氧化铝PTFE转移膜多界面涨落行为与抗磨机理研究

发布时间：2020-06-22 06:21

【摘要】：固体润滑材料是航天机械工程中的重要研究方向,在使用纳米金属氧化物作为填料后,作为自润滑材料的聚合物抗磨损性能得到增强(k~10~-77 mm~3/Nm)。因转移膜对复合材料和金属摩擦界面提供了保护,但即使在稳态磨损下,两摩擦界面仍然存在磨损,其中金属基底的磨损量化研究更是少有人进行。本文借助研究纳米氧化铝PTFE的复合材料与不锈钢的摩擦磨损模型,对摩擦界面的磨损、转移膜界面的体积涨落进行量化分析,结合界面的物化信息建立摩擦界面的数学模型。实验设计上,利用自制的摩擦磨损试验装置和“条纹测试法”,制备多种周期下的磨损表面;采用二维、三维轮廓仪、SEM(场发射扫描电镜)进行界面行为的测量和纪录;使用接触角测量仪、傅氏转换红外线光谱分析记录转移膜的物理化学变化等。通过分析金属基底的磨损数据后,发现金属界面磨损与转移膜覆盖率呈极强的线性关系(R~2=0.91)。使用混合磨损模型对磨损模型进行拟合,与实验结果吻合较好,揭示了干摩擦情况下聚合物对金属基底表面的粘着磨损与疲劳磨损的共存关系。进一步我们通过碎屑行为收集,对整体磨屑体积和数量进行建立物理数学模型,使用蒙特卡洛模拟方法对碎屑和接触界面进行表面能赋值,通过模型计算最终获得已知摩擦界面物化信息情况下,未来短期内复合材料磨损率、转移膜增长率。通过和实验数据对比,我们发现该模型的部分结果与实验数据匹配良好,并分析了其应用场景的局限。通过这一模型建立,我们对整个纳米氧化铝PTFE减磨机理和转移膜涨落行为有了更深层的理解。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V250
【图文】：

聚合物材料,磨损率

物在工程应用中有着悠久的历史，拥有低重量、低成本和易制造性[摩擦的环境下，与金属和陶瓷相比，聚合物作为摩擦副材料能够提擦系数。这主要归功于其相对较低的表面能（表面张力）[11]，这一其极易于吸附在其他表面上，从而提高了作为涂层来使用的灵活性-16]。自合成高分子材料蓬勃发展，50 多年来聚合物被广泛应用于制轴承、不粘锅和人工关节等部件的摩擦学表面。典型的摩擦学聚合塑料，如聚乙烯、缩醛、聚酰胺（尼龙）、聚四氟乙烯（PTFE）、EEK）和热固性环氧树脂、聚酯和聚酰亚胺（PI）等等。聚合物作为固体润滑剂的种类繁多，但各自的优点和缺陷也十分鲜为例，作为一种相对耐高温的聚合物基底材料，其抗磨损的性能也是摩擦系数却不如其他材料那样有优势，有时甚至会高达 0.3 以上。四氟乙烯的摩擦系数最小可达 0.02～0.1，并且额外具有较大的工作的抗化学腐蚀的性能[17]。正是这些摩擦、热和化学性能才使得聚四E）作为一款优秀的空间润滑的候选者。

纳米CuO,纳米铜,摩擦系数,滑动距离

在相同的磨损率下，微米氧化铜所需要的体积为 25％~35％，而纳米铜填料所占的体积分数仅为 1％~5％。图1.2[45]给出了纳米铜的添加量对磨损量和摩擦系数的影响。

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