论文部分内容阅读
海洋经济飞速发展推动国民经济的高质量发展,研究海洋开发中的工程装备材料成为目前国内外学者研究热点之一。其中海洋工程装备用摩擦副材料研究对工程装备的长期、安全、可靠运行具有重要意义。本文以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)为对象,开展其减摩抗磨改性方法研究。研究内容与结果如下:(1)研究了 UHMWPE/PAANa复合材料特征及其与GCr15组成摩擦副的摩擦学性能。发现UHMWPE/PAANa复合材料的表面硬度与结晶度均无明显变化。当复合材料中PAANa含量较低时摩擦系数比纯UHMWPE更低,磨损量几乎持平。一方面是因为PAANa在海水环境中水解形成的溶解层充当润滑层降低了摩擦系数,另一方面是因为海水环境中的Ca2+和Mg2+离子在材料表面沉积,形成CaCO3和Mg(OH)2抗磨层,并且因材料的电荷作用能够排斥水中的腐蚀性离子减少对GCr15腐蚀,从而减少磨损,塑性变形是复合材料的主要磨损机制。但是,当PAANa含量较高时,材料摩擦系数变得不稳定磨损量也剧增,磨损机制转变为剥落。(2)研究了 UHMWPE/Ph4Sn复合材料特征及其与GCr15组成摩擦副的摩擦学性能。发现UHMWPE/Ph4Sn复合材料的表面硬度呈现有下降后上升趋势,结晶度也与表面硬度变化趋势一致。摩擦学实验结果表明,添加Ph4Sn会降低复合材料的磨损量,而摩擦系数基本保持不变。其中Ph4Sn含量为1-2%的复合材料磨损比较小。由于改性剂Ph4Sn的刚性结构有利于承担摩擦载荷,避免塑性变形从而增加UHMWPE/Ph4Sn复合材料耐磨性。随着Ph4Sn含量的增加,UHMWPE/Ph4Sn复合材料主要磨损机制会发生改变。由纯UHMWPE的粘着磨损转变为Ph4Sn低含量时的塑性变形,最后转变为磨粒磨损。(3)提出了 UHMWPE/PAANa/Ph4Sn复合材料的制备方法,并研究了复合材料特征及其与GCr 15组成摩擦副的摩擦学性能。发现UHMWPE/PAANa/Ph4Sn复合材料的表面硬度、结晶度的变化很小,经过人工海水浸泡后,表面可形成润滑层。在海水环境中,随着PAANa含量增加,UHMWPE/PAANa/Ph4Sn复合材料的摩擦系数明显降低。随着Ph4Sn含量增加,UHMWPE/PAANa/Ph4Sn复合材料与纯UHMWPE相比,耐磨性大幅提高。