【摘 要】
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作为一种重要的工程机械零件,自润滑关节轴承在许多领域都得到广泛的应用,摩擦性能是其最为重要的性能,而在自润滑关节轴承中自润滑层承担着主要的摩擦及润滑功能,自润滑层的摩擦性能也将直接决定自润滑关节轴承整体的性能,因此对自润滑层的开发与研究具有重要意义。本文选用聚酰亚胺（PI）高分子聚合物作为基体,通过溶剂热法以原位生成的方式制备了碳酸钙（Ca CO3）与还原氧化石墨烯（r GO）复合材料作为增强相,
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作为一种重要的工程机械零件,自润滑关节轴承在许多领域都得到广泛的应用,摩擦性能是其最为重要的性能,而在自润滑关节轴承中自润滑层承担着主要的摩擦及润滑功能,自润滑层的摩擦性能也将直接决定自润滑关节轴承整体的性能,因此对自润滑层的开发与研究具有重要意义。本文选用聚酰亚胺（PI）高分子聚合物作为基体,通过溶剂热法以原位生成的方式制备了碳酸钙（Ca CO3）与还原氧化石墨烯（r GO）复合材料作为增强相,制备出了r GO/Ca CO3/PI复合材料作为自润滑涂层,并通过摩擦实验对涂层的摩擦学性能进行研究,然后使用ABAQUS仿真软件对涂覆涂层后的关节轴承进行仿真模拟。主要研究内容如下:（1）通过对自润滑关节轴承的使用工况进行分析,得出其对自润滑层的性能要求,选择PI作为基体并制备出了r GO/Ca CO3作为增强相加入其中,制备出了r GO/Ca CO3/PI复合材料作为自润滑涂层。再对r GO/Ca CO3进行各项表征发现,溶剂热法使得r GO与Ca CO3之间具有化学键相连,而不是单纯的混合,这为后续摩擦实验分析提供了依据。（2）经过在不同载荷下对含有不同百分比含量的增强相所构成的PI复合涂层进行摩擦实验后,得到相关的摩擦系数与磨损率,结果表明,在添加了r GO和r GO/Ca CO3分别作为增强相时对摩擦学性能均有所改善。但添加r GO/Ca CO3后所形成的复合材料表现出的摩擦学性能更为优异,在同样的载荷下其摩擦系数与磨损率均优于纯PI与r GO/PI复合物,且载荷越大r GO/Ca CO3/PI所表现出的摩擦性能更好,最小摩擦系数与磨损率都在300N的载荷下产生,分别为0.23与0.58×10-8mm~3N-1m-1,这证明了r GO/Ca CO3的宏观改善作用。（3）进一步的对磨损表面形貌,以及对偶环表面所产生的转移膜进行表征分析,从微观层面分析PI及其复合物的摩擦学性能。通过观察磨损表面的显微图片,发现纯PI表面存在许多剥落,断裂和犁沟等缺陷,而加入r GO/Ca CO3后的磨损表面形貌变得平整光滑只有少许的剥落现象与摩擦痕迹。再对不同材料在摩擦过程中在对偶环表面形成的转移膜进行观察分析可以看出,纯PI所形成的转移膜致密程度要远低于r GO/Ca CO3/PI复合物所形成的转移膜,对转移膜成分的进一步分析发现,这是由于在基体中加入增强相后,转移膜中的成分也受到增强相的改变,从而提高了转移膜的质量。结合宏观现象与微观现象下涂层所表现的摩擦学性能,可以得出r GO与Ca CO3的结合在摩擦过程中存在协同效应。（4）而使用ABAQUS有限元仿真软件对添加涂层前后的关节轴承进行不同摆动运动的有限元模拟仿真,分析其结果发现,添加涂层对关节轴承外圈所受主要应力、接触应力和应变都有所改善,与未添加涂层时轴承外圈进行比较发现,在轴承进行倾斜摆动运动时改善效果最为明显,轴承外圈最大应力值降低68%,最大接触应力值降低73%,最大应变值降低56%,这体现出了涂层材料良好的摩擦学性能,能够有效的改善轴承运动过程中的受力情况,也为轴承的实际应用提供参考。
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