含铁磁性填料的聚合物复合材料摩擦磁化对摩擦转移的作用机理研究

发布时间：2017-08-09 19:06

  本文关键词：含铁磁性填料的聚合物复合材料摩擦磁化对摩擦转移的作用机理研究

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【摘要】：摩擦磨损过程中通常伴随着一系列物理、化学效应,而这些效应对材料转移及摩擦过程都有重要影响。本文选用铁磁性Ni粉颗粒为填料、PTFE为基体,主要研究Ni/PTFE复合材料与45钢摩擦磨损过程中通过摩擦作用诱导产生的磁化现象及其影响因素,提出了量化测量转移膜形态的方法,并将转移膜形态与复合材料的摩擦学性能进行关联。采用3D激光扫描显微镜分析了不同工况下45钢摩擦表面形成转移膜的三维形貌,用SEM和能谱仪(EDS)分析了转移膜的微观形貌和转移膜的成分,并分析了转移膜的减摩耐磨机理。通过对摩擦磁化与摩擦转移和摩擦学性能关系的分析,以期获得形成高质量转移膜的合适条件,为实现对聚合物复合材料摩擦学性能的主动控制提供了一个新途径。在本论文的实验条件范围内,得到如下主要结论：1.复合材料平均摩擦磁化强度随着填料Ni粉粒径的增大而增强；复合材料平均摩擦磁化强度随着填料Ni粉含量的增加而逐渐变大；随着滑动速度的增加,摩擦诱导磁感应强度逐渐增强,并且在高速条件下摩擦磁化强度增加较快；复合材料平均摩擦磁化强度随着载荷的增加逐渐增加。2.不同工况条件下,复合材料的摩擦系数随时间的变化趋势大致相同,平均摩擦系数随着填料含量的增加而逐渐增加,复合材料的磨损体积逐渐减小；平均摩擦系数随着填料粒径的增加先减小后增加,复合材料的磨损体积略有增加；滑动速度对复合材料的平均摩擦系数影响不大,滑动速度超过0.4m/s时,复合材料的磨损量较大；复合材料的平均摩擦系数随着载荷的增加逐渐减小,复合材料的磨损体积则随着载荷的增加而增加。3.转移膜覆盖面积随着填料含量增加逐渐增加并且趋于稳定,而当填料含量过高时,转移膜覆盖面积会减少；转移膜平均厚度随着填料含量的增加逐渐减小,转移膜平均厚度随着填料粒径的增大逐渐变厚,但是增加的幅度不大；摩擦表面转移膜厚度随着滑动速度的增加而增加,随着载荷的增加先增加后减小,低速、轻载条件下更有利于形成摩擦学性能极好的转移膜；越厚的转移膜越容易脱落,耐磨性越差。4.转移膜的形成与表面磨削方向有关：当滑动方向平行于磨削方向时,在不同摩擦条件下都没有形成连续均匀的转移膜；当滑动方向垂直于磨削方向时,形成的转移膜连续性较好。5.聚合物复合材料受到对偶金属表面微凸体的切削作用,在摩擦表面的局部接触点形成转移膜的核心。摩擦磁化作用有利于核心的增多。随着摩擦时间的延长,转移膜逐渐连续,均匀地覆盖在摩擦表面,改变了摩擦副的接触形式。6.摩擦磨损过程中产生的摩擦磁化作用能够促进磁化的磨屑颗粒向对偶面转移并牢固吸附在摩擦表面,同时吸附在摩擦表面的金属磨屑颗粒对转移膜的钉扎作用,使其不易剥落,增强了转移膜粘结强度,可通过调控摩擦磨损过程中产生的磁感应强度来调控摩擦转移膜的质量,从而实现对复合材料摩擦磨损性能的主动控制。
【关键词】：PTFE复合材料 摩擦磁化 转移膜 摩擦学特性
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TH117
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-10
• ABSTRACT10-18
• 第一章 绪论18-28
• 1.1 引言18
• 1.2 聚合物复合材料的摩擦学特性及应用18-19
• 1.3 摩擦磁化现象及其研究现状19-20
• 1.4 摩擦转移现象及研究现状20-24
• 1.4.1 摩擦转移现象及作用机理20-21
• 1.4.2 聚合物复合材料摩擦转移膜的影响因素21-24
• 1.5 转移膜厚度和覆盖面积的量化测量方法24-26
• 1.5.1 转移膜厚度的评价方法24-26
• 1.5.2 转移膜覆盖面积的评价方法26
• 1.6 课题研究意义和主要内容26-28
• 1.6.1 研究意义26-27
• 1.6.2 课题来源27
• 1.6.3 研究主要内容27-28
• 第二章 试样制备与实验方案28-39
• 2.1 试样制备28-33
• 2.1.1 PTFE基复合材料的原材料及性质28-30
• 2.1.2 PTFE基复合材料的制备30-33
• 2.2 分析测试方法33-39
• 2.2.1 摩擦学性能测试33-35
• 2.2.2 磁感应强度的测量35
• 2.2.3 转移膜厚度的测量35-36
• 2.2.4 转移膜覆盖率评价方法36-37
• 2.2.5 摩擦界面温度的测量37
• 2.2.6 表征分析方法37-39
• 第三章 Ni/PTFE复合材料摩擦磁化及其摩擦学性能的影响因素39-56
• 3.1 聚合物复合材料摩擦磁化作用机理分析39
• 3.2 填料粒径对复合材料摩擦磁化与摩擦磨损性能的影响39-42
• 3.2.1 Ni粉填料粒径对复合材料摩擦诱导磁化的影响39-41
• 3.2.2 Ni粉粒径对复合材料摩擦磨损性能的影响41-42
• 3.3 填料含量对复合材料摩擦磁化与摩擦学性能的影响42-47
• 3.3.1 填料含量对复合材料摩擦磁化的影响42-46
• 3.3.2 填料含量对复合材料摩擦学性能的影响46-47
• 3.4 滑动速度对复合材料摩擦磁化与摩擦磨损的影响47-51
• 3.4.1 滑动速度对复合材料摩擦诱导磁化的影响47-50
• 3.4.2 滑动速度对Ni/PTFE复合材料摩擦磨损性能的影响50-51
• 3.5 载荷对复合材料摩擦诱导磁化与摩擦磨损的影响51-56
• 3.5.1 载荷对复合材料摩擦诱导磁化的影响51-54
• 3.5.2 载荷对Ni/PTFE复合材料摩擦磨损性能的影响54-56
• 第四章 Ni/PTFE复合材料摩擦转移的影响因素及其作用机理研究56-78
• 4.1 引言56
• 4.2 摩擦工况条件对摩擦转移的影响56-63
• 4.2.1 滑动速度的影响56-59
• 4.2.2 载荷的影响59-63
• 4.3 填料的影响63-69
• 4.3.1 填料粒径大小的影响63-66
• 4.3.2 填料含量的影响66-69
• 4.4 滑动方向和对偶件表面磨削方向的影响69-73
• 4.5 转移膜成分分析73-75
• 4.6 转移膜形成过程分析75-78
• 第五章 聚合物复合材料摩擦磁化与摩擦转移的关系78-82
• 5.1 转移膜减摩耐磨机理分析78-79
• 5.2 摩擦磁化强度与摩擦学性能的关系79-80
• 5.2.1 摩擦诱导磁化强度与复合材料摩擦系数的关系79
• 5.2.2 摩擦诱导磁感应强度与复合材料磨损体积的关系79-80
• 5.3 摩擦磁化对转移膜作用机理分析80-82
• 第六章 总结与展望82-85
• 6.1 总结82-83
• 6.2 展望83-85
• 参考文献85-89
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况89

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本文编号：646810