聚晶金刚石对磨陶瓷材料摩擦表界面结构演化机理
发布时间：2021-12-15 23:08
摩擦与磨损在一切带有运动部件的机械系统中几乎是不可避免的,它们常常是造成能量损失、机械故障和效率低下的主要原因,降低宏观机械运动界面间的摩擦磨损对能源节约具有重要的意义。为了减少摩擦的不利影响,人们试图通过使用不同的固体或液体润滑剂来改善摩擦表界面的配合状态,摩擦表界面的调控对整个摩擦学系统起着至关重要的作用,系统地认识摩擦表界面结构演化对从本质上揭示材料摩擦学行为具有重要意义。本文基于聚晶金刚石（PCD）拥有微米级多晶的结构特性进行研究,PCD在摩擦的过程中,微米级金刚石颗粒的解理伴随着金刚石颗粒的剥落,并逐渐演变成纳米金刚石以及纳米层状堆垛结构,为纳米尺度下实现非公度接触状态提供了多微凸体的优势,是设计实现超低/超滑摩擦界面的理想材料。本文通过系统探究聚晶金刚石对磨陶瓷材料摩擦表界面的结构演化机制,分析了金刚石颗粒向纳米金刚石、纳米层状洋葱碳以及石墨烯纳米片层的演变,揭示了界面材料的结构演化对聚晶金刚石摩擦学性能的影响。从本质上认识了聚晶金刚石与陶瓷材料界面间纳米层状材料以及纳米颗粒在界面的形成对实现界面局部非公度接触的作用,对实现稳定的宏观超滑具有重要意义。由于宏观尺度超滑的实现...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
结构超滑模型（Emilyetal.2019）
第 1 章 绪论面纳米结构，主要是摩擦反应层的形成。这种实现降低摩擦的纳米结构的生大程度上取决于接触力学和配副材料，这些发现使得能够更有效地操纵超滑实现并开发具有鲁棒性能的超低摩擦界面。该研究证实了界面纳米结构的形实现宏观超滑具有重要的作用，因此，实现宏观尺度超滑性的一种新策略是触界面中引入多个可移动、自由旋转的石墨烯薄片（如图 1-3 所示）（Wijn e011）。纳米石墨烯片层结构在摩擦界面的引入，是增加摩擦滑动中的非公度形成的重要方法。同时，石墨烯的层间易剪切性能，也是其减摩性能优异的原因。由于石墨烯纳米片在摩擦表界面的添加，同时也隔绝了两配副材料的接触对磨，进一步降低了摩擦表界面的能量耗散。
图 1-3 通过嵌入随机定向石墨烯薄片触点实现超滑性（Wijn et al, 2011）Fig. 1-3 Superlubricity is achieved by embedding random directional graphene sheet con(Wijn et al, 2011)综上可知，在减摩耐磨的研究中，摩擦表界面的结构设计以及界面二维引入，对整体的摩擦学性能起到重要的影响。同时，在摩擦滑动过程中，界面的结构演化对摩擦学性能的演变起到至关重要的作用。因此，认识摩面的结构演化对提出降低能量耗散的方案具有重要意义。基于此，我们发现摩擦界面十分复杂，涉及到材料的相变过程、摩擦化、材料的去除、界面的化学成键/断裂/及重组。这对摩擦状态的演变产生影响，对认识和合理设计超低或超滑状态至关重要。另外，对于结构超滑的条件较为苛刻，如绝对干净的刚性表面以及测试环境的影响，如真空环保证洁净的界面无污染物的引入，这对保证稳定的非公度接触至关重要。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多层二维材料纳米压痕实验研究[J]. 肖钧凯,汪国睿,戴兆贺,缪泓,刘璐琪,张忠. 实验力学. 2018(05)
[2]超润滑:“零”摩擦的世界[J]. 郑泉水,欧阳稳根,马明,张首沫,赵治华,董华来,林立. 科技导报. 2016(09)
[3]温成形摩擦界面粉末润滑层宏微观特性的试验研究[J]. 王伟,孔俊超,顾伟,刘焜. 摩擦学学报. 2016(02)
[4]摩擦界面原子受迫振动温升模型及计算研究[J]. 龚中良,丁凌云,黄平. 摩擦学学报. 2008(04)
[5]Role of C and Fe in Grain Refinement of an AZ63B Magnesium Alloy by Al-C Master Alloy[J]. Yichuan PAN+, Xiangfa LIU and Hua YANG Key Laboratory of Liquid Structure and Heredity of Materials, Ministry of Education, Shandong University,Jinan 250061, China. Journal of Materials Science & Technology. 2005(06)
博士论文
[1]石墨烯纳米界面摩擦行为的分子动力学研究[D]. 汪安乐.西南交通大学 2016
硕士论文
[1]基于AFM探针设计实现纳米级单点接触下超低摩擦系数测量[D]. 李斌.西南交通大学 2017
[2]缺陷和基底对石墨烯摩擦性能影响的分子动力学研究[D]. 李志翔.东南大学 2016
[3]石墨烯摩擦性质研究[D]. 廖旭.电子科技大学 2011
本文编号：3537312
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
结构超滑模型（Emilyetal.2019）
第 1 章 绪论面纳米结构，主要是摩擦反应层的形成。这种实现降低摩擦的纳米结构的生大程度上取决于接触力学和配副材料，这些发现使得能够更有效地操纵超滑实现并开发具有鲁棒性能的超低摩擦界面。该研究证实了界面纳米结构的形实现宏观超滑具有重要的作用，因此，实现宏观尺度超滑性的一种新策略是触界面中引入多个可移动、自由旋转的石墨烯薄片（如图 1-3 所示）（Wijn e011）。纳米石墨烯片层结构在摩擦界面的引入，是增加摩擦滑动中的非公度形成的重要方法。同时，石墨烯的层间易剪切性能，也是其减摩性能优异的原因。由于石墨烯纳米片在摩擦表界面的添加，同时也隔绝了两配副材料的接触对磨，进一步降低了摩擦表界面的能量耗散。
图 1-3 通过嵌入随机定向石墨烯薄片触点实现超滑性（Wijn et al, 2011）Fig. 1-3 Superlubricity is achieved by embedding random directional graphene sheet con(Wijn et al, 2011)综上可知，在减摩耐磨的研究中，摩擦表界面的结构设计以及界面二维引入，对整体的摩擦学性能起到重要的影响。同时，在摩擦滑动过程中，界面的结构演化对摩擦学性能的演变起到至关重要的作用。因此，认识摩面的结构演化对提出降低能量耗散的方案具有重要意义。基于此，我们发现摩擦界面十分复杂，涉及到材料的相变过程、摩擦化、材料的去除、界面的化学成键/断裂/及重组。这对摩擦状态的演变产生影响，对认识和合理设计超低或超滑状态至关重要。另外，对于结构超滑的条件较为苛刻，如绝对干净的刚性表面以及测试环境的影响，如真空环保证洁净的界面无污染物的引入，这对保证稳定的非公度接触至关重要。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多层二维材料纳米压痕实验研究[J]. 肖钧凯,汪国睿,戴兆贺,缪泓,刘璐琪,张忠. 实验力学. 2018(05)
[2]超润滑:“零”摩擦的世界[J]. 郑泉水,欧阳稳根,马明,张首沫,赵治华,董华来,林立. 科技导报. 2016(09)
[3]温成形摩擦界面粉末润滑层宏微观特性的试验研究[J]. 王伟,孔俊超,顾伟,刘焜. 摩擦学学报. 2016(02)
[4]摩擦界面原子受迫振动温升模型及计算研究[J]. 龚中良,丁凌云,黄平. 摩擦学学报. 2008(04)
[5]Role of C and Fe in Grain Refinement of an AZ63B Magnesium Alloy by Al-C Master Alloy[J]. Yichuan PAN+, Xiangfa LIU and Hua YANG Key Laboratory of Liquid Structure and Heredity of Materials, Ministry of Education, Shandong University,Jinan 250061, China. Journal of Materials Science & Technology. 2005(06)
博士论文
[1]石墨烯纳米界面摩擦行为的分子动力学研究[D]. 汪安乐.西南交通大学 2016
硕士论文
[1]基于AFM探针设计实现纳米级单点接触下超低摩擦系数测量[D]. 李斌.西南交通大学 2017
[2]缺陷和基底对石墨烯摩擦性能影响的分子动力学研究[D]. 李志翔.东南大学 2016
[3]石墨烯摩擦性质研究[D]. 廖旭.电子科技大学 2011
本文编号：3537312
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