的硬度、抗磨蚀能力和抗疲劳性能，从而提高材料的耐磨性。
例如，通过表面氮化、渗碳、氧化等处理，可以形成一层具有高硬度和耐磨性的表面，增强材料的耐磨性能。
此外，采用涂覆技术，可以在材料表面形成一层具有耐磨、防护和耐蚀性能的涂层，进一步提高材料的耐磨性。
然而，需要注意的是，不同的表面处理方法对摩擦性能和耐磨性能的影响有所不同。
选择合适的表面处理方法对于实现预期的性能提升至关重要。
通常，选择表面处理方法需要综合考虑材料的特性、工作环境和表面处理技术的可行性等因素。
此外，材料的表面处理也需要专业的技术和设备支持，以确保处理效果的一致性和稳定性。
总的来说，材料的表面处理对于提高摩擦性能和耐磨性能具有显著的影响。
通过合理选择和应用表面处理技术，可以改善材料的摩擦性能和耐磨性能，提高工程部件的使用寿命，并减少维护和更换成本。
C_C复合材料摩擦磨损性能的研究
材料 制品 应用C/C 复合材料摩擦磨损性能的研究于澍* 李溪滨 刘根山 浦继强(中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙 410083)摘 要: 本文对同一种C/C 复合材料,经过不同温度最终热处理后的摩擦磨损性能进行了对比研究。
试验表明:随着最终热处理温度的提高,热解炭的晶粒逐渐长大,层面间距缩小,石墨化度有较大提高,从而使得C/C 复合材料的摩擦表面逐渐形成薄而致密的自润滑膜,磨损量下降明显。
平行纤维方向和垂直纤维方向上的导热系数均有明显上升,使得C/C 复合材料刹车盘力矩稳定,峰谷比缩小,有利于制动平稳;在1800 热处理的材料的磨损主要是由于氧化造成的,说明1800 的热处理温度过低,对C/C 复合材料的各项性能无影响。
关键词: C/C 复合材料;热处理;摩擦磨损性能Study of the C/C composites tribological propertiesYu Shu,Li Xibin,Liu Genshan,Pu Jiqiang(State Key L aboratory for Pow der M etallur gy,Centr al South U niversit y,Changsha 410083,China)Abstract:After ult imate heat treatment at different temperatures,the tribological properties of the carbon -carbo n co mposites ar e studied T he results show that w ith the increase of the heat treatment temperature,t he pyroly tic car -bon s interlayer distance is decreased while the crystal size and g raphitization degree are increased,so that a t hin and dense film on the friction surface is formed which leads to friction coefficient and wear loss decrease;the heat trans -fer coefficient in either parallel or perpendicular direct ions of the fiber is incr eased,w hich makes more stable moment and smaller ratio of moment s peak to valley T he results also show that the heat treatment temperature of 1800 is too lo w to make any influence on the car bon -carbo n composites because the w ear loss is mainly due to ox idation of co mpositesKey words:carbon -carbon composites;heat treatment;tribological pro perties*于澍(1972 6-),博士,助理研究员,主要从事C/C 复合材料的研究。
MC尼龙6／聚砜原位复合材料摩擦磨损性能研究
关键词 ： 聚砜 ； Ｍｃ尼龙 ６； 原位复合材料 ； 摩擦 磨损
图 ３示 出 不 同 Ｐ Ｕ 含 量 ＭＣ Ａ６／ Ｓ 原 位 Ｓ Ｐ ＰＵ
复合 材 料 的磨 损 量 。从 图 ３可 以看 出 ， 复合 材 料 的 磨 损 量 均低 于 纯 ＭＣ Ａ６且 随着 Ｐ Ｕ 含 量 的增加 ， Ｐ ， Ｓ 磨 损 量 先减 少 后增 加 ， 主要是 由于 Ｐ Ｕ 的硬度 比 这 Ｓ ＭＣ Ａ６大 ， 量 的 Ｐ Ｕ 提 高 了 ＭＣ Ａ Ｐ ｕ 的硬 Ｐ 适 Ｓ Ｐ ６／ Ｓ 度 ， 高 了界 面 粘合 力 ； Ｓ 的剪 切 强度 比 ＭＣ Ａ６ 提 ＰＵ Ｐ 高 ， 量 的 Ｐ Ｕ 能有 效 地 承 载载 荷 ， Ｓ 的存 在 能 适 Ｓ ＰＵ 有效 减 少粘 着磨 损 量 ， 以 Ｐ Ｕ 的加入 能 起 到改 善 所 Ｓ
Ｌｎ ａ ｓｕ， ｎ ｉｎ ， ｉ ｈｙ ｎ ， ａ ａ ， ｈｎＪｎ ｉ ｎｈ ｉ ＷａｇＪ ｉ ＬｎＺ ｉｏ ｇ Ｑｉ Ｈ ｏ Ｃ ｅ Ｘｉ ｌｇ ｎ ｕ
（ ｏｌｇ ｆ ｔｒ ｌ Ｓ ｉｎ ｅａ ｄＥ ｇｎ ｅｉｇ， ａ ｉｏ ｉｅｓ ｙ Ｘｉｍｅ ３ １ ２ ， ｈｎ Ｃ ｌ ｅ Ｍａ ｉ ｓ ｃ ｃ ｎ ｎ ｉ ｅｒ ｅ ｏ ｅ ａ ｅ ｎ Ｈｕ ｑａ ｖ ｒｉ ， ａ ｎ ６ ０ １ Ｃ ｉａ） Ｕｎ ｔ
Ａｂ ｔａ ｔ： ＣＰ ｓｒ ｃ Ｍ Ａ６／ＰＳ ｉ ｉ ｏ ｍｅ ｏ ｏ ｉ ｓｐ ｅ ａｅ ｕ ｃ ｓｆ ｌ ｙ ａ ｉｎ ｃｐ ｌ ｍｅｉａｉ ｎＴ ｅ ｅｆｃｓｏ Ｕ ｎ ｓｔ ｆ ｒ ｄｃ ｍｐ ｓｔ ｗａ ｒｐ ｒ ｄ ｓ ｃ ｅ ｓｕ ｌ ｂ ｎｏ ｉ ｏｙ ｒｚ ｔｏ ．ｈ ｆｅ ｔ ｆ ｕ ｅ ｙ
氧化处理对MCMB为基体的CC复合材料性能的影响
氧化处理对 M C M B 为基体的 C "C 复合材料性能的影响迟宏宇，宋怀河" ，冯 明，陈晓红北京化工大学 可控化学反应科学与技术基础教育部重点实验室 北京 1000Z 9摘 要! 以自烧结性中间相沥青炭微球 M C M B 为 基 体 以 沥 青 基 磨 碎 炭 纤 维 为 增 强 体 采 用 简 单 的 氧 化处理 混合 热压成型 炭化等工艺一步制备 C C 复 合 材 料 研 究 了 M C M B 氧 化 处 理 深 度 对 C C 复 合 材 料 的 密度 失重 体积收缩率 弯曲强度及断面形 态 的 影 响 结 果 表 明 C C 复 合 材 料 的 密 度 和 体 积 收 缩 率 均 较 无 炭纤维添加的炭块有所下降 当添加的炭纤维氧化程度足够深时 炭材 料 的 抗 弯 强 度 得 到 明 显 提 高 随 着 M C -M B 氧化时间的延长 C C 复合材料的断面逐渐变得平整 经Z 50 氧化60 m i n 的 M C M B 与硝酸 90 氧 化 10h的炭纤维混合 热压成型后1000 炭 化 1h 得 到 的 C C 复 合 材 料 的 密 度 可 达 1.64g c m 3抗 弯 强 度 可 达 7Z .0 M P a 与现行的制备 C C 复合材料的方法相比 本技术具有工艺简单 制 备 成 本 低 廉 等 特 点 是 一 种 具 有 很 大 发展潜力的制备高性能 C C 复合材料的新方法 关键词! C C 复合材料 中间相沥青炭微球 炭纤维 氧化处理中图分类号! 文献标识码 AT B 33Z I N F L U E N C E O F O X I A T I O N T R E A T M E N T O N T H EP E R F O R M A N C E O FC C C O M P O S I T E S U S I N G M E S O C A R B O N M I C R O B E A SA S M A T R I XC ~I ~o n g y u S O N G ~u a i h e " F E N G M i n g C ~E N X i a o h o n gK e y L a b o r a t o r y f o r S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f C o n t r o l l a b l e R e a c t i o no f M i n i s t r y of E d u c a t i o n B e i i ng U n i v e r s i t y o f Ch e mi c a l T e c h n o l o g y B e i i n g 1000Z 9 C h i n a A b s t r a c t C C c o m p o s i t e s u s i n g me s o c a r b o n m i c r o b e a d s M C M B a s m a t r i x a n d p i t c hb a s e d c a r b o nf i b e r s C F a s r e i n f o r c e m e n t W e r e p r e p a r e d t h r o ugh si m p l e o x i d a t i o n t r e a t m e n t m e c h a n i c a l b l e n d h o t p r e s s m o l d i n g a n d c a r - b o n i z a t i o n .T h e i n f l u e n c e s o f o x i d a t i o n t r e a t m e n t s o f M C M B a n d c a r b o n f i b e r o n t h e p r o p e r t i e s o f C C c o m p o s i t e s s u c ha s b u l k d e n s i t yv o l u m e s h r i n k a g e a n db e n d i n g s t r e n g t h W e r e i n v e s t i ga t e d i nd e t a i l .I t W a s f o u n d t h a t t h eb u l k d e n s i t y a n d v o l u m e s h r i n k a g eo f C Cc o m p o s i t e sde c l i n e daf t e r a d d i ng C F Whi l e t h eb e n d i n g s t r e n gt h i n c r e a s e d W h e n C F W a s o x i d i z e du n d e r a p p r o p r i a t e c o n d i t i o n s .~i g h s t r e n g t h C C c o m p o s i t e W i t h a d e n s i t y of 1.64g c m 3a n d b e n d i n g s t r e n g t ho f 7Z .0 M P a W a s o b t a i n e db yh o t p r e s s m o l di n g a n d c a r b o n i z a t i o na t 1000 f o r 1h f r o m M C M B o x i d i z e da t Z 50i na i r f o r 60m i na n d C F t r e a t e d i nn i t r i c a c i d f o r 10h .T h i s n o v e l a n d s i m p l e a p pr o a c h c o n s t i t u t e d a m o r e p r a c t i c a l m e t h o d t o p r e p a r eh i g h p e r f o r m a n c e C C c o m p o s i t e s t h a n t h e p r e s e n t o n e s . K e y w o r d s C C c o m po s i t e s m e s o c a r b o n m i c r o b e a d s c a r b o n f i b e r o x i d a t i o n t r e a t m e n t 炭 纤 维 C a r b o n f i b e r C F 增 强 炭 基 复 合 材料家族中性能最好的材料目前 C C 复 合 材 料 的 制 备 中 最 常 用 的 两 种 致密化工艺为化学气相沉积法和液相浸渍法 前者 沉积速率慢 往往要经过上千小时的致密化周期才 能获得高密 度 的 C C 复 合 材 料 后 者 则 需 要 多 次 的加压-浸渍-炭化过程 这两种工艺的长周期导致 材料 简称 C C 复合材料 以其重量轻 理论密度为 Z .Z g c m3耐 烧 蚀 抗 蠕 变 耐 热 冲 击 耐磨损 高温强度高 热膨胀系数小等一系列优异的性能在飞行器鼻锥 火箭发动机喷管喉衬以及飞机的刹车片 1 Z等方面得到广泛应用 成为碳-石墨 收稿日期!Z 003-06-Z 6 收修改稿日期!Z 003-1Z -11迟宏宇 等 氧化处理对 M C M B 为基体的 C C 复合材料性能的影响111C C 复合材 料 的 成 本 居 高 不 下 影 响 了 其 广 泛 应用 3的 S E M 照片如图1所示 中间相沥青炭微球 M e s o c a r b o n m i c r o b e a d s 简称 M C M B 是 沥 青 类 有 机 化 合 物 经 液 相 热 缩 聚 反应形成的一种微米级 几微米" 几十微米 的向异性球 状 炭 物 质 具 有 密 度 高 "1.5g c m 3 强度大 表 面 光 滑 和 颗 粒 大 小 分 布 易 于 控 制 等 特点 是制备超高比表面积活性炭 高性能液相色谱 柱填料 催化剂载体 锂离子二次电池负极等材料 的重要原料 4 尤其值得关注的是 中间相沥青炭 微球由于具有自烧结性 高残炭率和高密度 因而 可以不加任何粘结剂而直接模压成型来制备高密高 强各向同 性 炭 材 料 在 这 方 面 国 内 外 已 有 较 多 研 究 5"7 M C M B 的自 烧 结 性 能 源 于 微 球 表 面 含 有 一定数量的! 树脂组分 该树脂分子量大 残炭率高 一定压力或温度下呈塑性流动 可起粘结剂作 用 8 如果将含有一定! 树脂 组 分 的 M C M B 与 炭 纤维混合 借助炭微球的特殊形态及自烧结性能 将不需另外添加粘结剂而很容易通过加压-成型-炭 化 烧结 一步方式直接得到炭纤维增强微球紧密 堆积的 C C 复合材料 这不仅大大简化了 C C 复 合材料的制备工艺 而且材料性能也高于由炭微球 直接制得的高密高强炭块 目前 尚未见到同类研 究的报道本文作者曾以石油渣油系 M C M B 为基体 以 沥青系炭纤维为增强体研究了不同纤维含量条件下制备的 C C 复合 材 料 的 性 能 发 现 纤 维 含 量 在 1Z W t % 时 C C 复合材料的性能最佳 9 本文作者 将在上述工作的基础上 研究氧化处理条件对煤沥 青系 M C M B 为基体的 C C 复合材料性能的影 响 以期获得较高性能的复合材料 并初步揭示纤维与 M C M B 间的相互作用机制 图1 M C M B 的 S E M 照片F i g .1 T h e S E M p h o t o g r a p ho f M C M B表l 原料沥青和 M C M B 的元素组成T a b l e l T h e e l e m e n t a l a n a l y s i s o f s pe c i m e nE l e m e n t a n a l y s i s W t % A t o m i c r a t i o S a m p l e OC ~ C C~ N OS X -C T PM C M B93.04 4.46 0.74 1.73 0.0Z 19 0.57591.51 3.Z 6 0.81 Z .7Z 0.0Z Z 3 0.4Z 8M C M BZ 50 Z 0m i n 89.61 Z .88 0.73 4.43 0.0371 0.386 M C M BZ 50 40m i n 88.35 Z .81 0.73 5.51 0.0468 0.386 M C M BZ 50 60m i n 87.78 Z .70 0.70 6.09 0.05Z 0 0.369M C M BZ 50 80m i n 86.99 Z .63 0.70 6.84 0.057Z 0.3Z 5 原料的预处理本实验中采用的增强体为鞍山东亚炭纤维有限 公司生产的 P -400 型沥青系通 用 级 磨 碎 C F 其基 本性能为 长度400#m 堆密度Z 00gl 抗拉强度#Z 41 M P a 杨 氏 模 量 Z 7.5 G P a "41.6 G P a 将 C F 与 69% 的 浓 硝 酸 按 1=Z 0 的 比 率 混 合 在 90 恒温水浴中分别氧化6h 8h 10h 和1Zh然后用去 离 子 水 冲 洗 至 中 性 真 空 干 燥 至 恒 重 备用 按照氧化处理时间的不同 处理的 C F 分别记 作 C F -6h C F -8h C F -10h 和 C F -1Z h 将 制 得 的 M C M B 均匀铺在不锈钢托盘上 在鼓风干燥箱 中于 Z 50 分 别 氧 化 Z 0 m i n 40 m i n 60 m i n 80 m i n 后 取 出 放 于 干 燥 器 中 备 用 氧 化 的M C M B 的元素分析结果也列于表1 可以看出随着 氧化时间的延长 M C M B 中氧含量逐渐增加 l .2 实验部分中间相沥青炭微球的制备与提取以山西 太 化 公 司 中 温 煤 焦 油 沥 青l l .l S X -C T P 为原料 在 1L 不锈钢反应釜中 N Z 保护和连续 机 械搅拌下于450 反 应 Z h 得 到 含 有 中 间 相 炭 微 球的沥青 采 用 两 步 工 艺 法 提 取 M C M B 首 先 将 中间相沥青用一种精制工业芳烃油在1Z 0 搅拌热 溶4h 趁热过滤 然后用吡啶抽提Z 次 丙酮洗涤后烘干备用 其! 树脂含量为 15.Z % 7原料 沥青和 M C M B 的 元 素 分 析 数 据 列 于 表 1 M C M BC !C复合材料的制备 将氧化处理的 M C M B 和磨碎炭纤维按1Z % 的 重量分数均匀混合 然后从中取6g 左右装入模具 中 用60t 热压 机 龙 昌 机 械 有 限 公 司 中 国 台l .3复 合 材 料 学 报0 11Z 0 湾) 在150 \Z 50M P a 下压制成型9 得到 60 m m >Z 0 m m >3 m m 的复合材料生坯O 将生坯放入卧 式炭化炉中9 在 N Z 保护下以1 m i n 的速度升温 至700 9 然后以 Z m i n 的 速 度 升 温 至 1000 9 恒温1h 9 自然冷却至室温取出9 获得 C C 复合材 料O出先增大后减小的规律9Z 50 \60 m i n 氧化处理的炭块密度达到了 1.64g c m 3O 对 C C 复 合 材 料 来讲9 随着 M C M B 氧化程度的加深9 其密度呈现 出与各向同性炭块一致的规律O抗弯强度的测定采用 三 点 抗 弯 强 度 法 在 英 国 制 造 的 I n s t r o n 1185上测定复合材料的抗弯强度O l .4 元素分析 采用 C a r b o E r b a I n s t r u m e n t 公司的1106 型微 量元 素 分 析 仪 测 定O 测 试 前 样 品 经 丙 酮 洗 涤9100 真空烘干处理9 测试结果见表1O l .5 炭纤维的表面分析 红 外 光 谱 的 测 试 数 据 是 在 尼 高 力 公 司 生 产 的 Z 10 型傅立叶变换红外光谱仪上进行O 其分辨率为 4c m Z9 扫描次数是3Z 次O l .6 图Z M C M B 氧化时间对复合材料体强收缩和重量损失的影响 F i g .Z T h e i n f l u e n c eo f o x i d a t i o n t i m eo f M C M B o n t h e v o l u m es h r i n k a g ea n d W e i g h t l o s s o f c o m p o s i t e s A C a r b o nb l o c k W i t h o u t C F 9B C o m p o s i t e s W i t h M C M B C F -10h 9 C C o m p o s i t e s W i t h M C M B C F -8h 9 D C o m p o s i t e s W i t h M C M B C F -6h微观结构表征 将 M C M B 粉末粘在铜台上9 喷金后在英国剑 桥S Z 50M K 3 扫描电子显微镜上观察O 以同样的方 法观察炭块断面并拍照Ol .7 结果与讨论M C MB 氧化时间对C !C 复合材料物理性能的 2 2.l 影响图Z 是 Z 50 氧 化 不 同 时 间 的 M C M B 与 不 同 氧化处理时间的 C F 混合所制 C C 复合材料的失重 和体积收缩O 从中可以看出I 对于未添加炭纤维的 M C M B来说9 随 着 氧 化 时 间 的 延 长9 炭 块 的 体 积 收缩率先增加后减少9 氧化时 间 为 60 m i n 时 体 积 收缩最大9 对于添加氧化10h 炭纤维的 M C M B 来 讲9 也呈现类似 的 规 律9 这 说 明 添 加 氧 化 10h 的 炭纤维后炭块的物理性能变化规律基本没有发生变 化O 而对于添 加 氧 化 8h 和 6h 炭 纤 维 的 M C M B 来说9 则没有明显的规律9 氧化时间为60 m i n 时9 体积收缩反而变小O 而对于热失重9 三者则表现出 大体一致的规律9 均随着 M C M B 氧化时间的延长 而缓慢增加O 其原因在于I 氧化程度的加深使炭微 球中氧含量逐渐增加9 烧蚀率也相应提高9 这与表1的元素分析结果是一致的O 图3 所示为 M C M B 氧化时间对 C C复合材料 密度的影响O 由图3 可见9 对于未添加炭纤维的炭 图 氧化时间对 复合材料密度的影响3 M C M B C C F i g .3 T h e i n f l u e n c eo f o x i d a t i o n t i m eo f M C M Bo n t h ed e n s i t y of c o m p o s i t e s A C a r b o nb l o c k W i t h o u t C F 9 B C o m p o s i t e s W i t h M C M B C F -10h 9 C C o m p o s i t e s W i t h M C M B C F -8h 9 D C o m p o s i t e s W i t h M C M B C F -6h由图Z 和图 3 还 可 以 看 出I M C M B 为 基 体 的 C C复合 材 料 在 炭 化 过 程 中9 其 体 积 收 缩\ 热 失 重和密度等物理性能与未添加 C F 的炭块相比均发生了变化9 复合材料的体积收缩和密度明显降低9重量损失明显提高O 这主要是因为 M C M B具有较迟宏宇9等:氧化处理对M C M B为基体的C C复合材料性能的影响113大层间距9热处理过程中体积收缩较大("Z0% "30%)9而炭纤维因已经历高温过程9其收缩率较小9二者收缩率的差异导致炭纤维的加入阻碍了M C M B的收缩9致使C C的体积收缩率和密度均有不同程度的降低0至于添加C F后C C复合材料重量损失增大的原因可能在于氧化处理的M C M B及C F在炭化过程中表面极性官能团逸出造成的0M C M B氧化时间对C!C复合材料抗弯强度的2.2影响图4所示为Z50下不同时间氧化的M C M B与不同氧化处理时间的磨碎纤维混合所制C C 复合材料的抗弯强度0可以看出:对于未添加炭纤维的炭块来说9随着氧化时间的延长9炭块的抗弯强度呈现出先增大后减小的规律0当氧化时间为60m i n时9炭块的抗弯强度达到了6Z.8M P a9这是由于此条件下处理的M C M B的氧化程度图4M C M B氧化处理对C C复合材料抗弯强度的影响F i g.4T h e i n f l u e n c eo f o x i d a t i o n t i m eo f M C M Bo n t h eb e n d i n g s t r e n g t ho f c o m p o s i t e sA777C a r b o nb l o c k W i t h o u t C F;B777C o m p o s i t e s W i t h M C M B C F-10h;C777C o m p o s i t e s W i t h M C M B C F-8h;D777C o m p o s i t e s W i t h M C M B C F-6h图5不同氧化时间M C M B C F-8h制备的C C复合材料的断面形貌F i g.5T h e f r a c t u r e d s u r f a c e m o r p h o l o g i e s o f C C c o m p o s i t e s W i t h M C M B C F-8h复合材料学报.114.中9烧结性能最佳O而对于氧化8h和6h炭纤维制备的C C材料来说9抗弯强度整体上都弱于未添加纤维的炭块9这说明氧化8h和6h纤维并没有起到增强效果9反而因为纤维的添加9使炭块的结构变得疏松9抗弯强度下降O延长纤维的氧化时间至10h9结果发现复合材料的抗弯强度整体上都要高于未添加炭纤维的炭块9最大抗弯强度达到7Z.0M P a9这说明添加增强体纤维9起到了明显的增强效果9使炭块的性能得到了提高O继续延长氧化时间至1Zh9结果发现9复合材料的抗弯强度反而明显下降至37.Z M P a M C M B-60m i n C F-1Z h)9说明对于制备高性能C C 复合材料来讲9 C F的氧化程度并非越深越好O本实验中采用氧化复合材料断面的S E M形貌图5所示是添加氧化8h炭纤维的C C复合材料断面的S E M形貌O可以看出材料受外力脆性断裂以后9出现了很多纤维的拔出9这说明增强纤维与M C M B基体的界面结合较差9应力不能及时通过基体传递到纤维上就发生断裂9纤维的增强作用非但没有很好地体现9反而由于纤维的加入使炭块的结构变得疏松9导致复合材料的抗弯强度较未添加纤维的炭块有所降低见图4)O添加氧化6h 炭纤维的复合材料的情况与之大体相似见图Z\图3\图4)O图6为添加氧化10h炭纤维的C C复合材料的S E M形貌O可以看出I图中炭材料的结构2.3图6不同氧化时间M C M B C F-10h制备的C C复合材料的断面形貌F i g.6T h e f r a c t u r e d s u r f a c e m o r p h o l o g i e s o f C C c o m p o s i t e s W i t h M C M B C F-10h迟宏宇 等 氧化处理对 M C M B 为基体的 C C 复合材料性能的影响115炭块有所提高时间延长到10h 后 纤维 表 面 的 羟 基 羧 基 大 量 出现 使其与基体间的界面结合增强 从而使 C C复合材料的力学性能较炭块有所提高 Z 氧化10h 的 炭 纤 维 与 Z 50 空 气 氧 化 60 m i n 的 M C M B 混合 经模压 成 型 1000 炭 化 1h制得 了 密 度 为 1.64 g c m 3抗 弯 强 度 达 到 7Z .0M P a 的 C C复合材料 3 和其 它 制 备 C C复 合 材 料 工 艺 相 比 本 工艺具有 成 本 低 廉 工 艺 周 期 短 操 作 简 单 等 特 点 同时 制备的复合材料性能较高 是一种很有发展前景的制备 C C复合材料的新方法 参考文献!炭纤维表面的红外分析图7 为氧化8h 和10h的炭纤维表面的红外光 谱图 由图可以 看 出 氧 化 10h的 炭 纤 维 的 谱 图 上 分别在波数为 3400c m -1 左 右 和 1710c m -1 处 出现较强吸收峰 这是羟基和羧基的特征吸收峰由半定量分析计算获得两种氧化纤维的羟基含量比B A =HC F -10h H C F -8h约为 1.35 发达的 官 能 团 使 增强体与基体间界面牢固结合 在炭化时二者能保 持比较一致 的 收 缩 易 于 得 到 致 密 的 C C复 合 材 料 这可从图Z 和图6 的 S E M 断面上看出 发生 脆性断裂时 依靠基体与增强体纤维良好的界面结 合 应力通过基体传递到炭纤维上 主要由炭纤维 来承担应力 抗弯强度得到了提高 对比氧化8h 的炭纤维的谱图 可以看出 其羟基峰相对较弱 而且几乎没有羧基的吸收峰 纤维表面含氧官能团 的缺乏导致其与基体的界面结合较弱 在炭化时二 2.4 1G o l e c k I M o r r i s R C . R a p i dd e n s i f i c a t i o no f p o r o u sc a r b o n - c a r b o n c o m p o s i t e s b y t h e r m a l -g r a d i e n t C V I J .A P P l p h S S L e t t 1995 66 18 Z 334-Z 336.L e W i sJ S J a c k e y W J V a i d ya r a m a n S .M o d e l f o r p r e d i c t i o n o f m a t r i x m i c r o s t r u c t u r e f o r C C c o m p o s i t e s p r e p a r e db y f o rc ed f l a W -t he r m a l g r a d i e n t C V I J .c a r b o H 1997 35 1 103-11Z .张晓虎 霍肖 旭 马 伯 信. 一 种 快 速 制 备 C C 复 合 材 料 方 法的探索研究 J . 宇航材料工艺 Z 000 30 1 Z 7-Z 9.Y o k o n o T N a k a h a r a M M a k i n o K e t a l .A p pl i c a t i o no f c a r b o n m i c r o b e a d s f o r c o l u m n p a c k i n g f o r h i g h p e r f o r m a n c e l i c u i d c h r o m a t o g r a p h y J .J m a t e r s c i L e t t 1988 7 11 864-866.N a k a g a W a Y F u i t a K M o r i M .T h e c o mm e r c i a l m e t h o do f p r o d u c i n g m e s o c a r b o n m i c r o b e a d s A .E x t e n d e da b s t r a c t s 17t h B i e n n i a l C o n f e r e n c e o n C a r b o n C .K e n t u c k y T h e A m e r i c a n C a r b o n S o c i e t y1985.409-410. W a n g Y G K o r a i Y M o c h i d a I .C a r b o nd i s c o f h i g hd e n s i t ya n d s t r e n g t h p r e p a r e d f r o m s y n t h e t i c p i t c h -d e r i v e d m e s o c a r -b o n m ic r o b e ad s J .c a r b o H 1999 37 7 1049-1057.高 燕 宋怀河 陈晓红 等.! 树脂含量对高密度各向 同性炭性能的影响 J . 材 料 研 究 学 报 Z 00Z 16 Z Z 05- Z 09.G a o Y S o n g ~ ~ C h e n X ~.S e l f -s i n t e r a b i l i t y of m e s o c a r - b o n m i c r o b e a d s M CM B f o r p r e p a r a t i o no f h igh -d e n si t y i s o - t r o p i cc a r b o n J .J m a t e r s c i Z 003 38 10 Z Z 09-Z Z 13. G a o Y S o n g ~ ~ C h e n X ~.P r e p a r a t i o no f C C c o m p o s i t e u s i n g m e s o c a r b o n m i c r o b e a d s a s m a t r i x J .J m a t e r s c i L e t t Z 00Z Z 1 13 1043-1045.Z 者各自收 缩 难 以 得 到 致 密 的 C C 复 合 材 料 图5 所示如 3 4567图7 氧化炭纤维的I R 图F i g .7 I R s pe c t r u m of C F o x i d i z e d f o r 8ha n d10h 8 结 论3 1 炭纤维用 硝 酸 氧 化 6h 和 8h 其 表 面 虽然产生了一些含氧官能团 但由于数量很少 不足 以和基体形成较牢固的界面结合 界面未能起到从 基体向纤维转移载荷的作用 反而由于纤维的添加 使炭块的结构变得疏松 力学性能下降 而当氧化9。
氧化处理对金属钢材表面耐磨性能的影响研究
氧化处理对金属钢材表面耐磨性能的影响研究氧化处理是一种常用的金属表面处理方法，通过在金属表面形成一层氧化膜，可以提高金属材料的耐磨性能。
本文将从氧化处理的原理、氧化处理对金属钢材表面耐磨性能的影响等方面进行研究。
氧化处理的原理是通过一定的氧化剂或氧化气体在金属表面生成氧化物层。
氧化剂可加热到一定温度形成的热氧化，也可通过化学反应将氧化剂转化为氧化气体，进行气相氧化。
氧化剂和氧化气体与金属表面发生反应，生成一层平滑、致密的氧化膜。
氧化处理有助于提高金属钢材的表面硬度和耐磨性能。
一方面，氧化膜层具有较高的硬度，可以在一定程度上防止金属表面的磨损和划伤。
另一方面，氧化膜层的致密性和平滑性能也能减少金属表面与外界的摩擦，降低磨损程度。
在氧化处理的过程中，处理温度、处理时间和氧化剂浓度等参数都会对氧化膜层的性能产生影响。
通常情况下，温度越高、时间越长、浓度越高，生成的氧化膜层就越厚，也就越有利于提高金属材料的耐磨性能。
但若氧化处理过程中温度过高或时间过长，则会导致膜层过厚，甚至出现氧化剥落现象，从而影响到金属材料的使用寿命。
研究表明，氧化处理能够显著提高金属钢材的耐磨性能。
以铁材料为例，在常规碱性溶液中进行氧化处理后，表面的氧化膜层能够有效提高材料的抗磨性能，减少摩擦系数，降低磨损速率。
此外，氧化处理还能改善金属表面的润滑性能，减少金属与金属之间的摩擦产生的热量和磨粒，从而进一步提高材料的耐磨性。
当然，氧化处理对金属钢材表面耐磨性能的影响还与材料的种类和使用环境等因素有关。
不同类型的金属材料对氧化剂和氧化气体的反应性不同，因此在氧化处理时需要选择适合的氧化剂和处理条件。
同时，金属材料在不同的环境中受到的摩擦和磨损也有所不同，因此还需要根据具体应用场景进行改进和优化。
综上所述，氧化处理能够有效提高金属钢材表面的耐磨性能。
通过在金属表面形成一层氧化膜层，可以增加材料的硬度和抗磨性能，减少摩擦系数，降低磨损速率。
玻璃纤维增强MC尼龙复合材料的摩擦磨损性能研究
玻璃纤维增强MC尼龙复合材料的摩擦磨损性能研究摘要：玻璃纤维增强MC尼龙复合材料是一种具有广泛应用潜力的材料。
本研究通过摩擦磨损实验，评估了该复合材料的摩擦磨损性能。
研究结果表明，随着玻璃纤维含量的增加，复合材料的摩擦磨损性能逐渐提高。
此外，通过添加适量的润滑剂，可以进一步改善复合材料的摩擦磨损性能。
深入研究玻璃纤维增强MC尼龙复合材料的摩擦磨损性能，对于其应用领域的拓展具有重要意义。
1. 引言玻璃纤维增强MC尼龙复合材料是一种具有优异力学性能和热稳定性的材料，广泛应用于航空航天、汽车和电子等领域。
然而，其摩擦磨损性能的研究仍相对较少。
因此，对于这种材料的摩擦磨损行为进行研究，可以为其应用提供基础数据支持。
2. 实验方法使用球盘摩擦测试机对不同玻璃纤维含量的MC尼龙复合材料进行摩擦磨损实验。
在实验过程中，控制载荷、速度和滑动距离等参数，并记录摩擦力和摩损重量等数据。
3. 结果与讨论随着玻璃纤维含量的增加，复合材料的摩擦系数逐渐降低。
这是因为玻璃纤维的添加可以有效改善材料的表面光滑度，减少摩擦阻力。
同时，玻璃纤维的高强度和刚性也使得复合材料具有较好的抗磨损能力。
然而，高玻璃纤维含量也会导致复合材料的摩擦磨损性能下降。
这是因为过多的玻璃纤维可能导致摩擦界面产生较高的应力集中，从而加剧了材料的磨损现象。
因此，在实际应用中需要权衡玻璃纤维含量与摩擦磨损性能之间的关系。
另外，通过添加润滑剂可以有效改善复合材料的摩擦磨损性能。
适量的润滑剂可以降低摩擦界面的摩擦阻力，减少摩损量。
然而，过多的润滑剂可能会降低复合材料的机械性能，因此需要在实际应用中进行平衡考虑。
4. 结论玻璃纤维增强MC尼龙复合材料具有较好的摩擦磨损性能。
适当增加玻璃纤维含量和添加润滑剂，可以进一步改善其摩擦磨损性能。
该研究为进一步拓展该复合材料的应用领域提供了基础数据支持。
5. 数据分析与讨论通过对实验数据的分析，我们可以得出以下几个结论：5.1 玻璃纤维含量对摩擦磨损性能的影响实验结果表明，随着玻璃纤维含量的增加，复合材料的摩擦磨损性能逐渐提高。
氧化处理对橡胶材料表面耐磨性能的影响研究
氧化处理对橡胶材料表面耐磨性能的影响研究氧化处理是一种常用的表面处理技术，能够提高材料的表面性能和耐磨性。
在橡胶材料的应用领域中，耐磨性是一个非常重要的性能指标。
本文将对氧化处理对橡胶材料表面耐磨性能的影响进行研究。
氧化处理是指将材料表面暴露在氧化条件下，通过氧化作用改变材料表面的化学性质和形貌。
在橡胶材料的氧化处理过程中，主要有两个主要的氧化机制：氧化剂的直接氧化和氧气分子的氧化。
首先，氧化剂的直接氧化能够改变橡胶材料表面的化学性质。
通过在氧化处理过程中添加适量的氧化剂，可以使橡胶材料表面的化学键被破坏，原子被氧化剂所取代。
这样可以改变橡胶材料的表面化学性质，并且使其表面更具耐磨性。
其次，氧气分子的氧化能够改变橡胶材料表面的形貌。
在氧化处理过程中，氧气分子与橡胶材料表面的化学键反应，导致表面层的物质被氧化分解。
这样会使橡胶材料表面形成一层氧化物膜，使材料表面更加坚硬和耐磨。
研究表明，氧化处理对橡胶材料表面耐磨性能有明显的影响效果。
首先，氧化处理改变了橡胶材料表面的化学性质，使其更耐磨。
经过氧化处理的橡胶材料表面具有更高的硬度和耐磨性，能够抵抗外部磨损和刮擦。
其次，氧化处理改变了橡胶材料表面的形貌，使其更具耐磨性。
经过氧化处理后的橡胶材料表面形成了一层均匀的氧化物膜，这层氧化物膜具有很高的硬度和耐磨性，能够有效地抵抗外部的磨损力。
此外，氧化物膜还可以填充材料表面的微孔和毛细孔，使橡胶材料更加致密和坚固。
这样可以显著提高橡胶材料的表面耐磨性能。
综上所述，氧化处理对橡胶材料表面耐磨性能有显著的影响。
氧化处理能够改变橡胶材料表面的化学性质和形貌，使其更具耐磨性。
经过氧化处理的橡胶材料具有更高的硬度和耐磨性，能够有效地抵抗外部的磨损力。
这对于提高橡胶材料的实际应用性能有着重要的意义。
因此，在橡胶材料的应用中，可以采用氧化处理来提高其表面的耐磨性能。
进一步研究发现，氧化处理对橡胶材料表面耐磨性能的影响还与氧化处理条件、橡胶材料种类和氧化剂选择等因素有关。
氧化处理对高强度材料表面耐疲劳性能的提升研究
氧化处理对高强度材料表面耐疲劳性能的提升研究随着现代工程技术的快速发展，对于高强度材料的需求也越来越大。
然而，随着使用寿命的增长，材料表面的疲劳问题成为一个关键的技术难题。
为了提高高强度材料的使用寿命，研究人员开始寻找新的方法来提高材料的表面耐疲劳性能。
氧化处理作为一种常用的表面处理方法，受到了广泛关注。
本文将探讨氧化处理对高强度材料表面耐疲劳性能的提升研究。
首先，我们需要了解高强度材料表面的疲劳问题。
当材料长期处于高强度的应力状态下，表面会出现微小的裂纹和缺陷。
这些裂纹和缺陷会逐渐扩展，最终导致材料的失效。
因此，提高材料表面的耐疲劳性能是至关重要的。
氧化处理是一种通过在材料表面形成一层氧化物膜来改善材料性能的方法。
这种氧化物膜可以对材料表面起到保护作用，防止裂纹的扩展。
此外，氧化处理还可以增加材料的抗腐蚀性能，提高材料的热稳定性和耐磨性。
研究表明，氧化处理可以显著提高高强度材料的表面耐疲劳性能。
例如，一项研究将氧化处理应用于钢材表面，结果发现，经过氧化处理的钢材的疲劳寿命比未经处理的钢材提高了两倍以上。
类似的实验也发现，在氧化处理后，铝合金的疲劳寿命增加了一倍以上。
这些实验结果证明了氧化处理对于提高高强度材料的表面耐疲劳性能具有显著的效果。
氧化处理的机制主要包括两个方面。
首先，氧化物膜可以降低材料表面的应力集中。
裂纹在氧化物膜内扩展的能量远小于在材料表面扩展的能量，因此氧化物膜可以有效地防止裂纹的扩展。
其次，氧化物膜还可以提供一种化学屏障，防止外界介质侵入材料内部，从而减少材料的腐蚀和氧化速度。
然而，氧化处理也存在一些局限性。
首先，氧化物膜的增长速率比较慢，不适用于一些需要快速处理的材料。
其次，氧化物膜的稳定性差，容易受到外界环境的影响。
最后，氧化处理的成本较高，需要复杂的设备和操作流程。
针对这些问题，研究人员正在开展更深入的研究，希望能够进一步提高氧化处理的效果。
一方面，他们在氧化处理的过程中添加了一些添加剂，如硼、氮等，以提高氧化物膜的性能。
氧化处理对金属材料表面阻尼性能的提升研究
氧化处理对金属材料表面阻尼性能的提升研究氧化处理是指将金属材料暴露在氧气或氧化剂中，使其表面形成一层氧化膜的过程。
这种氧化膜能够提高金属材料的阻尼性能，使其对震动和振动的耐受性增强。
在金属材料表面形成氧化膜，可以通过多种方式实现。
最常见的方式是化学氧化和热力学氧化。
化学氧化是将金属材料浸泡在含有氧化剂的化学溶液中，如硫酸铜溶液中进行氧化处理。
热力学氧化是将金属材料暴露在高温环境中，使其表面与氧气反应形成氧化膜。
氧化处理对金属材料表面的阻尼性能有着显著的提升作用。
首先，氧化膜能够增加金属材料的摩擦系数。
通过氧化处理，金属材料表面形成了一层较为粗糙的氧化膜，使其表面与外界摩擦面产生更大的接触面积，从而增加了金属材料与外界的摩擦力。
这种增加的摩擦力能够有效地吸收震动和振动产生的能量，减少材料的振动幅度，提高金属材料的阻尼性能。
其次，氧化膜还具有减震的作用。
金属材料经过氧化处理后，氧化膜的形成使其表面变得更为柔软并且具有一定的弹性，能够在受到外界震动和振动的作用下产生弹性反应，有效地减缓和吸收冲击力。
这种减震效果能够有效地提高金属材料的耐震性能，降低金属材料受到冲击时的应力和变形，从而延长了其使用寿命。
此外，氧化处理还能够提高金属材料的抗腐蚀性能。
通过氧化处理，金属材料表面形成了均匀的氧化膜，有效地阻隔了金属材料与外界环境的接触，减少了金属材料与水、氧气等腐蚀性介质的接触，从而提高了其抗腐蚀性能。
抗腐蚀性能的提升不仅能够延长金属材料的使用寿命，还能够保证金属材料在使用过程中的稳定性，提高其阻尼性能。
综上所述，氧化处理对金属材料表面的阻尼性能有着显著的提升作用。
通过形成氧化膜，氧化处理能够增加金属材料的摩擦系数，减小振动幅度；提高金属材料的抗腐蚀性能，延长使用寿命；并且具有减震的作用，提高金属材料的耐震性能。
因此，氧化处理是一种有效的方法，可以提高金属材料表面的阻尼性能，实现金属材料在震动和振动环境下的更可靠应用。
氧化处理对金属材料表面抗疲劳裂纹扩展性能的提升研究
氧化处理对金属材料表面抗疲劳裂纹扩展性能的提升研究氧化处理是一种常见的表面处理方法，可以提高金属材料的抗疲劳裂纹扩展性能。
在金属材料使用过程中，由于外部应力的作用，表面可能会出现疲劳裂纹，从而导致材料的失效。
而氧化处理可以在金属材料表面形成一层致密的氧化物膜，起到保护材料的作用，减缓疲劳裂纹的扩展速度，从而提高材料的抗疲劳性能。
研究表明，氧化处理可以显著提高金属材料的抗疲劳裂纹扩展性能。
首先，氧化处理可以形成均匀致密的氧化物膜，这一膜层可以阻碍外界物质的渗透，并且能够有效地分散应力，减缓应力集中现象的发生，从而减小疲劳裂纹的扩展速度。
其次，氧化物膜本身具有一定的韧性和塑性，可以吸收疲劳裂纹的扩展能量，并且能够为裂纹的发展提供一定的阻力。
在疲劳加载过程中，氧化物膜可以起到缩短裂纹的作用，从而减小裂纹的扩展速度，并提高材料的抗疲劳性能。
此外，氧化处理还可以增强金属材料的耐蚀性能，降低氧化腐蚀的可能性。
腐蚀会破坏材料的表面结构，导致局部腐蚀现象的发生，从而加速疲劳裂纹的扩展。
通过氧化处理，可以在金属材料表面形成一层较为坚硬的氧化物膜，有效防止腐蚀的发生，减少疲劳裂纹的扩展。
然而，氧化处理对金属材料表面抗疲劳裂纹扩展性能的提升也受到一些因素的影响。
首先，氧化处理的工艺参数需要合理选择，过高或过低的处理温度、时间以及氧化剂浓度等都可能影响氧化膜的形成效果，从而影响抗疲劳性能的提升。
其次，金属材料的种类和本身的性质也会对氧化处理效果产生影响。
不同种类的金属材料具有不同的化学活性和疲劳裂纹扩展特性，因此需要根据具体情况进行不同的氧化处理工艺选择。
综上所述，氧化处理可以显著提高金属材料表面的抗疲劳裂纹扩展性能。
通过形成致密的氧化物膜，氧化处理可以减缓疲劳裂纹的扩展速度，并提供一定的阻力，同时也能增强材料的耐蚀性能。
然而，氧化处理的效果受到工艺参数和金属材料本身性质的影响，因此需要综合考虑各种因素，选择合适的氧化处理工艺，以提升金属材料的抗疲劳裂纹扩展性能。
氧化处理技术在金属材料表面防刮性能中的应用分析
氧化处理技术在金属材料表面防刮性能中的应用分析氧化处理技术是一种常见的金属材料表面处理方法，通过在金属表面形成一层氧化膜来提高金属材料的表面硬度和耐磨性，从而提高金属材料的抗刮性能。
这种技术广泛应用于汽车零部件、家电、建筑材料等领域，本文将从应用背景、防刮性能的提高机制和应用现状三个方面进行分析。
首先，氧化处理技术在金属材料表面防刮性能中的应用具有重要的背景和需求。
随着工业化进程的加快和人们对产品外观要求的不断提高，金属材料表面的刮伤问题成为一个亟待解决的问题。
传统的涂层方法在提高金属材料的抗刮性能方面存在一些局限，比如涂层脱落、粘附力不足等问题，而氧化处理技术能够在不改变金属材料表面结构的情况下提高材料的硬度和耐磨性，解决了传统涂层技术的一些问题。
其次，氧化处理技术通过改变金属表面的结构和形貌来提高金属材料的抗刮性能。
在氧化处理过程中，金属表面与氧气反应产生氧化物，形成一层致密的氧化膜。
这层氧化膜能够降低金属表面的摩擦系数，减少划伤的机会。
同时，氧化膜的硬度较高，能够提高金属材料的耐磨性。
此外，氧化处理过程中的氧化物也能够填充金属表面的微孔和微裂纹，改善金属材料的表面光洁度和平整度，从而减少刮痕的产生。
再次，氧化处理技术在金属材料表面防刮性能中的应用已经取得了一定的成果。
在汽车零部件领域，氧化处理技术被广泛应用于发动机缸体、曲轴等关键零部件的表面处理中。
这些关键零部件需要具备高强度和高耐磨性的特点，而采用氧化处理技术可以在不改变零件自身材料的基础上提高其表面硬度和耐磨性，从而提高整体的抗刮性能。
在家电、建筑材料领域，氧化处理技术也能够提高金属材料表面的耐刮性能，延长其使用寿命。
综上所述，氧化处理技术在金属材料表面防刮性能中有着广泛的应用前景。
通过改变金属表面的结构和形貌，氧化处理技术能够提高金属材料的硬度和耐磨性，从而提高金属材料的抗刮性能。
目前，氧化处理技术已经在汽车零部件、家电、建筑材料等领域得到了应用，取得了一定的成果。
包覆氧化镁碳纳米管增强AZ91复合材料摩擦磨损性能
包覆氧化镁碳纳米管增强AZ91复合材料摩擦磨损性能袁秋红*, 周国华*, 廖 琳, 王 槟, 张 磊, 肖 汕（宜春学院 物理科学与工程技术学院，江西 宜春 336000）摘要：采用粉末冶金+热挤压成形+T4热处理工艺制备包覆氧化镁碳纳米管（MgO coated CNTs, MgO@CNTs）增强的AZ91镁合金复合材料（AZ91-MgO@CNTs），研究干滑动摩擦条件下MgO@CNTs含量、不同载荷对AZ91-MgO@CNTs磨损面形貌、磨屑形貌和耐磨性能的影响。
结果表明：MgO@CNTs能显著提高AZ91-MgO@CNTs 的摩擦磨损性能，且随着MgO@CNTs含量的增加，对复合材料耐磨性能的增强效果呈现先增大后下降的趋势；与纯CNTs增强的镁合金复合材料（AZ91-CNTs）相比，AZ91-MgO@CNTs具有更小的摩擦因数和更低的磨损量，表明MgO@CNTs在改善镁合金耐磨性能方面更有优势；载荷较低时（10 N），AZ91-MgO@CNTs的磨损机制主要为磨粒磨损；当载荷为50 N时，AZ91-MgO@CNTs出现磨粒磨损、氧化磨损和黏着磨损三种磨损机制。
关键词：包覆氧化镁碳纳米管；镁基复合材料；摩擦磨损性能doi：10.11868/j.issn.1005-5053.2023.000040中图分类号：TG146.2+2；TB333 文献标识码：A 文章编号：1005-5053(2023)05-0029-10Friction and wear properties of AZ91 alloy reinforced by CNTs coated with MgOYUAN Qiuhong*, ZHOU Guohua*, LIAO Lin, WANG Bin, ZHANG Lei, XIAO Shan （Physical Science and Technology College, Yichun University, Yichun 336000, Jiangxi, China）Abstract:AZ91 alloy reinforced by carbon nanotubes coated with MgO（AZ91-MgO@CNTs） was prepared by powder metallurgy, hot extrusion and T4 treatment. The influences of MgO@CNTs content and load on the friction and wear property, surface wear morphology and debris topography of AZ91-MgO@CNTs composites were investigated under the dry sliding friction. The results show that MgO@CNTs can improve the wear properties of AZ91-MgO@CNTs. With increasing the content of MgO@CNTs, the strengthening effect of the wear properties of the composite increases and then decreases. Compared with AZ91-CNTs, AZ91-MgO@CNTs has smaller friction coefficient and lower abrasion loss, indicating that the MgO@CNTs is better than CNTs to improve the wear properties of AZ91 alloy. The main wear mechanism of AZ91-MgO@CNTs is abrasive wear under the load of 10 N. When the load is 50 N, there are three wear mechanisms appeared: abrasive wear, oxidation wear and adhesive wear.Key words: CNTs coated with MgO；magnesium matrix composite；friction and wear property镁合金具有密度小、比强度/比模量高、阻尼性能好等优异性能，在航空航天、汽车制造、军事等领域中得到了广泛的应用[1]。
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氧化处理对MC 尼龙/C 3D 复合材料摩擦磨损性能的影响3牛兰芹 吴 弘 郑立允 吴海淼 刘 照(河北工程大学机电学院,邯郸 056038) 摘要 以己内酰胺单体和经氧化处理的碳纤维三维编织物(C 3D )为原料,采用原位聚合方法制备了C 3D 增强浇铸尼龙(MC 尼龙/C 3D )复合材料。
在磨损试验机上进行了滑动摩擦试验,采用扫描电子显微镜对磨痕和磨屑形貌进行观察和分析,研究了氧化处理对MC 尼龙/C 3D 复合材料摩擦学性能的影响。
结果表明,C 3D 经过氧化处理后所制MC 尼龙/C 3D 复合材料的摩擦系数明显小于C 3D 未经氧化处理的MC 尼龙/C 3D 复合材料。
随着载荷的增加,材料的摩擦系数增大,而磨损率减小;在较高滑动速度下,摩擦系数和磨损率均较小;从磨痕和磨屑形貌观察到,C 3D 经氧化处理后与基体结合好,而未经氧化处理的C 3D 与基体剥离,但是C 3D 经氧化处理的复合材料的磨损率在较高载荷下略有增大。
表明,C 3D 的氧化处理提高了碳纤维与基体间的结合强度,同时在一定程度上提高了复合材料的摩擦学性能。
关键词 三维编织碳纤维 单体浇注尼龙 复合材料 摩擦 磨损 三维编织复合材料与传统的层压板复合材料相比,具有很高的弯曲强度、疲劳强度,以及高的损伤容限和断裂冲击韧性,加之三维编织体可随意改变形状,复合体无需二次成型[1-7],所以国外已把此种材料广泛应用于航空航天、体育器材、医疗器械等领域。
尼龙与其它高分子材料相比,由于氢键的存在而具有较高的拉伸强度和冲击强度,极优异的耐磨损性、耐腐蚀性和自润滑性等优点,但存在吸水性大,干态和低温下冲击强度低,吸水后尺寸不稳定,在干摩擦时具有较大的摩擦系数等缺点。
通过加入高性能纤维,可以提高其力学性能和尺寸稳定性[8-10]。
因此,碳纤维三维编织物(C 3D )增强浇铸尼龙(MC 尼龙/C 3D )复合材料将拥有广阔的发展前景。
然而现在国内外对MC 尼龙/C 3D 复合材料的研究主要是集中在其力学性能方面[11],对其摩擦磨损性能的研究还较少。
笔者研究了C 3D 氧化处理对MC 尼龙/C 3D 复合材料的摩擦磨损性能的影响。
1 实验部分1.1 原材料高强度CF:聚丙烯腈(P AN )基,T300,密度为1.76g/c m 3,拉伸强度为3.43GPa,拉伸弹性模量为230GPa,天津工业大学复合材料研究所;己内酰胺:工业纯,市售;氢氧化钠:分析纯,市售;甲苯二异氰酸酯(T D I ):分析纯,市售。
1.2 仪器与设备箱式电阻炉:SX -4-10型,天津科学器材设备厂;电热干燥箱:F N202-A 型,长沙仪器仪表厂;旋片真空泵:2XZ 型,临海市精工真空设备厂;磨损试验机:MM -200型,宣化试验机厂;电子天平:BP301S 型,测量精度为0.01mg,德国Sart orius 公司;扫描电子显微镜(SE M ):JS M6360LV 型,日本电子公司。
1.3 复合材料的制备(1)C 3D 的表面处理使用前把C 3D 放置于加热炉腔内进行氧化,理想的处理条件为:420℃下保温60m in,随炉冷却后取出。
此时C 3D 的失重率可控制在8%以内,而拉伸强度损失应不超过20%。
(2)复合材料的制备将经表面处理的C 3D 铺入模具内,在电热干燥箱中于160～180℃充分预热;将己内酰胺单体加热熔化,继续升温到120℃并抽真空脱水;加入氢氧化钠,继续抽真空,温度保持在130～140℃,然后加入活化剂T D I 充分搅拌后即可浇入上述模具;在恒定温度下保温60m in,冷却、脱模,制得MC 尼龙/C 3D 复合材料。
1.4 性能测试摩擦磨损性能实验按G B 3960-1983在磨损试验机上进行。
试件尺寸为30mm ×7mm ×6mm ,对偶件为直径40mm 的45#钢环,表面经精磨而成。
实验前用丙酮清洗试样和钢环表面。
实验过程中固定试样不动,旋转钢环。
试验在干摩擦条件下进行,载荷分别为50、150、250N ,滑动速度为0.42m /s 和 3河北省教育厅自然科学基金项目(2004309)收稿日期:20082012070.84m /s 。
摩擦系数利用公式μ=T /PR (μ为摩擦系数;T 为摩擦力矩,从记录的摩擦力矩取平均值;P 为所加载荷;R 为钢环半径)计算得到。
用电子天平测定磨损质量,并换算为体积磨损率。
对每一组试件均在相同的实验条件下进行5次重复实验,选较为接近的4个数据平均值作为实验结果。
磨痕及磨屑表面形貌用SE M 观察并拍照。
2 结果与讨论2.1 MC 尼龙/C 3D 复合材料的摩擦磨损性能图1给出了滑动速度为0.42m /s 时MC 尼龙/C 3D 复合材料的摩擦磨损性能。
由图1可见,C 3D 经过氧化处理后制备的MC 尼龙/C 3D 复合材料的摩擦系数明显小于C 3D 未经处理的MC 尼龙/C 3D 复合材料,而其磨损率在较高载荷下略有增大。
由图1还可知,随着载荷增加,复合材料的摩擦系数先增大后减小,与C 3D 未经处理的MC 尼龙/C 3D 复合材料的变化趋势相同,而复合材料的磨损率均随着载荷的增大而降低。
图1 C 3D 氧化处理与否对MC 尼龙/C 3D 复合材料摩擦磨损性能的影响 图2所示为不同滑动速度下C 3D 经氧化处理的MC 尼龙/C 3D 复合材料的摩擦磨损性能。
由图2可见,在较高滑动速度下,复合材料的摩擦系数和磨损率均较低。
在实验条件范围内,载荷较低时,复合材料基体处于玻璃态,因此,摩擦系数低,随着载荷的增加,基体进入粘弹态向粘流态转变阶段,摩擦系数增大。
当载荷进一步增大时,基体处于粘流态,这时图2 不同滑动速度下MC 尼龙/C 3D 复合材料的摩擦磨损性能的摩擦系数主要受表层的粘滞性流动所控制。
因此,当滑动速度或载荷增大时,摩擦温度升高,引起表面层的粘度下降,从而使摩擦系数减小。
2.2 MC 尼龙/C 3D 复合材料的磨损表面形貌图3示出在滑动速度0.42m /s 下C 3D 氧化处理与否对MC 尼龙/C 3D 复合材料磨损表面形貌的影响。
由图3可以看出,在C 3D 未经处理的MC 尼龙/C 3D 复合材料的磨损表面,尼龙与碳纤维(CF )发生剥离现象,CF 表面几乎没有粘附尼龙;而在C 3D 经过氧化处理的MC 尼龙/C 3D 复合材料的磨损表面,MC 尼龙与CF 结合良好,CF 表面粘附着大量的尼龙。
(a ) (b )a —未处理;b —经氧化处理图3 两种MC 尼龙/C 3D 复合材料磨损表面形貌的比较 图4为不同滑动速度下C 3D 经氧化处理的MC尼龙/C 3D 复合材料的磨损表面形貌。
由图4可以看出,在较低滑动速度下,被磨掉的尼龙磨屑呈薄片状,粘附在磨损表面;而较高滑动速度下,尼龙已呈现粘流态,包裹在磨损表面,形成一层润滑膜,因此表现出低的摩擦系数和磨损率。
(a ) (b )a —滑动速度为0.42m /s;b —滑动速度为0.84m /s图4 不同滑动速度下MC 尼龙/C 3D 复合材料的磨损表面形貌2.3 机理分析可以认为,C 3D 经空气氧化处理后提高了CF 的比表面积,增大了其表面粗糙度,因此,在CF 与基体之间形成了凹凸不平、犬牙交错的界面,增强了CF 与基体间的机械互锁和机械摩擦作用,这使得复合材料的界面物理结合强度提高。
另一方面,C 3D 经氧化处理后使其表面化学成分和官能团的种类、数量等发生变化,其表面新增的给电子羰基C O 增加了界面区域的反应活性,并可能与尼龙分子中分子链上酰胺基团的氢原子缔合成相当强的氢键,从而增强了界面结合强度,使得MC 尼龙/C 3D 复合材料的综合力学性能也相应提高。
MC 尼龙/C 3D 复合材料的磨损表面均裸露出大量纤维,裸露的纤维一方面起承载作用;另一方面可阻止对偶件表面微凸体对复合材料基体的切削作用,降低了MC 尼龙/C 3D 复合材料的磨损率。
在磨损过程中,基体相包覆在纤维外面优先被磨掉,这时显露的纤维支撑了接触面间的大部分载荷,纤维因磨损逐渐变细,由于没有基体的支撑和保护,纤维最终断裂脱落,由脱落的纤维和基体磨屑反复变形、挤压、软化和重新组合的颗粒在表面间来回转移形成典型的磨粒磨损。
对于氧化处理后的C 3D ,由于其强度略有损失,比未处理的C 3D 易于断裂,因此,在较高载荷下,其磨损率稍高于C 3D 未经处理的MC 尼龙/C 3D 复合材料。
C 3D 经氧化处理的MC 尼龙/C 3D 复合材料的摩擦系数较低,原因是氧化处理使CF 的磨屑和尼龙基体的磨屑混合形成了一层表面膜。
通常1nm 到几十纳米厚的表面膜就可以形成有效的边界润滑。
所以,由于CF 磨屑和尼龙磨屑形成表面膜的润滑作用使其摩擦系数较低。
随着载荷的增加,C 3D 经氧化处理的MC 尼龙/C 3D 复合材料的摩擦系数先增大后减小,与C 3D 未经处理的MC 尼龙/C 3D 复合材料的变化趋势相同。
在低载荷时,MC 尼龙/C 3D 复合材料处于玻璃态,复合材料的摩擦系数较低,随着载荷的增大,MC 尼龙/C 3D 复合材料的表面进入粘流态转变阶段,摩擦系数大,粘着转移严重,而在更高载荷下,在摩擦温度的作用下,材料的表层粘度下降,形成润滑膜,起到润滑和保护作用,摩擦系数较小。
在不同载荷下,随着滑动速度增大,MC 尼龙/C 3D 复合材料的摩擦系数和磨损率逐渐降低。
3 结论(1)C 3D 经氧化处理的MC 尼龙/C 3D 复合材料的摩擦系数比C 3D 未经处理的复合材料低,而复合材料的磨损率在较高载荷下略有提高。
(2)在实验条件下,随着载荷的增加,MC 尼龙/C 3D 复合材料的摩擦系数升高,磨损率降低。
随着滑动速度增大,MC 尼龙/C 3D 复合材料的摩擦系数和磨损率均降低。
(3)MC 尼龙/C 3D 复合材料的磨损表面形貌表明,经氧化处理的C 3D 表现出与MC 尼龙基体间的良好粘结性能。
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