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耐磨陶瓷弯管:其他材料的滑动磨损

文章发布日期:2019-06-29 14:38

.陶瓷材料,耐磨陶瓷弯管:其他材料的滑动磨损

与金属材料相比,陶瓷材料在滑动中有其类似与不同之处。由于陶瓷材料的原子键合方式不同于金属,室温下陶瓷材料的塑性变形很有限,因此在应力的作用下往往易于发生脆性断裂。一些氧化物陶瓷对环境很敏感,如氧化铝陶瓷在水存在的环境中裂纹增大加速。环境因素也会影响许多陶瓷的塑性流动,即通过影响陶瓷次表面位错的可动性来影响其塑性变形。与金属类似,陶瓷材料表面也会发生化学反应,滑动接触会加速这种表面化学反应。此外,陶瓷在滑动磨损中也发生局部的塑性变形和形成转移膜,但由于陶瓷表面发生摩擦化学反应,滑动界面成分发生变化,因此塑性变形远不如摩擦化学反应显得为重要。

陶瓷的滑动磨损机理包括断裂、摩擦化学反应和塑性变形。陶瓷的磨损机理也随滑动速度、载荷和环境条件(如湿度或氧含量)发生变化。陶瓷的磨损也可分为轻微磨损和严重磨损。陶瓷的轻微磨损表现为具有低的磨损速率、光滑的表面、稳定的摩擦痕迹,以及以塑性变形或摩擦化学反应为主的磨损机理。磨屑细小且成分可与块状滑动材料有所不同(氧化物或水合物)。相反,严重磨损表现为高的磨损速率、粗糙的磨损表面、摩擦痕迹不稳定,磨损机理以脆性断裂为主。磨屑形状规则且与块状滑动材料成分相同。

陶瓷材料的磨损服从Archard方程,即与滑动距离和载荷呈线性比例关系。严重磨损时,工程陶瓷的磨损系数k值为0-4~0-2,轻微磨损的k值是严重磨损k值的%~0%或低。

2.聚合物材料

与金属和陶瓷不同的是聚合物材料具有低的摩擦因数,典型值为0.~0.5。由于聚合物材料的弹性模量和强度比金属和陶瓷低,因此,当聚合物与金属或陶瓷滑动摩擦时,几乎所有的接触变形都是发生在聚合物内,而且这些硬摩擦偶的表面粗糙度直接影响着磨损机理。假如摩擦偶表面光滑,聚合物主要发生表面塑性变形,接触的表面间发生粘着;假如摩擦偶表面粗糙,那么摩擦偶的微凸体会引起聚合物表面和次表面的塑性变形,造成磨料磨损和使变形区的疲劳裂纹扩展。

当摩擦偶的表面光滑时,聚合物的粘着磨损过程类似于金属,即聚合物粘附转移到硬的摩擦偶表面,然后脱落变成磨屑。在达到稳态磨损之前,常有一磨合期。稳态磨损时,磨损率在很大范围内符合Archard方程。耐磨陶瓷弯管:其他材料的滑动磨损

并不是所有的聚合物都发生粘着磨损。当界面温度在T.(玻璃化温度)以下,热固性聚合物如聚苯乙烯(Polystryrene),聚氯乙烯(PVC)聚甲基丙稀酸酯(PMMA),并不形成转移膜,而是发生疲劳磨损或磨料磨损;在T.温度以上,热固性聚合物发生热解,而热塑性聚合物发生粘着转移。

聚合物粘着到摩擦偶表面的作用力是静电力(包括范德瓦尔斯力)。聚合物与摩擦偶的粘着点强度高于聚合物本身,因此在聚合物上发生开裂。转移层的逐渐堆积或反向转移,终产生磨屑(无严重断链或化学性质恶化),正常磨屑厚约为0.~0um。聚合物分子链可取向于滑动方向。磨损率取决于转移膜从摩擦对偶的脱落速率,而不是聚合物转移成膜的速率。

少量聚合物如聚四氟乙烯(PT-FE)、高密度聚乙烯(HDPE),超高分子量聚乙烯(UHMWPE),在一定条件下可形成低摩擦因数和磨损率的转移层。如在小于0.0m/s的低滑动速度下,形成很薄的转移层(约5~0nm厚),层中聚合物分子链高度取向于滑动方向。由于转移层很好地粘附于对偶摩擦表面,因此进一步的滑动发生在聚合物表面与摩擦偶粘附转移膜之间。

3.复合材料及其涂层

为了降低磨损率,往往向聚合物中加入一些填充剂。填充剂的加入一般对摩擦因数无大的改变,却能降低磨损率约2~3数量级,如在HDPE中加人氧化铅和氧化铜改善了转移膜的粘着性能,从而提高了与钢磨损时的耐磨性。有人8在聚醚醚酮(PEEK)中添加0~5%(质量分数)纳米Si0,颗粒后,与碳钢磨轮对磨发现,相比于PEEK,纳米SiO2的加入大大地降低了摩擦因数和磨损率。含7.5%(质量分数)纳米SiO,的PEEK的磨损率。扫描电镜观察发现,在钢轮表面形成了均匀的薄转移膜,正是转移膜的形成使得摩擦因数和磨损率降低。在聚合物或金属中加入固体润滑剂等都会改善其粘着磨损性能。

对金属基复合材料的研究表明,摩擦温度对粘着的发生与否起着重要作用。摩擦温度高(如在高温、高载、高速情况下)容易发生粘着。耐磨陶瓷弯管:其他材料的滑动磨损