塑料合金轴承材料的摩擦学性能研究

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1、天津大学硕士学位论文塑料合金轴承材料的摩擦学性能研究StudyonTribologicalPropertiesofPlasticAlloyBearingMaterial一级学科：机械工程学科专业：机械工程作者姓名：周小雪指导教师：林彬研究员企业导师：赵英民研究员天津大学机械工程学院二零一五年十二月中文摘要聚合物材料具有优良的力学性能和摩擦学性能，并且耐高温、耐化学腐蚀和耐辐射，是一种具有潜力的水润滑轴承材料，广泛用于制造航空航天轴承零部件。向聚合物基体中加入无机或有机填料不仅能减小摩擦系数，而且能增强基体的耐磨性。

2、聚四氟乙烯（PTFE）具有极低的摩擦系数；二硫化钼（MoS2）独特的片层状化学结构有利于转移膜的形成，这两种物质常作为固体添加剂减小材料的摩擦系数。本文采用MMW-1万能立式摩擦磨损试验机研究了载荷、速度及水润滑这三种因素对聚醚醚酮（PEEK）复合材料和聚酰亚胺（PI）与氮化硅（Si3N4）陶瓷形成的摩擦副的摩擦学性能的影响。本文实验所用的PEEK为PTFE改性的PEEK复合材料，所用的PI为PTFE、MoS2改性的PI复合材料；实验载荷分别为30N、75N和120N；实验滑动速度为0.25m/s、0.5m/s和1

3、m/s。实验结果表明：两种摩擦副中，氮化硅陶瓷球几乎没有磨损，而聚合物复合材料的表面形成较严重的磨损。水作为润滑剂对PEEK-Si3N4摩擦副的摩擦系数几乎没有影响，但是会增大PEEK的磨损率。PEEK-Si3N4摩擦副的摩擦系数和磨损率随载荷的增大而减小；速度对摩擦系数的影响不大，但是随着速度的增加，聚醚醚酮的磨损率增加。水作为润滑剂能明显减小PI-Si3N4摩擦副的摩擦系数和磨损率；水润滑条件下摩擦系数最小为0.026，远小于干摩擦的摩擦系数0.044；摩擦系数和磨损率随速度的增加而减小；摩擦系数随载荷的增加而

4、减小，磨损率随载荷的增加而增大。与PEEK相比，在高载荷高速条件下，聚酰亚胺表面仍能形成稳定的转移膜。在摩擦过程中，聚合物-氮化硅摩擦副表面能形成转移膜，从而起到润滑和减小摩擦的作用。聚合物摩擦后表面出现条状沟壑，氮化硅球表面能观察到明显的沿滑动方向定向的转移膜。PEEK和PI复合材料的磨损机理表现为黏着磨损和犁削作用。关键词：聚醚醚酮；聚酰亚胺；水润滑；干摩擦；摩擦学性能IAbstractPolymermatierial,apromisingwaterlubricatedbearingmaterial,withg

5、oodmechanicalandtribologicalproperties,aswellasadvantagessuchashightemperatureresistance,chemicalresistanceandradiationresistance,iswidelyusedinproducingaerospaceparts.Itwilldecreasefrictioncoefficientandenhancewearresistanceofploymermatrixbyaddinginorganicand

6、organicaddictivesinpolymermatrix.PTFEhasextremelylowfrictioncoefficient,andMoS2withuniquelayeredchemicalstructureisbenificaltotheformoftransferfilm.PTFEandMoS2havebeenusedasaddictivestoreducefriction.Thispaperstudiestheinfluenceofload,velocityandwater-lubricat

7、edconditionontribologicalpropertiesoftriobopairformedbyPEEKandPIcompositematerialwithSiliconNitride.TribologytestswasconductedonMMW-1verticalmultifunctionaltribometer.PEEKcompositemateriasusedinthistestwasmodifiedwithPTFE,PIwasmodifiedbyPTFEandMoS2.testloadand

8、velovityweresetas30N,75N,120Nand0.25m/s,0.5m/s,1m/srespectively.ExperimentalresultsshowthatSi3N4ballbarelyhaswearandpolymercompositehasseverewear.Waterlubricationhasnearlynoinfluen