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自润滑复合材料论文-自润滑材料及其摩擦特性摘要:自润滑复合材料是材料科学研究领域的一个重要发展方向，由于其在特殊使用条件下具有优良的摩擦学特性而受到人们的广泛关注。
本文主要介绍国内外自润滑复合材料的开发与进展，讨论了对材料摩擦学性能的影响因素。
关键词：固体润滑摩擦磨损自润滑复合材料一、前言：液态润滑(润滑油、脂是传统的润滑方式，也是应用最为广泛的一种润滑方式。
但液体润滑存在一下问题:1.高温作用下添加剂容易脱落；2。
随温度升高，其粘性下降，承载能力下降；3.高温环境下其性能衰减等问题；4。
液体润滑会增加成本,如切削加工中的切削液；5.液体润滑会造成环境污染.所以,自润滑材料已成为润滑领域的一类新材料,成为目前摩擦学领域的重要研究热点。
二、自润滑材料的种类自润滑材料一般分为金属基自润滑材料、非金属基自润滑材料和陶瓷自润滑材料。
其制备方法通常为粉末冶金法,此外,等离子喷涂、表面技术和铸造法也被应用于自润滑复合材料的制备。
1金属基自润滑材料金属基自润滑复合材料是以具有较高强度的合金作为基体,以固体润滑剂作为分散相，通过一定工艺制备而成的具有一定强度的复合材料。
目前已开发的金属基自润滑复合材料,如在铁基、镍基高温合金中添加适量的硫或硒及银基和铜基自润滑材料，都已得到一定程度的应用。
2非金属基自润滑材料非金属基自润滑材料主要是指高分子材料或高分子聚合物，如尼龙等.它在航空航天、汽车制造、电子电气、医疗和食品加工等领域得到广泛应用。
目前高分子基自润滑材料的制备途径主要是通过聚合物与聚合物共混及添加纤维、晶须等来提高基体的机械强度；通过添加各类固体自润滑剂来提高摩擦性能。
3陶瓷自润滑材料陶瓷材料以其独特的特点和优点,使得陶瓷及陶瓷复合材料的自润滑研究已经引起了较为广泛的重视。
三、自润滑减摩材料的特点、性能1 粉末冶金法制造减摩材料的特点(1在混料时可掺入各种固体润滑剂(如石墨、硫、硫化物、铅、二硫化钼、氟化钙等，以改善该材料的减摩性能；(2利用烧结材料的多孔性，可浸渍各种润滑油，或填充固体润滑剂,或热敷和滚轧改性塑料带等，使材料更具自润滑性能，减摩性能特佳；（3优良的自润滑性,使它能在润滑剂难以到达之处和难以补充加油或者不希望加油（如医药、食品、纺织等工业的场合,能安全和无油污染的使用；（4较易制得无偏析的、两种以上金属的密度差大的铜铅合金-钢背、铝铅合金-钢等双金属材料；（5材料具有多孔的特性，能减振和降低噪声;(6材质成分选择灵活性大，诸如无机材料金属及合金、非金属、化合物和有机材料聚合物等,均可加入其中，并能获得较理想的减摩性能，例如高石墨含量的固体润滑减摩材料等;（7特殊用途的减摩材料，如空气轴承、液压轴承、耐腐蚀性轴承等，更发挥了粉末冶金减摩材料的特点。
高分子聚合物摩擦材料作者：林荻淳目录1.摩擦磨损形式及机理2.摩擦副材料设计要求3.高分子聚合物摩擦特征4.影响高分子聚合物摩擦性能因素5.改善高分子聚合物摩擦磨损性能的方法6.高分子聚合物摩擦材料选料标准及工程考虑因素7.小结1.摩擦磨损形式及机理：（1）粘着磨损（2）磨料磨损（3）疲劳磨损（4）腐蚀磨损2.摩擦副材料设计要求：不仅要求具有耐磨性，还要求减摩性。
（1）足够的承载能力。
在一定的工作条件下抗压强度、抗塑性形变能力、抗疲劳性能，以及相应的高温性能高温抗拉强度、高温抗蠕变性、高温抗疲劳强度（2）良好的表面性能。
即要有一定的塑性形变能力和良好的适应性，包括顺应性、嵌入性和磨合性。
顺应性是指轴承材料靠表面的弹塑性变形补偿对中误差和顺应其他几何误差的能力。
嵌入性是指轴承材料能嵌藏污物、颗粒以减轻挂上或磨料磨损的能力。
磨合性是指轴承材料经短期轻载运转后能减少表面粗糙度使摩擦副表面相吻合的性质。
（3）良好的物理、化学性能。
搞得导热性和热容量，热膨胀系数小、对边界润滑膜的吸附性强，抗腐蚀性好，以利于摩擦热导出防止咬合，以利于边界润滑膜的形成和保护理想的滑动摩擦副简单图示：2.2高分子材料与金属材料对比：2.2.1高分子材料特点：1、密度小2、强度低，比强度搞3、低弹性模量，高弹性4、优良的减摩、耐磨、自润滑属性5、可加工性好6、导热性差2.2.2金属材料特点：1、弹性模量大、抗拉强度高2、导热性高3、表面硬度高4、高温综合性能好，高温下抗拉轻度、抗蠕变性好2.2.3摩擦中形变机理差异：金属材料与高聚物材料在形变行为方面最大的差异是前者表现出弹塑性形变，而后者粘性行为对形变影响极大。
与金属材料相比，聚合物导热性差，摩擦过程中产生的热量容易在接触区域积累，导致摩擦界面温度上升、摩擦过程中接触区域的温度对聚合物材料的摩擦学性能影响巨大。
3.高分子聚合物摩擦特征3.1高分子聚合物摩擦特征：:3.2高分子聚合物摩擦机理：4.影响高分子聚合物摩擦系数、磨损的主要因素4.1高分子聚合物影响摩擦性能内部因素：4.1.1分子的化学结构（对称性，对称性增加摩擦系数降低。
高分子材料的润滑性能研究高分子材料的润滑性能研究摘要：高分子材料是一类重要的材料，广泛应用于工程领域。
润滑性能是高分子材料的重要指标之一，对材料的使用寿命、摩擦磨损性能等都有重要影响。
本文通过对高分子材料的润滑机理、润滑性能评价方法以及影响因素进行综述，旨在为高分子材料的润滑性能研究提供一定的理论和实践基础。
关键词：高分子材料，润滑性能，摩擦磨损1.引言高分子材料是指由大量分子量较大的聚合物构成的材料，具有广泛的应用领域。
在工程领域中，高分子材料常用于制造塑料制品、橡胶制品、纤维和复合材料等。
润滑性能是高分子材料的重要指标之一，直接影响材料的使用寿命和性能。
因此，研究高分子材料的润滑性能对于提高其应用性能具有重要意义。
2.润滑机理润滑是指在两个固体表面之间形成一层润滑膜，减少摩擦和磨损的现象。
在高分子材料中，润滑主要通过分子滑移和分子扩散来实现。
高分子材料通常具有一定的分子链柔性，因此，在两个高分子材料表面之间形成的润滑膜可以通过分子链的滑移来起到润滑作用。
另外，由于高分子材料分子链之间存在一定的间隙，分子之间也可通过扩散来实现润滑作用。
3.润滑性能评价方法3.1 摩擦系数测量摩擦系数是评价材料摩擦性能的重要指标。
测量摩擦系数的一种常用方法是采用摩擦试验机，通过施加一定的载荷和速度，测量摩擦力和载荷之间的比值来计算摩擦系数。
另外，还可通过摩擦曲线来观察材料的摩擦行为。
3.2 磨损试验磨损试验是评价材料磨损性能的重要方法。
常用的磨损试验方法包括滑动磨损试验、滚动磨损试验和悬挂磨损试验等。
通过测量材料的质量损失和磨损体积，计算磨损率来评价材料的磨损性能。
4.影响因素4.1 高分子材料的分子量高分子材料的分子量对其润滑性能有重要影响。
一般情况下，分子量越大，高分子材料的润滑性能越好。
这是因为分子量大的高分子材料分子链之间的交联密度较低，能够形成较厚的润滑膜，从而减小摩擦和磨损。
4.2 高分子材料的结构高分子材料的结构也对其润滑性能有一定影响。
简述边界润滑膜的减摩机理
边界润滑膜是一种在滑动表面上形成的一层极薄膜，它能够减少两个滑动表面之间的接触和摩擦，从而减少能量损失和磨损。
边界润滑膜的形成可以通过三种机理进行描述：
1. 分子吸附机制：当润滑油中的分子吸附在金属表面上时，它们会形成一个极薄的膜。
这个膜可以填充表面间的微观不平整，并且使得两个表面之间的直接接触减少。
由于分子的吸附能力，它们能够有效地减少摩擦和磨损。
2. 化学反应机制：润滑油中的分子在与金属表面接触时，可以发生化学反应，形成一层保护性的沉积物或化学膜。
这个化学膜是不溶于润滑油的，但它能够填充表面间的微观不平整，并且减少接触面积，从而减少摩擦。
3. 高分子膜机制：在一些极端条件下，如高温和高压下，润滑油中的高分子物质能够形成一个类似于塑料的薄膜。
这个薄膜能够在表面上形成一个保护层，并且能够承受高压下的摩擦力，减少摩擦和磨损。
以上三种机理可以单独或者同时起作用，形成有效的边界润滑膜，减少摩擦和磨损。
边界润滑膜的形成对于机械设备的正常运行和寿命具有重要意义。
耐磨耐蚀材料题目：耐磨及减摩材料的摩擦磨损特性探究学院：材料科学与工程学院专业：材料加工工程指导老师：路阳杨效田学生姓名：***学号： ************2104年5月1日耐磨及减摩材料的摩擦磨损特性探究摘要：综述了耐磨及减摩材料的基本性能要求，简单阐述了常见的耐磨及减摩材料的成分、组织与性能等和目前耐磨及减摩材料的新进展及方向。
最后，论述了耐磨及减摩材料在表面工程技术中的应用形式，及耐磨涂层的发展方向。
关键词: 耐磨材料；减摩材料；耐磨涂层0前言众所周知，摩擦磨损特性的探究对国民经济来说，有着非凡的意义。
据统计，全世界大约有2/1-3/1的能源以各种形式消耗在摩擦上。
而摩擦导致的磨损是机械设备零件失效的三大原因之一，大约有80%的损坏零件是由于各种磨损形式引起的[1]。
为了节约能源和材料，解决因磨损带来的损失显得至关重要，随着技术水平的发展，而其解决措施也变得各种各样，而本文主要从最基础的材料的选择上入手，来综述耐磨及减摩材料的摩擦磨损特性的探究现状及发展方向。
1 耐磨材料材料的耐磨性通常是指在一定的工作环境下，摩擦副材料在，摩擦过程中抵抗磨损的能力。
材料的耐磨性不是材料固有的本性，而是材料性质在一定的摩擦规范、表面状态、环境介质、工件结构、材料配对等某种条件下的体现。
因此材料的耐磨性是相对的、有条件的。
耐磨材料的一般性要求有以下几点[2]：1.机械性能方面要有高的抗拉、抗压、抗拉、抗剪切强度；有高的硬度和韧性；有较高的相对延伸率；在摩擦的高温、高压下，机械性能应该稳定。
2.物理、化学性能方面要有良好的导热性，低的热膨胀系数，且各相的线膨胀系数差别要小；合金元素在其内的溶解度要高，分布要均匀；各相间微观电势要小，抗腐蚀性好；各相成分要在较宽的温度、压力范围内保持稳定。
3.金相结构方面金属晶体的滑移系要少；固溶体与强化相要恰当配合；强化相要有高的弥散性，分布要均匀；各相的位向要互相接近。
4.工艺性能方面要有良好的淬透性和机加工性，以及其他必要工艺性能，如铸件的铸造性。
[讲解]第二章_高分子材料自润滑减摩机理和耐磨机理-2 第二章高分子材料的磨损与耐磨机理一、高分子材料的磨损形式高分子材料的磨损十分复杂，关于磨损的分类并不统一，我们主要可以概括为以下几种磨损形式:粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损和塑性变形磨损。
常常一种磨损发生后诱发其它形式的磨损，在实际磨损中通常是几种类型的磨损同时存在。
1(粘着磨损(Adhesive Wear)(1)粘着磨损理论上世纪八十年代，一系列关于高分子断裂及粘着的综述相继出版，这些研究成果使我们能够提出高分子脱离过程中的银纹(微裂纹)理论，从而使预测、关联相关试验结果成为可能，如在什么条件下高分子能够与一个坚硬的固体发生或强或弱的粘着。
这一理论可以用于高分子的磨损。
实际上，它可以同时用于解释磨损中的粘着及粘着中的磨损。
当紧密接触表面发生相对滑动时，在粘着表面产生许多银纹，银纹的空洞由原纤连接，其发展到一定程度会转换为裂纹。
通常认为裂纹扩散所需的能量由原纤的拉伸所消耗。
当原纤被拉断并回缩，会释放出弹性能，形成真正的裂纹。
银纹的增厚过程有两种机理。
一种认为是一定质量的原纤被拉伸引起(C Kramer认为这是一个蠕变机理)。
另一种是表面拉伸机理，认为高分子由高分子体中拉伸出来，构成原纤，使原纤的质量不断增加。
当银纹达到一定厚度时，增厚机理会由表面拉伸转化为一定质量下原纤的蠕变。
银纹的增厚机理由环境和高分子的组成及特性如分子量、分子链的缠结程度而改变。
(2)粘着磨损的基本特征及其影响因素作用在固体接触表面间的粘着是摩擦学领域中的一项重要内容。
具体来说，它对滑动摩擦、磨损以及润滑等起着很重要的作用。
粘着磨损过程是在外力作用下，摩擦接触的表面其材料分子或原子间形成显微熔接和分离过程。
宏观光滑的表面，从微观尺寸看总是粗糙不平的。
当两个表面接触时，接触的将只是表面上的一些较高微突点。
它们承受着整个载荷，以致使许多微突点发生塑性变形，并更紧密地接触。
在这种条件下，这些紧密接触的微突点表面原子间将发生相互作用，使两个表面微突点粘着、焊合。
进一步的滑动使一些粘着点破坏，这样高分子就会转移到其对应面金属或高分子材料上。
从以上分析可知:紧密接触，塑性变形以及摩擦热的形成都会使两物质间产生粘着。
粘着磨损中，真实接触面积与表观接触面积相比是非常小的。
真实接触面积约为表观接触面积的千分之一。
而粘着磨损的磨损量与真实接触面积成正比。
对于高分子—高分子的摩擦副，粘着磨损是最重要的磨损机理。
如果表面粗糙度低于某一特定值，粘着也会发生在高分子—金属摩擦副之间。
对于一个光滑表面，很难区分粘着磨损与疲劳磨损。
粘着强烈地依赖于表面界面特性。
例如:表面形貌、表面能、界面剪切强度及表面吸附层等。
在这些特性中低表面能的一面转移到高表面能的一面。
应该指出，分子形貌决定转移层厚度及转移的程度。
光滑的分子将在对应面形成一层薄、高度取向的转移膜，因此表现为粘着磨损率较低。
另外，高度交联的材料不易在对应面形成转移膜，这说明交联高分子具有高的抗粘着磨损特性。
Sviridyonok和Bahad作了PTFE， PE， PP， PMMA， PVC和PET的对磨实验以观察其转移的方向，以上高分子的内聚能密度按上述顺序由小到大排列。
实验结果发现，材料转移也是按这个顺序从内聚能较小的万向内聚能较大的方向转移。
所以在高分子与金属粘时通常可以看到金属摩擦副上粘着高分子。
对偶面的表面粗糙度对转移膜附着强度有很大影响。
若对偶面太粗糙，一方面由于对偶面的刨削作用使高分子很难形成均匀的转移膜，另一方面转移到对偶面上的高分子是不连续的。
若对偶面十分光滑也不易形成牢固的转移膜。
粘着磨损与其他磨损形式的很大不同在于，其他磨损形式一般都需要一些时间来扩展或达到临界破坏值，而粘着磨损则发生的非常突然。
2(磨粒磨损(Abrasive Wear)磨粒磨损是由外界硬颗粒或者对摩表面上的硬突起物或粗糙峰，在摩擦过程中引起的摩擦表面破坏，能分离出磨屑或形成划伤的过程。
在形貌图上判断磨料磨损的主要依据是划痕，在这些划痕中往往还有微切削痕迹存在;一些脆性材料上还会出现崩碎、颗粒。
最简单的磨粒磨损理论假设了一个模型:刚性物体的突起物具有锋利的棱角或边缘，在与高分子材料接触并相对滑动的过程中刺入高分子材料中，把刺入处附近的高分子材料进行拉伸，直到局部发生张力破坏，即通过微刨犁、微剪切、微切割作用把材料撕裂下来。
磨粒磨损的发生有三个步骤:A、与对摩面某一区域接触的高分子材料发生变形，这是由高分子材料的硬度决定;B、对摩面相对运动产生摩擦力;C、变形的材料发生断裂，这取决于高分子材料的断裂能，它可以用高分子材料应力—应变下的面积来度量，相当于断裂应力σ与断裂伸长率ε的乘积。
所以磨粒磨损体积Vd可以用下式计算:(1.1)式中:KW…磨损因素,……摩擦系数F……法向载荷H……高分子材料的硬度σ……断裂应力ε……断裂伸长率由此可见，高分子材料的磨粒磨损既取决于它的本体性质即韧度与强度，也与它的变形摩擦系数有关。
一般认为，刚性突出物产生的应力越大，在每一段滑动产生的摩擦功越大，则被切割或刨犁掉的材料就越多。
高分子材料与金属对摩时，因为高分子材料柔软，有包容异物的能力，所以，外来的异物或摩擦过程中产生的微粒，可以在各种力的综合作用下嵌入高分子材料表层，使高分子材料表面变成了粒子增强型或弥散增强型的复合材料，耐磨性有一定的提高。
一般认为磨料磨损有凿削式磨料磨损、磨料浸蚀、高应力碾碎式磨料磨碎、低应力擦伤式磨料磨损和冲击浸蚀等类型。
3(疲劳磨损(Fatigue Wear)疲劳磨损是摩擦副表面在交变载荷的作用下，使得摩擦副表面接触峰点处受周期性变化的接触应力，在相对运动中，刚性微凸使材料表面发生多次压缩、拉伸和剪切变形，当应力循环次数达到一定时产生疲劳裂纹，进而扩展形成磨屑，分离出微片或颗粒的磨损成为疲劳磨损。
当与高分子材料做相对滑动的刚性物体的表面相对平滑时，高分子材料仅发生微小的变形，看不到明显的损伤。
但在较长的摩擦之后，在重复循环应力的作用下，高分子材料表面以下不远的区域成为主要的能量聚集与耗散处，使那里的高分子材料发生热老化、化学降解或其它降低材料强度的作用。
由此产生可见的材料损伤，即在高分子材料表面逐渐形成与滑动方向相垂直的裂纹，并有磨屑从缝隙处脱落下来。
高分子材料受到交变载荷作用时，外力所作的功包括两部分:一部分是应力作用，将造成高分子材料内部结构的某种的变化，例如分子链的滑动、断裂、重排与定向等;另一部分则是高分子材料发生内摩擦所消耗的能量，这种内摩擦使得高分子材料内部高温局部升高，显著的促使前一部分所发生的过程加速进行。
这些大分子激烈活动区域内的应力集中更为显著。
在交变载荷持续作用下，高分子材料内部不断产生微裂缝并继续扩展，使这些区域的强度不断下降以致断裂。
当高分子材料中有增强物或夹杂物时，这些物质与高分子材料交换的界面上，很容易产生疲劳裂纹。
4(塑性变形磨损(Plastic Deformation Wear)当应力超过材料的弹性极限，则产生的变形在外力去除后不能全部恢复，而残留一部分变形，材料不能恢复到原来的形状，这种残留的变形是不可逆的塑性变形。
事实上，热塑性高聚物是典型的粘弹性材料，其蠕变极限往往是用作摩擦件时的强度极限，正是由于这种粘弹性质，使高聚物在周期应力和瞬时高温下易于发生塑性流动，从而提供了较显著的润滑作用。
PEEK在干摩擦条件下进行摩擦，试样的磨损面四周环绕着薄膜状“飞边”，带有明显的熔融过的形态，并且磨屑表面也有熔融和塑性形变的痕迹，说明PEEK摩擦磨损过程带有典型的塑性变形磨损。
二、高分子材料的耐磨机理1(聚合物结构耐磨机理:高分子材料的耐磨性能与其化学结构、聚集态机构和链段结构有关系。
热是影响聚合物材料耐磨性能的最重要因素。
一方面，聚合物具有较高的表面能，容易产生摩擦热;另一方面，高分子材料对摩擦热非常敏感，即绝大多数聚合物均为低耐热性材料，在热的条件下会变软、变粘弹，聚合物材料的这种特性就会成磨损过程的影响因素。
POM、PTFE和HDPE均具有光滑的分子轮廓，在滑动过程中能转移到对偶面上并形成薄的转移膜。
对分子结构进行分析发现，聚合物的柔顺性对聚合物的摩擦因数有很大影响。
聚合物链的柔顺性越好，摩擦因数越低。
经比较可得:柔顺性PTFE,HDPE,POM。
实验结果也是如此:PTFE的摩擦因数为0.108，HDPE POM为0.151。
为0.121，聚合物被磨损和转移到金属材料上去，不仅是材料表面性质的反映，也是材料内聚能在材料表面的反映。
分析PTFE的分子结构,CF-CF,、HDPE分子结22 构,CH-CH,和POM分子,CFO,的主链不难发现:分子间作用力越强，内222聚能越高(POM)，耐磨性越好，摩擦因数越高;分子间作用力越弱，内聚能低(PTFE)，耐磨性能差，摩擦因数低。
聚合物的磨损主要为粘着磨损、磨粒磨损及疲劳磨损。
聚合物与金属对摩时, 金属表面越粗糙, 摩粒磨损在磨损中所占比例越大; 随着对摩时间的延长,粘着与疲劳磨损变得重要。
因为聚合物的内聚能低于大多数固体物质,所以聚合物对摩粒磨损非常敏感。
聚合物粘着磨损的一个突出特点是表层材料转移生成转移膜; 聚合物的结构不同, 其材料转移表现不同。
刚性的无定形聚合物在金属表面形成转移膜的能力较差; 线型的晶态聚合物能较易形成转移膜, 而使磨损率降低。
一般说来, 转移膜的形成并非都有益。
对于韧性聚合物来说, 形成转移膜后可使磨损率大幅度下降, 例如PA 下降1/ 2,1/ 3 , POM下降到1/ 10,1/ 15 ;对于脆性聚合物, 形成转移膜后, 则使磨损加剧。
聚合物的疲劳磨损除一般的机械疲劳外, 热疲劳磨损往往起着重要作用, 尤其在重复高低温变化的摩擦过程中更是如此。
此外, 聚合物在弹性范围时, 疲劳磨损较轻; 相反, 在塑性范围内, 疲劳磨损加剧。
由于聚合物材料具有粘弹性, 其磨损不仅具有时间依赖性, 还具有温度依赖性; 所以说聚合物的磨损是一个复杂的过程, 任何一种聚合物的摩擦过程。
都不会只有一种磨损机理起作用。
存在着塑料的相对分子量大，磨损率减小的倾向。
比如，超高分子量聚乙烯的耐磨性比普通聚乙烯的高很多。
结晶度对耐磨性的影响，当前有着相互矛盾的论据。
一般认为，增加尼龙的结晶度和分子量以及降低分子中单体含量，能使耐磨性得到提高。
图1为结晶度及分子量对PTFE磨损量的影呐由图1可知，随着PTFE的结晶度和分子量的升高，其磨损量不断降低，耐磨性能提高。
大量试验研究表明，高分子材料的化学结构对其摩擦学特性有明显的影响。
由于聚合物内部分子链结构和凝聚态结构的不同，聚合物的耐摩擦磨损性能是不同的。
据研究PI、PTFE、PC、PSU、MCPA、POM、ABS、PPS、PAl010、PP、HDPE 和UHMWPE等12种未填充聚合物的微动摩擦，PPS的耐磨性能最差，PI的耐磨损性能最好，因为PPS的结构规整，分子间的作用力小，而PI分子间的作用力很大，熔点高，摩擦热使温度不易上升到玻璃化温度以上。
