表面织构对ＨＡ／ＺｒＯ２生物陶瓷涂层摩擦磨损性能影响

采用飞秒激光器在等离子喷涂ＨＡ／ＺｒＯ２ 生物陶瓷涂层表面制备不同直径的凹坑型织构阵 列;采用ＶＷ－６０００高速摄影仪及超景深三维轮廓仪进行织构形貌的表征;在ＵＭＴ－３多功能摩擦 磨损试验机上采用往复运动形式测试涂层在牛血清润滑条件下的摩擦系数,通过测量涂层磨损后 磨痕深度表征涂层磨损程度．结果表明：飞秒激光加工织构具有良好的表面形貌,一定参数下的织 构涂层摩擦学性能较未织构涂层有所改善,其中凹坑直径为２５０μｍ 织构涂层的摩擦系数值最 低,且磨损量最小．     

激光加工的仿生凹坑对M2高速钢高温摩擦磨损的影响

应用激光技术在M2高速钢表面加工形成了仿生凹坑形貌。应用磨损试验机对含有不同凹坑直径、不同凹坑间距的试件进行了磨损测试及摩擦系数的计算。结果表明,随着凹坑直径的增大,磨损的失重量减小。在凹坑直径及间距一定时,温度升高导致摩擦系数下降。在温度及直径不变时,间距增大,摩擦系数下降。分析了高温下仿生凹坑提高耐磨性的机理。     

TC4钛合金表面微织构干摩擦特性

为改善TC4钛合金表面摩擦学性能,采用皮秒紫外激光技术在TC4钛合金表面加工了3种形状的微织构。使用多功能摩擦磨损试验机研究了织构化TC4钛合金在多接触条件下的摩擦学特性,并采用显微硬度仪、扫描电镜、激光共聚焦显微镜对织构化TC4钛合金的表面硬度、表面粗糙度、磨痕三维轮廓和磨痕形貌等进行分析。结果表明,织构化TC4表面硬度提升约60%,其中三角形凹坑织构表面综合硬度最高;微织构能有效降低TC4表面接触过程的摩擦系数,其中圆形与矩形织构摩擦系数最低,较无织构表面减少约10%;微织构能捕获磨屑,减少磨粒磨损,提高耐磨性能,相同接触条件下,织构化试样磨损量减少了50%;当载荷一定时,速度增加可使织构化TC4表面摩擦系数降低;当摩擦速度一定时,载荷降低可导致织构化TC4表面摩擦系数降低。本研究可为提升钛合金表面摩擦学性能提供研究思路,减少钛合金因摩擦磨损造成的损失与事故。     

织构对混合润滑条件下人工关节材料摩擦磨损性能的影响

为探究织构在人工关节表面生物陶瓷涂层材料领域的应用效果,基于平均流量模型建立了椭圆形和圆形织构表面在混合润滑状态下的润滑计算模型,采用有限差分法结合数值迭代并通过Matlab编程对模型进行计算求解,得到计算域内的压力分布和织构表面的理论摩擦系数,以此作为织构表面摩擦学性能的判断标准进行比较分析。采用飞秒激光工艺在等离子喷涂HA/ZrO2生物涂层表面制备了面覆率均为10%的圆形织构和不同排布方式的椭圆形织构,并在UMT-3摩擦磨损试验机上进行往复摩擦试验。结果表明:在HA/ZrO2生物陶瓷涂层表面制备一定参数的织构阵列,可有效减小其摩擦系数,且长轴平行于上表面运动方向的椭圆形织构能产生更多的额外承载力,具有较优的减磨和抗摩效果。     

炮钢表面电火花沉积钨合金涂层的摩擦磨损性能

针对火炮身管服役过程中内膛磨损严重的问题,采用电火花沉积技术在炮钢基体表面制备耐磨损的钨合金涂层,提高火炮身管内膛的摩擦磨损性能。使用纳米压痕仪和往复式摩擦实验机分别测试涂层与基体的纳米力学性能和摩擦磨损性能;采用SEM/EDS、XRD表征涂层和基体的微观形貌、成分与相结构。结果表明,钨合金涂层由γ-Fe(W)和α-Fe相组成;钨合金涂层的硬度和弹性模量较基体分别提高47. 4%和2. 6%;在2N载荷和48mm/s滑动速度下,钨合金涂层的摩擦系数为0. 22～0. 25,基体的摩擦系数为0. 38～0. 46,钨合金涂层的磨损率较基体降低53. 7%;钨合金涂层的磨损机制主要为微切削磨损和氧化磨损,基体的磨损机制主要为粘着磨损。     

基于滑动摩擦的摩擦副表面织构优化分析

利用数值计算方法对织构化滑动摩擦副表面的动压润滑模型进行了求解,从理论上分析了表面织构不同截面类型和表面形状对摩擦副的润滑特性的影响,获得了特定工况下的最优织构参数和织构类型。结果表明：表面织构的不同截面类型和表面形状对摩擦副的摩擦系数和承载力有着非常大的影响;各类截面圆形凹坑都存在一个最优织构半径使得摩擦副摩擦系数最低;凹坑底面适当倾斜能够提高织构区域的承载能力和降低摩擦系数;各类典型表面形状中,底边靠近入口的倒三角形获得了最优的润滑性能;将凹坑底面合理倾斜与优化表面形状相结合可使得承载力得到大大提升。     

摩擦副不同表面织构化的润滑减摩性能试验研究

为研究织构位于摩擦副不同表面时的润滑减摩性能,对无表面织构、上试件单表面织构、下试件单表面织构和双表面织构四种不同形式的摩擦副分别在富油和乏油两种润滑条件和50N,100N两种载荷下进行摩擦磨损试验,观察摩擦系数变化规律.试验结果表明:载荷越大,表面织构对摩擦系数的影响越显著;富油条件下,上、下试件单表面织构均能减小摩擦系数,而且上试件单表面织构更加有效;乏油条件下,下试件单表面织构减小而上试件单表面织构增大摩擦系数;双表面织构在不同的润滑条件下均不能减小摩擦系数.     

微凹坑相对位置变化对表面减摩性能的影响

为探讨微凹坑相对位置变化对织构化表面减摩性能的影响,在试件表面分别加工变换微凹坑列与速度方向角度、增大微凹坑横向间距减小纵向间距、以及减小微凹坑横向间距增大纵向间距等三种微凹坑相对位置变化系列的表面织构,利用理论方法分析了表面织构在产生流体动压力时微凹坑之间的相互影响,并利用往复式摩擦试验法进行研究.研究结果表明：在固定的微凹坑直径、深度和面积率下,微凹坑相对位置变化对表面织构的减摩性能具有很大的影响;与微凹坑正方形网格分布的织构化表面相比,微凹坑横向间距与纵向间距比值为r=1/3的织构化表面具有最优的减摩提高效果,在试验载荷200N、曲柄转速400r/min时,可进一步降低摩擦22.14%.     

凹坑形貌对线接触摩擦副耐磨性的影响

在线接触摩擦副中,非光滑结构单元的凹坑、凸包、波纹、鳞片形态等表面凹坑形貌对其耐磨性有一定的影响,其中凹坑的直径、深度对耐磨性的影响十分显著。以圆形凹坑非光滑形貌为例,采用有限元仿真分析的方法,对非光滑表面凹坑不同直径和深度的磨损过程进行了分析,研究了仿生非光滑表面对摩擦副耐磨性影响的程度。研究结果表明:线性摩擦副工作过程中,凹坑间距为1 000 m的条件下,摩擦副表面的等效应力和摩擦力随着圆形凹坑直径的增大而增大,随其深度的增大而呈抛物线增长;且在凹坑直径为100 m、深度为300 m时,矩形块的耐磨性最优。     

UHMWPE人造表面织构摩擦学研究

由于表面形貌的摩擦学效应,可以使用人造表面织构对摩擦表面进行表面改性,以提高表面的相关性能.本文使用采用用照相制版电铸方法制作模板,压铸成型了两种不同直径和分布规律的UHMWPE试样表面,通过和常规车加工试样表面的对比试验,研究了人造表面织构对UHMWPE摩擦学性能的影响.试验结果显示人造表面织构可以减小UHMWPE摩擦副的摩擦系数,相关仿真研究显示人造表面织构改善了UHMWPE摩擦副接触界面上的热传导.     

钛合金不同微结构摩擦磨损试验研究

为了增强钛合金表面的耐磨性,采用激光加工技术在钛合金表面加工出不同间距的沟槽结构,并利用低速低载荷干摩擦方法,研究钛合金沟槽表面在不同对摩角度下的摩擦磨损性能,然后进行磨损前后形貌的观测,磨痕深度的测量及元素的分析,结果表明:沟槽表面与未织构化表面相比,沟槽表面减摩耐磨性能都有明显的提高,并且O元素和Fe元素都有所增加;沟槽间距为500μm的表面,在60°对摩角度下摩擦系数最小,然而在90°对摩角度下的耐磨效果最好.     

等离子喷涂NiCr/Cr_2C_3、Ni/C及其复合涂层的耐磨性能

为了加强车辆机械零件的表面防护,采用等离子喷涂工艺在304N不锈钢表面分别制备了NiCr/Cr_2C_3涂层、Ni/C涂层以及NiCr/Cr_2C_3和Ni/C复合涂层,观察了涂层组织形貌,测试了涂层硬度和耐磨性,分析了涂层的摩擦磨损机理.结果表明,3种涂层中NiCr/Cr_2C_3和Ni/C复合涂层的耐磨性能最好.金属粘结相NiCr可以起到足够的支撑作用,从而防止涂层剥离与黏着磨损的产生.Ni/C作为固体润滑剂,通过自润滑作用降低了涂层的整体摩擦系数.     

不同密度的微凹波纹表面织构的摩擦特性

为研究不同密度的微凹波纹表面织构的摩擦特性,首先利用激光表面织构技术,对轴承钢试样表面进行微凹波纹织构化处理;其次采用销-盘摩擦副接触方式,在常温、常压及液体润滑的条件下,对不同密度的微凹波纹表面织构进行摩擦试验;最后借助扫描电子显微镜观察其表面形貌,并利用Stribeck曲线分析在不同实验条件下不同密度的微凹波纹织构表面的摩擦特性.结果表明:在一定转速范围内,微凹波纹表面织构的减摩效果随压力的增加而提高,摩擦系数值随着微凹波纹密度的增加而降低,其中密度为22.37%的微凹波纹织构的减摩效果最好.     

表面织构对发动机活塞/缸套摩擦性能的影响

为探讨表面织构对发动机活塞/缸套之间的摩擦特性的影响,利用微细电解加工技术在真实的活塞裙部表面制作了4种不同直径,5种不同深度的微米级表面织构;为模拟发动机的运动状态,研制了往复式摩擦磨损试验机,以活塞裙部片段为上试样,缸套片段为下试样,分别在4种不同载荷和转速条件下,对活塞/缸套摩擦性能进行了评价.研究表明,表面织构在活塞/缸套的摩擦过程中表现出了很好的减摩效果,直径250 μm、深度5 μm的表面织构在载荷200 N,转速200 r/min的条件下比没有织构的试样降低摩擦37.8%;磨损试验表明该种表面织构也可以起到较为明显的减磨作用.     

铝合金表面油胺/微弧氧化复合膜层的耐磨性

为提高铝合金表面耐磨性能,采用微弧氧化(MAO)技术在硅酸盐电解液中对2024铝合金进行表面处理,制备微弧氧化陶瓷层;然后通过浸泡法在陶瓷层表面覆盖一层油性涂层,形成复合膜层,以期提高铝合金表面耐磨性能。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别观察复合膜层的表面形貌及物相组成;利用原子力显微镜AFM测试复合膜层的表面粗糙度;利用摩擦磨损试验仪分析复合膜层的摩擦系数。在SEM的观察下复合膜层比微弧氧化陶瓷层更为平整。另外,AFM的结果显示复合膜层的表面粗糙度比微弧氧化陶瓷层降低了73%左右;摩擦磨损检测显示复合膜层的摩擦系数在0.1左右,波动幅度较小,而微弧氧化陶瓷层和铝合金的摩擦系数达0.4左右,波动幅度较大。     

MnZnFe2O4磁性纳米添加剂抗磨减磨及自修复效应研究

利用四球和立式万能摩擦磨损试验机考察了MnZnFe2O4纳米磁性微粒作为润滑油添加剂抗磨减摩性能及对磨损表面的修复作用,并用扫描电子显微镜观察分析了磨斑表面形貌.结果表明,MnZnFe2O4纳米微粒添加剂能显著提高润滑油的承载能力,且减小磨斑直径,减小磨损表面犁沟.但MnZnFe2O4纳米微粒添加剂对润滑油的抗磨减磨效果受加载载荷影响：低载时,添加MnZnFe2O4纳米微粒润滑油的摩擦系数与基础油相比无明显改善;高载时,摩擦系数至少降低16%.这表明高载有利于MnZnFe2O4纳米微粒在摩擦表面沉积并在接触区的高温高压作用下熔融铺展,形成低剪切强度的表面膜,并对磨损表面具有一定的修复作用.     

炮钢表面电火花沉积Cr涂层的性能研究

用电火花沉积技术在炮钢表面沉积Cr涂层,研究了涂层的硬度与摩擦磨损性能、高温抗氧化性及耐腐蚀性。结果表明:Cr涂层的硬度较基材提高了近50%,摩擦系数(0.22～0.27)明显小于炮钢的摩擦系数(0.78～0.86),磨损机制主要是微切削磨料磨损;Cr涂层在850℃氧化100h后仍具有优良的抗氧化性,其原因是Cr涂层表面生成致密的Cr2O3氧化物膜;在同一电极电位下,Cr涂层在3.5mass%NaCl溶液中阳极溶解电流密度降低近1个数量级。     

微弧氧化对ＡＺ９１Ｄ镁合金高温耐磨性影响

采用微弧氧化技术在ＡＺ９１Ｄ镁合金表面制备一层陶瓷涂层．运用ＸＲＤ,ＳＥＭ 和ＥＤＳ分别 对涂层相成分、涂层表面、截面、元素成分进行观察分析．采用ＵＭＴ－３高温摩擦磨损试验机研究 ＡＺ９１Ｄ镁合金和微弧氧化涂层在２００℃条件下的磨损性能,并结合ＳＥＭ 和ＥＤＳ对磨痕形貌和磨 屑成分进行分析．结果表明：镁合金在２００℃条件下磨损和氧化严重,其磨痕宽度约为７００μｍ．经 过微弧氧化处理的试样磨痕宽度仅为４００μｍ,磨损较镁合金得到明显改善．对磨痕形貌及磨屑成 分观察分析,镁合金在２００℃条件下磨损机制主要为氧化磨损和犁削磨损,而微弧氧化涂层则主要 为磨粒磨损．     

表面纳米化中碳钢磨合磨损性能研究

为研究表面纳米化中碳钢在润滑条件下的磨合性能,用环-盘摩擦磨损试验机进行磨合磨损试验.分析在不同载荷下摩擦系数和摩擦振动信号多重分形谱参数的变化,通过磨损表面形貌探讨表面纳米化影响中碳钢磨损行为的原因.结果表明:在低、中负荷作用下,表面纳米化处理的中碳钢摩擦系数和振动信号多重分形谱参数较未处理的有所降低,其较高的表面活性可更好地吸附润滑油以形成油膜.因此,在低、中负荷条件下,表面纳米化可提高中碳钢磨合磨损性能.     

纳米烟炱颗粒作为添加剂在激光刻蚀织构表面 的摩擦学性能研究

通过激光刻蚀法制备不同织构表面,在UTM-2摩擦磨损试验机,采用球-面接触方式往复运动,考察了纳米烟炱颗粒作为润滑油添加剂的摩擦磨损性能。借助高分辨透射电镜、三维轮廓仪、扫描电镜和拉曼光谱仪等测试设备,分析了其纳米烟炱颗粒在织构表面的摩擦学机理。结果表明: 部分织构会增加摩擦系数,但磨损率却显著减小;织构的面积率越高,抗磨性能越优异。纳米烟炱颗粒加入后,试样的磨损明显减轻,这归因于烟炱颗粒的自润滑性能以及织构微坑储存纳米颗粒、润滑油的功能。表面织构与纳米烟炱颗粒的共同耦合作用展现出了优异的抗磨减摩性能。