PTFE/芳纶纤维编织衬垫自润滑关节轴承的黏接性能及摩擦学性能
发布时间：2020-12-27 03:54
对PTFE/Kevlar纤维混合编织衬垫分别进行超声波处理、稀土CeO2处理后,制备了自润滑关节轴承,利用Instron5944型电子万能材料试验机和自制的高频摆动摩擦磨损试验机对关节轴承进行了剥离强度测试和摩擦磨损性能试验,考察了前处理工艺对关节轴承的黏接性能和摩擦学性能的影响,并采用扫描电镜(SEM)观察分析了衬垫表面的微观形貌变化,以探究轴承的摩擦学性能与衬垫形成PTFE转移膜的成膜性能之间的关系。结果表明,衬垫经改性前处理后,不仅提高了衬垫与基体的黏接性能,而且提高了轴承的摩擦学性能;轴承的摩擦学性能与其在摩擦磨损过程中形成PTFE转移膜的成膜性能之间存在一定的对应关系,即PTFE转移膜的形成越快,耐磨性、均匀连续性越好,在摩擦磨损过程中表现出较优的摩擦诱导成膜性能,其摩擦学性能也越优。
【文章来源】：中国机械工程. 2016年02期 北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图１试验轴承结构图试验方法
稀土ＣｅＯ２溶液处理是将衬垫在常温下浸入含有ＣｅＯ２的稀土溶液中浸泡１～２ｈ（浸泡液的其他成分为质量分数为０．５％～２％的ＨＮＯ３、０．０１％～０．０５％的ＣＯ（ＮＨ２）２、１％～３％的ＮＨ４Ｃｌ以及９０％～９７％的去离子水按一定比例配制），在温度为８０～１００℃的烘箱中烘干２～３ｈ后，再放在空气中平衡１２～２４ｈ。图１试验轴承结构图１．２试验方法１．２．１剥离试验剥离强度是衡量衬垫黏接性能的重要指标，图２为剥离强度测试示意图。利用自制的关节轴承剥离夹具将试样夹持在Ｉｎｓｔｒｏｎ５９４４型电子万能材料试验机上，两夹具以一定的速度远离，将纤维衬垫从自润滑关节轴承外圈内球面上剥离下来。参照美国航空标准ＳＡＥ－ＡＳ８１８２０［６］，制定本试验的剥离角度为１４０±４０°，剥离速度为１９ｍｍ／ｍｉｎ，采集间隔为２ｍｓ。剥离前进行衬垫黏附度检验，保证其９０％紧紧黏附；剥离后进行牢靠性检验，不允许有外接圆直径相当于外圈宽度的２５％或６．３５ｍｍ（取两者较小者）的未黏牢区域。图２剥离强度测试示意图利用Ｏｒｉｇｉｎ软件对剥离曲线进行求积处理来计算剥离强度（每个试验点重复３次，最后取平均值），其具体计算公式为σ＝ＣＳＬＤ（１）式中，Ｃ为剥离曲线图上单位高度所代表的载荷，Ｎ／ｍｍ；Ｓ为剥离曲线求积的面积，ｍｍ２；Ｌ为衬垫剥离的长度，ｍｍ；Ｄ为剥离试样的宽度，ｍｍ。１．２．２摩擦磨损试验摩擦磨损试验在自制的关节轴承性能试验机上进行，其结构如图３所示。图３
离曲线。可以看出，衬垫在剥离过程中剥离载荷随剥离长度的变化曲线呈锯齿状波动，衬垫经超声波及稀土ＣｅＯ２处理后，剥离载荷整体有所提高，其中经超声波处理后的剥离载荷提高显著，平均剥离载荷达到７Ｎ，而未经改性处理的仅为３．８Ｎ，提高了近１倍，并且剥离曲线波动幅度不大，曲线较为平滑（图６），表现为衬垫黏接质量较高，黏接性能较好；衬垫经稀土ＣｅＯ２处理后剥离载荷的提高次之，且剥离曲线波动也不大，较为平滑（图７），表现为黏接质量平均水平较高，黏接性能较好。图５关节轴承的剥离曲线（未处理）图６关节轴承的剥离曲线（超声波处理）图７关节轴承的剥离曲线（稀土ＣｅＯ２处理）２．２关节轴承的摩擦磨损性能在摆动频率为２．５Ｈｚ、载荷为３０ＭＰａ的条件下，衬垫改性前后轴承的摩擦学性能随旋转摆动时间的变化曲线如图８～图１０所示。可以看出，衬垫经超声波及稀土ＣｅＯ２处理后，关节轴承的摩擦因数、磨损量及摩擦温度均有所减小，表明衬垫经改性处理后轴承的摩擦学性能有较大改善，其中，衬垫经稀土ＣｅＯ２处理后的轴承摩擦学性能最优。对比不同摆动时间下的三个测量参数，在摆动时间小于１００ｍｉｎ（初始阶段）时，三个测量参数快速增大，在１００～３００ｍｉｎ之间逐渐趋于稳定，此阶段可视为成膜阶段，最后在摆动时间超过３００ｍｉｎ（最终阶段）时测量参数再次增大。从图８可以看出，与改性前相比，衬垫经超声波及稀土ＣｅＯ２处理后轴承的摩擦性能均得到改善，轴承经稀土ＣｅＯ２处理后的摩擦性能优于经超声波处理后的摩擦性能。从图９可以看出，与改性前相比，衬垫
【参考文献】：
期刊论文
[1]Influence of Weave Structures on the Tribological Properties of Hybrid Kevlar/PTFE Fabric Composites[J]. GU Dapeng*, YANG Yulin, QI Xiaowen, DENG Wei, and SHI Lei Key Laboratory of Fundamental Science of Mechanical Structure and Material Science under Extreme Condition for National Defence, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, China. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2012(05)
[2]载荷对Kevlar/PTFE纤维混杂织物摩擦学性能的影响[J]. 杨育林,谷大鹏,范兵利,陈素文. 燕山大学学报. 2011(06)
[3]超声波预处理对对位芳纶纤维结构的影响[J]. 魏家瑞,唐爱民,孙智华. 材料工程. 2009(04)
[4]Effect of rare earth elements addition on thermal fatigue behaviors of AZ91 magnesium alloy[J]. Hossein Bayani,Ehsan Saebnoori. Journal of Rare Earths. 2009(02)
[5]稀土改性剂处理对芳纶/环氧复合材料层间剪切强度的影响[J]. 吴炬,程先华. 稀有金属材料与工程. 2005(12)
[6]稀土处理对F-12纤维/环氧复合材料拉伸性能的影响[J]. 吴炬,程先华. 上海交通大学学报. 2005(11)
[7]超声作用对芳纶纤维表面性质的影响[J]. 刘丽,张翔,黄玉东,姜彬,张志谦. 复合材料学报. 2003(02)
[8]芳纶纤维/环氧复合材料界面超声连续改性处理[J]. 刘丽,张翔,黄玉东,张志谦. 航空材料学报. 2003(01)
[9]聚四氟乙烯自润滑编织复合材料关节轴承的摆动摩擦磨损性能研究[J]. 向定汉,潘青林,姚正军. 摩擦学学报. 2003(01)
[10]Impact Wear Properties of Metal-Plastic Multilayer Composites Filled with Glass Fiber Treated with Rare Earth Element Surface Modifier[J]. 程先华,薛玉君. Journal of Rare Earths. 2001(03)
本文编号：2941049
【文章来源】：中国机械工程. 2016年02期 北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图１试验轴承结构图试验方法
稀土ＣｅＯ２溶液处理是将衬垫在常温下浸入含有ＣｅＯ２的稀土溶液中浸泡１～２ｈ（浸泡液的其他成分为质量分数为０．５％～２％的ＨＮＯ３、０．０１％～０．０５％的ＣＯ（ＮＨ２）２、１％～３％的ＮＨ４Ｃｌ以及９０％～９７％的去离子水按一定比例配制），在温度为８０～１００℃的烘箱中烘干２～３ｈ后，再放在空气中平衡１２～２４ｈ。图１试验轴承结构图１．２试验方法１．２．１剥离试验剥离强度是衡量衬垫黏接性能的重要指标，图２为剥离强度测试示意图。利用自制的关节轴承剥离夹具将试样夹持在Ｉｎｓｔｒｏｎ５９４４型电子万能材料试验机上，两夹具以一定的速度远离，将纤维衬垫从自润滑关节轴承外圈内球面上剥离下来。参照美国航空标准ＳＡＥ－ＡＳ８１８２０［６］，制定本试验的剥离角度为１４０±４０°，剥离速度为１９ｍｍ／ｍｉｎ，采集间隔为２ｍｓ。剥离前进行衬垫黏附度检验，保证其９０％紧紧黏附；剥离后进行牢靠性检验，不允许有外接圆直径相当于外圈宽度的２５％或６．３５ｍｍ（取两者较小者）的未黏牢区域。图２剥离强度测试示意图利用Ｏｒｉｇｉｎ软件对剥离曲线进行求积处理来计算剥离强度（每个试验点重复３次，最后取平均值），其具体计算公式为σ＝ＣＳＬＤ（１）式中，Ｃ为剥离曲线图上单位高度所代表的载荷，Ｎ／ｍｍ；Ｓ为剥离曲线求积的面积，ｍｍ２；Ｌ为衬垫剥离的长度，ｍｍ；Ｄ为剥离试样的宽度，ｍｍ。１．２．２摩擦磨损试验摩擦磨损试验在自制的关节轴承性能试验机上进行，其结构如图３所示。图３
离曲线。可以看出，衬垫在剥离过程中剥离载荷随剥离长度的变化曲线呈锯齿状波动，衬垫经超声波及稀土ＣｅＯ２处理后，剥离载荷整体有所提高，其中经超声波处理后的剥离载荷提高显著，平均剥离载荷达到７Ｎ，而未经改性处理的仅为３．８Ｎ，提高了近１倍，并且剥离曲线波动幅度不大，曲线较为平滑（图６），表现为衬垫黏接质量较高，黏接性能较好；衬垫经稀土ＣｅＯ２处理后剥离载荷的提高次之，且剥离曲线波动也不大，较为平滑（图７），表现为黏接质量平均水平较高，黏接性能较好。图５关节轴承的剥离曲线（未处理）图６关节轴承的剥离曲线（超声波处理）图７关节轴承的剥离曲线（稀土ＣｅＯ２处理）２．２关节轴承的摩擦磨损性能在摆动频率为２．５Ｈｚ、载荷为３０ＭＰａ的条件下，衬垫改性前后轴承的摩擦学性能随旋转摆动时间的变化曲线如图８～图１０所示。可以看出，衬垫经超声波及稀土ＣｅＯ２处理后，关节轴承的摩擦因数、磨损量及摩擦温度均有所减小，表明衬垫经改性处理后轴承的摩擦学性能有较大改善，其中，衬垫经稀土ＣｅＯ２处理后的轴承摩擦学性能最优。对比不同摆动时间下的三个测量参数，在摆动时间小于１００ｍｉｎ（初始阶段）时，三个测量参数快速增大，在１００～３００ｍｉｎ之间逐渐趋于稳定，此阶段可视为成膜阶段，最后在摆动时间超过３００ｍｉｎ（最终阶段）时测量参数再次增大。从图８可以看出，与改性前相比，衬垫经超声波及稀土ＣｅＯ２处理后轴承的摩擦性能均得到改善，轴承经稀土ＣｅＯ２处理后的摩擦性能优于经超声波处理后的摩擦性能。从图９可以看出，与改性前相比，衬垫
【参考文献】：
期刊论文
[1]Influence of Weave Structures on the Tribological Properties of Hybrid Kevlar/PTFE Fabric Composites[J]. GU Dapeng*, YANG Yulin, QI Xiaowen, DENG Wei, and SHI Lei Key Laboratory of Fundamental Science of Mechanical Structure and Material Science under Extreme Condition for National Defence, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, China. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2012(05)
[2]载荷对Kevlar/PTFE纤维混杂织物摩擦学性能的影响[J]. 杨育林,谷大鹏,范兵利,陈素文. 燕山大学学报. 2011(06)
[3]超声波预处理对对位芳纶纤维结构的影响[J]. 魏家瑞,唐爱民,孙智华. 材料工程. 2009(04)
[4]Effect of rare earth elements addition on thermal fatigue behaviors of AZ91 magnesium alloy[J]. Hossein Bayani,Ehsan Saebnoori. Journal of Rare Earths. 2009(02)
[5]稀土改性剂处理对芳纶/环氧复合材料层间剪切强度的影响[J]. 吴炬,程先华. 稀有金属材料与工程. 2005(12)
[6]稀土处理对F-12纤维/环氧复合材料拉伸性能的影响[J]. 吴炬,程先华. 上海交通大学学报. 2005(11)
[7]超声作用对芳纶纤维表面性质的影响[J]. 刘丽,张翔,黄玉东,姜彬,张志谦. 复合材料学报. 2003(02)
[8]芳纶纤维/环氧复合材料界面超声连续改性处理[J]. 刘丽,张翔,黄玉东,张志谦. 航空材料学报. 2003(01)
[9]聚四氟乙烯自润滑编织复合材料关节轴承的摆动摩擦磨损性能研究[J]. 向定汉,潘青林,姚正军. 摩擦学学报. 2003(01)
[10]Impact Wear Properties of Metal-Plastic Multilayer Composites Filled with Glass Fiber Treated with Rare Earth Element Surface Modifier[J]. 程先华,薛玉君. Journal of Rare Earths. 2001(03)
本文编号：2941049
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