高速环-块试验下氧化铝基陶瓷摩擦特性及其有限元分析

本文主要探讨了"几种氧化铝基陶瓷材料的摩擦特性及有限元分析"这一主题，发表于2010年的青岛科技大学学报（自然科学版）。研究者曹同坤、杨岐龙和白杨使用高速环-块摩擦磨损试验机，对Al2O3、Al2O3/Ti(C,N)以及Al2O3/TiC/CaF2这三种陶瓷材料在室温下与45#钢进行干摩擦时的摩擦特性进行了深入研究。他们关注的关键参数包括摩擦系数的变化趋势以及这些陶瓷材料在摩擦过程中承受的应力分布。 实验结果显示，纯Al2O3和Al2O3/Ti(C,N)的摩擦系数在大部分载荷（10 N除外）下随转速和载荷的增加呈现下降趋势，这表明它们的抗磨损性能可能随着操作条件的优化而增强。然而，Al2O3/TiC/CaF2的摩擦系数表现有所不同，它在初始阶段随转速增加略有上升，然后趋于减小。当载荷不包括10 N时，随着载荷的增加，其摩擦系数也有所降低，这表明这种材料具有一定的自润滑性质。 对比分析显示，Al2O3/Ti(C,N)陶瓷在力学性能上优于纯Al2O3，其最大主应力和最大剪应力接近，这可能是因为其结构特性导致磨粒的刻画作用减弱，从而提升了耐磨和减摩性能。另一方面，Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷表现出显著较低的主应力和剪应力，这归因于其能形成一层自润滑膜，这显著改善了其在摩擦过程中的磨损性能。 本文通过有限元分析技术，不仅提供了实测摩擦特性的数据，还深入解析了材料内部应力分布对摩擦行为的影响，这对于理解和优化陶瓷材料在实际应用中的性能具有重要的科学价值。该研究对于设计和选择适合特定工况的高性能氧化铝基陶瓷材料具有指导意义，特别是在摩擦磨损、耐磨性和自润滑性要求高的领域。