SiC/石墨配副密封端面织构低速磨损特性

采用端面上加工有倾斜椭圆微孔的SiC环和石墨环配副,实验研究椭圆微孔机械密封端面的低速摩擦磨损性能。实验测量干摩擦及油润滑条件下SiC环的磨损率和温升,分析表面织构对密封端面磨损特性的影响规律。结果表明:接触干摩擦条件下,与织构面配副的石墨环的磨损率明显高于光滑表面;油润滑条件下,转速相对较低时,织构面的温升高于光滑表面,表现出增磨效果;转速相对较高时,织构面的温升小于光滑表面,表现出减磨效果;并且干摩擦和油润滑条件下,表面织构均可减少磨屑的切削和犁削作用,起到表面研磨作用,使得石墨环表面更为光滑。     

碳化硅陶瓷与聚醚醚酮复合材料的摩擦磨损特性研究

研究了碳化硅(SiC)陶瓷/聚醚醚酮(PEEK)复合材料摩擦副在干摩擦和水润滑条件下的滑动摩擦磨损行为,并分析了载荷和水润滑条件对SiC/PEEK摩擦副摩擦因数和耐磨性的影响。结果表明:干摩擦条件下,摩擦因数随时间的增加逐渐趋于稳定直至试验结束,载荷越大,达到稳定摩擦状态所需要的时间越短;水润滑条件下,由于水的存在,改善了SiC/PEEK摩擦副的边界润滑条件,同时水起到了冷却作用,因此载荷对摩擦因数的影响不大。     

不同材料配对机械密封的端面摩擦特性试验研究

以硬质合金YG8为动环,分别配对20%石墨填充聚四氟乙烯、碳石墨和SiC环组成3组密封副进行摩擦特性试验,获得32#液压油中3组密封副的工况参数与摩擦因数关系的包络线。试验表明:SiC-YG8组对的磨损量最小,摩擦因数最大;碳石墨-YG8组对的磨损量最大,摩擦因数最小;20%石墨填充四氟-YG8组对具有较小的磨损量和摩擦因数。机械密封端面摩擦特性取决于动静环配对材料和摩擦磨损条件,包括端面载荷、滑动速度及润滑介质性质等因素,利用工况参数与摩擦因数关系的包络线可以判断某一润滑介质条件下机械密封的端面摩擦特性。     

激光表面微孔化改善端面密封的摩擦学性能

采用Nd:YAG脉冲激光器在T8钢表面进行微孔化处理,模拟机械端面密封的摩擦工况,利用环-盘式摩擦试验机测试其不同载荷和速度条件下的摩擦学性能。结果表明:激光微孔化的T8钢盘表面的微孔直径为200 mm,切向间距800 mm,径向间距400 mm,孔中心深度为10 mm左右;随着载荷和速度的增大,微孔结构摩擦副和光滑摩擦副的摩擦因数都呈先减小后增大的趋势,但与光滑摩擦副相比,多孔端面密封可以将最大pv提高2.5倍。微孔可作为润滑剂存储器在摩擦过程中持续给接触面间供油,同时可捕捉摩擦面间的磨损粒子减少犁沟的形成,因而激光微孔技术是一种减小磨损、增加润滑膜的使用寿命的有效方法。     

铝合金表面Ni-SiC复合镀层的摩擦磨损性能

通过复合电沉积技术,在铝合金表面得到了不同SiC粒子含量的Ni-SiC复合镀层,研究了在干摩擦和液态石蜡润滑摩擦条件下载荷与SiC粒子体积分数对Ni-SiC复合镀层摩擦磨损性能的影响。结果表明:无论在干摩擦或润滑摩擦条件下,加入SiC粒子后的复合镀层其耐磨性均优于纯镍镀层,并随载荷的提高耐磨性下降。在干摩擦条件下,镀层中的SiC粒子体积分数在5.8％时复合镀层耐磨性最好;在润滑摩擦条件下,随镀层中SiC粒子体积分数提高,复合镀层耐磨性均提高。     

高载荷条件下石墨-石墨摩擦副的摩擦学特性研究

利用研制的高载荷条件下摩擦因数测试装置,研究了石墨/石墨摩擦副在空气、水和油介质中的摩擦学特性。结果表明在4~15MPa范围内,随着载荷的增加,摩擦副在空气、水和油介质中的摩擦因数都逐渐降低;在油介质中摩擦副的摩擦因数最小,在水介质中摩擦因数变化最平稳,在空气中摩擦因数最大,且随载荷的增加变化幅度最大。磨损表面原始形貌对比分析表明,在空气中,摩擦副表面处于边界润滑状态,主要磨损机制是粘着磨损和犁削;水润滑条件下为轻微犁削;油润滑条件下,摩擦副表面处于为边界润滑和流体润滑状态,油中的减摩剂对试样表面有抛光作用。     

浸酚醛树脂石墨/SiC密封材料摩擦学特性研究

采用UMT-3多功能摩擦磨损试验机研究了3种国产典型浸酚醛树脂石墨与SiC陶瓷配对副在干摩擦和油润滑条件下的摩擦学特性,结果表明：干摩擦下,摩擦因数随载荷p与速度v的乘积（pv值）的增大呈下降趋势;pv值较小时,磨损机理主要为轻微黏着磨损和磨粒磨损,pv值较大时则变为严重黏着磨损、磨粒磨损和疲劳磨损;相同条件下的磨损率受速度的影响比受载荷的影响更大;油润滑下,摩擦因数保持在0.1左右,磨损机理主要为黏着磨损和疲劳磨损;pv值增至5 MPa·m/s时,干摩擦下3种浸渍石墨摩擦副表面最大温升为21.1 ℃,油润滑下最大温升为14.9 ℃且H1石墨温升均最低。综合考虑浸渍树脂石墨的力学性能、摩擦学特性和端面温升,推荐石墨化度为45%～55%。     

面接触条件下织构表面摩擦特性研究

为研究织构表面对面接触摩擦副摩擦特性的影响,设计和制造4个表面高度算术平均值相同、表面微凹坑面积占有率分别为7%、14%、21%、28% 的试件,选用HDM20端面摩擦磨损试验机,针对油润滑和脂润滑两种润滑剂,在不同载荷、转速等工况和不同摩擦副配对材料等条件下进行了试验研究,探讨表面形貌对摩擦特性的影响规律,并使用Talysurf CCI Lite 非接触式三维光学轮廓仪对试样进行三维表面测量,采用ISO25178定义的体积参数和连通性系数对三维表面形貌进行表征,从而得出表面体积参数及连通性系数与摩擦因数的关系。结果表明：在油润滑条件下表面形貌的微观结构特性对摩擦的影响要比脂润滑条件下的更显著;在钢对铜摩擦副条件下织构表面的摩擦因数变化比较复杂,在钢对钢摩擦副条件下织构表面的摩擦因数变化相对平稳;在不同的条件下,最优的表面微观结构特性也不同;将连通性系数和体积参数结合起来对表面形貌进行表征将更有利于表面微观结构特性的摩擦学设计。     

不同密度的微凹椭圆图形的摩擦特性研究

采用销-盘摩擦副接触方式,在常温、常压及液体润滑下,对不同密度的微凹椭圆表面图形进行摩擦试验,研究不同接触压力及滑动速度下,微凹椭圆图形密度和沿椭圆轴不同摩擦方向对摩擦性能的影响。利用Stribeck曲线分析在不同试验条件下,不同密度的微凹椭圆图形表面的摩擦特性。结果表明,在不同载荷下微凹痕椭圆图形的减摩效果随速度的增加而增大,且在不同滑动方向上减摩效果具有显著差异,但这种差异会随着微凹椭圆图形密度的增加而降低;随着密度的增加,摩擦因数降低,其原因是密度的增加更容易使摩擦状态从临界润滑状态转变成流体动力润滑状态。     

石墨润滑下人字闸门底枢摩擦副摩擦学性能*

为研究石墨润滑条件下各参数对人字闸门底枢摩擦副摩擦磨损性能的影响，采用UMT-2多功能摩擦磨损试验机进行销-盘摩擦副试验，模拟闸门底枢低速重载工况条件，研究不同摩擦速度、石墨粒径下不同表面粗糙度人字闸门底枢摩擦副的摩擦磨损性能。试验结果表明：在不同转速工况下，表面粗糙度为0.8 μm的摩擦副采用粒径10 μm石墨颗粒润滑时润滑性能最优，表面粗糙度为2.0 μm的摩擦副采用粒径21 μm石墨颗粒润滑时润滑性能最优；随着转速增加，摩擦副摩擦因数与磨损量均增加。研究表明，石墨粒径大小和摩擦副表面粗糙度共同影响摩擦副摩擦学性能，这为闸门底枢的固体润滑剂选择和摩擦参数设计提供理论依据。     

化工机械设备轴承合金表面微造型对摩擦磨损性能的影响

为了研究表面微凹坑造型对化工机械设备中轴承合金润滑摩擦性能的影响,利用UMT-2型多功能摩擦磨损试验机,对不同工艺参数表面微凹坑轴承合金进行油润滑条件下摩擦磨损试验。研究了微凹坑面积密度、深度对摩擦因数的影响规律,同时探讨了工况条件对摩擦性能的影响。试验结果表明:微凹坑面积密度和微凹坑深度对摩擦性能的影响均存在最优值,微凹坑面积密度为10%,深度为25μm时,表面微凹坑造型减摩效果最佳;微凹坑面积密度、深度不变时,表面微凹坑造型试样摩擦因数随加载载荷增大而增加,说明高载荷工况下利用微凹坑造型改善耐磨性能效果不明显。磨痕形貌分析表明,低载荷工况下,合金表面微凹坑造型抗磨损效果明显。     

Ti3SiC2/SiC复相陶瓷/45#钢摩擦副的摩擦学性能

研究了由热等静压原位合成的Ti3SiC2/SiC复相陶瓷与45#钢在干摩擦和边界油润滑条件下的摩擦磨损特性.结果表明：干摩擦条件下随载荷的变化,占主导地位的磨损机制将发生变化,在低载荷下以磨粒磨损为主,高载荷下以粘着磨损为主;同干摩擦相比,润滑油对摩擦副的摩擦磨损性能的改善均很显著;Ti3SiC2/SiC复相陶瓷的磨损主要由粘着和微断裂引起的.     

高速滑滚摩擦副非均等热分配模型研究

根据航空发动机轴承和齿轮等高速滑滚摩擦副的典型工况条件,建立润滑状态下高速重载滑滚摩擦副的非均等热分配模型。热分配系数定义为分配到线速度较高接触表面上的摩擦热量比例,并通过理论计算和试验对比进行确定。采用Crank Nicolson隐式有限差分法对数学模型进行求解,通过调整热分配系数,使表面测温点的温度计算值接近典型试验的实测值,从而确定摩擦副两接触表面的热分配系数。利用该非均等热分配模型对高速重载油润滑下M50钢滑滚摩擦副两表面的温度进行计算,并与试验实测值进行对比。结果表明,该模型计算获得的表面温度与试验实测温度变化规律基本一致,证明所确定的热分配系数比较合理,可用于预测高速重载油润滑下M50钢高速滑滚摩擦副接触表面的温度。     

镶嵌固体润滑剂的硬质合金摩擦学性能研究

在硬质合金YT5表面利用微细电火花加工小孔,并装填MoS2固体润滑剂以改善基体表面的摩擦磨损性能.在UMT摩擦试验机上进行摩擦磨损试验,结果表明:装填固体润滑剂MoS2的微孔表面比光滑表面的摩擦系数显著降低,改善了摩擦表面磨损工况,表现出良好的减摩和润滑效果.结合SEM和EDX分析微孔固体润滑的机理:在摩擦过程中,存储于微孔中的固体润滑剂受到相对摩擦和挤压作用而粘着、拖覆在基体表面,形成一层固体润滑膜,从而起到减摩润滑作用.表面微孔润滑技术是提高基体表面摩擦磨损特性的有效方法,但需通过合理设计微孔结构尺寸,兼顾微孔表面的减摩润滑作用和基体的物理机械性能之间的平衡.     

Ag膜在干摩擦、油和脂润滑下的摩擦学性能研究

精密运转部件表面沉积一层软金属银和银基固体薄膜可以有效地降低摩擦、减小磨损。通过钢球/镀Ag膜摩擦盘在干摩擦、4122油和L252脂润滑条件下的球-盘摩擦学试验,研究Ag膜在油和脂复合润滑下的摩擦学性能,分析润滑条件、载荷、速度对Ag膜摩擦因数的影响。试验结果表明:在4 N法向载荷和油、脂润滑下,与干摩擦相比,镀Ag膜摩擦副的最大静摩擦因数分别减小了10.7%和6.1%;在0～2 000 r/min转速范围内,Ag膜摩擦因数随转速增加而减小,与干摩擦相比,油润滑下Ag膜摩擦因数减小9%～48%,脂润滑下Ag膜摩擦因数减小17%～52%。Ag膜在干摩擦、4122润滑油和L252润滑脂复合润滑下,摩擦因数均随载荷增加而降低;Ag膜摩擦副/钢球在油、脂复合润滑下启动摩擦力矩小,摩擦副在宽转速范围内摩擦因数变化小,运转平稳。     

径向滑动轴承金属磨损自修复实验机研制

基于通用摩擦磨损实验机设计思想,模拟边界条件下的径向滑动轴承,依据金属磨损自修复边界润滑状态下发生的特点,应用自主开发的润滑状态判断软件,研制了径向滑动轴承金属磨损自修复实验机。介绍了该实验机的设计原理及特殊功能,采用该实验机进行了自修复实验。实验结果证明,金属磨损自修复专用实验机能模拟实际工况润滑状态和工况载荷,具有实时监测摩擦副胶合和磨损失效瞬间状态,在线测量摩擦副温度、摩擦扭矩、振动加速度、试件转速及摩擦力等功能,并能实现急停,可用于金属摩擦磨损自修复保护膜生成机制的研究。     

自补偿摩擦表面微观形貌分析

进行了钢－铜摩擦副的原始表面、常规润滑油和自补偿滑油润滑下的表面微观形貌测试和分析;对自补偿润滑下和常规润滑下钢、铜表面的粗糙度和表面轮廓特征参数进行了比较;研究了载荷、摩擦行程对自补偿润滑下钢、铜表面微观形貌的影响;得出了钢－铜摩擦副的磨损在一定范围内与载荷无关、其磨损不随摩擦行程线性增加、自补偿添加剂ＳＷ４更适应于重载工况和经过大的摩擦行程后仍起作用等结论。     

倾斜微孔表面气体润滑动压特性实验研究

以倾斜椭圆微孔表面为研究对象,开展了微孔排布方式对倾斜微孔气体润滑动压特性的实验研究。实验中对部分开孔、全开孔以及双列开孔3种典型分布形式倾斜微孔表面的气膜厚度和摩擦扭矩进行了测量,结果表明:倾斜微孔表面可保证摩擦配副表面迅速打开;在相同孔型几何参数条件下,微孔的排布方式对倾斜微孔表面的动压性能影响明显,部分开孔表面优于全开孔表面,而双列开孔表面的动压效果最好;转速越高,倾斜微孔结构的导向作用越明显,动压效应越强,气体润滑成膜能力越好。实验结果与理论分析一致,为多孔端面结构设计提供了实验依据。     

改性纳米h-BN润滑油添加剂对缸套-活塞环摩擦学性能的影响

在缸套-活塞环摩擦副中,当活塞在上、下止点处为零速,难以形成油膜,且在气缸的高温工况下,其他部位的油膜也会被破坏,从而造成缸套-活塞环的摩擦功耗增加和磨损加剧。采用优质润滑油是提高缸套-活塞环润滑与摩擦特性的重要手段。制备改性纳米六方氮化硼(h-BN)颗粒并将其按不同质量分数分散至聚α-烯烃（PAO10）基础油中,使用R-tec摩擦磨损试验机开展不同载荷下的往复摩擦试验,通过观测摩擦因数、磨损体积和缸套磨损表面、磨损元素及三维形貌参数,研究改性纳米h-BN添加剂对缸套材料摩擦学性能的影响以及减摩抗磨润滑机制。结果表明：加入改性纳米h-BN添加剂可以显著降低缸套-活塞环摩擦副的摩擦因数,减少磨损量,加入质量分数0.25%的添加剂在50 N、3 Hz工况下可使摩擦因数降低33.87%,磨损体积降低23.32%;在载荷及摩擦热作用下纳米h-BN添加剂可以在磨损表面形成摩擦保护膜,可以改善缸套的表面粗糙度,创造优良的润滑环境,提升其摩擦学性能。     

浸渍石墨配对9Cr18密封摩擦副的摩擦特性

针对无压喷油运行工况下机械密封端面磨损严重问题,基于多功能摩擦磨损试验机开展浸呋喃树脂石墨M180K和浸锑石墨M181D配对9Cr18金属环的摩擦磨损试验。探讨操作工况参数轴向载荷和线速度对浸渍石墨摩擦因数和摩擦扭矩两摩擦特性参数的影响,对比研究不同摩擦状态下线速度对两摩擦特性参数的影响,并基于三维形貌仪采集2种浸渍石墨试验前后的表面形貌。结果表明：低黏油润滑工况,一定范围内提高pv值有助于减小浸渍石墨摩擦因数,但轴向载荷的增加提高了摩擦扭矩;而较大轴向载荷时,增加线速度有助于减小摩擦扭矩;相同操作工况和摩擦状态下,浸锑石墨摩擦因数显著小于浸呋喃树脂石墨对应值且表面磨损轻微;相比而言,浸锑石墨的耐磨性更优异,更适用高参工况。