基于面接触的粉末润滑实验研究

利用石墨粉末颗粒,基于端面摩擦试验机对粉末润滑方式开展了摩擦学研究。试验了粉末冶金铜合金材料、粘结石墨润滑涂层、PTFE 3层自润滑复合材料3种试样在石墨粉末颗粒流润滑条件下的摩擦因数、温度及表面膜等特性,并与干摩擦和油润滑进行了对比。结果表明:粉末润滑可以实现与固体润滑膜、自润滑材料类似的无油固体润滑效果;利用它的持续补充性,可以实现动态补充和修复的固体润滑膜;但是,粉末润滑膜与基体附着能力较差。     

杂质颗粒对水润滑滑动轴承承载能力的影响

杂质颗粒混入到润滑介质中会对水润滑滑动轴承承载能力产生一定的影响.根据多相流数值计算理论,利用湍流模型,选用欧拉-拉格朗日方法计算讨论了在水中杂质颗粒含量以及杂质颗粒直径对水润滑轴承承载能力的影响程度.数值计算结果表明,水中的杂质颗粒在一定含量范围内会提高水润滑轴承的承载能力,水润滑膜压力分布规律基本不受水中杂质颗粒含量变化的影响;在杂质颗粒直径小于水润滑膜最小膜厚的情况下,水中杂质颗粒直径的变化对水润滑滑动轴承承载能力的影响程度很小.     

油水两相流对轧机油膜轴承热弹流润滑的影响

研究润滑油中混入水后对轧机油膜轴承热弹流润滑的影响。建立油水两相流体的数学模型,以及轧机油膜轴承热弹流润滑的数学方程,利用多重网格法及多重网格积分法对上述方程进行求解,并分析润滑膜压力、膜厚随含水量、主轴转速、轧制力的变化关系。结果表明:与纯油润滑相比,油水两相流体润滑具有更好的润滑特性,且随着含水量的增加,膜厚增大,承载能力增强;随着主轴转速的增加,膜厚增加,承载能力减小;随着轧制力的增加,膜厚减小,承载能力增强。在油水两相流润滑条件下,热效应对于轧机油膜轴承弹流润滑的影响不能忽略。     

橡胶蠕变特性对水润滑橡胶轴承弹流润滑的影响

考虑了橡胶轴承材料蠕变特性,建立了水润滑轴承的无限长线接触模型,基于Kelvin模型和三参量模型,对水润滑橡胶轴承进行了弹流润滑分析。通过这两种蠕变模型,分别得到了橡胶蠕变对润滑膜压力和膜厚的影响;分析比较了两种模型影响下的中心压力、中心膜厚和最小膜厚随时间的变化。结果表明,考虑橡胶轴承蠕变特性对润滑膜压力和膜厚的影响很大,在两种蠕变模型下,润滑膜的压力均随着蠕变时间变小,润滑膜厚随着蠕变时间变大,同时接触区不断增大并趋于稳定。中心压力随着蠕变时间逐渐增大并趋于稳定,最小膜厚随着蠕变时间先增加后减小到稳定值。蠕变稳定后,两种模型下的压力、膜厚均大于将橡胶轴承视为线弹性体的值,与之前工作对比,三参量固体模型比Kelvin模型更能描述橡胶轴承的润滑性能。     

Sn-Ag-Cu系高温自润滑材料的摩擦学特性

采用真空压力浸渗复合技术将熔融固体润滑剂熔渗到微孔金属陶瓷基体中,制备熔渗型Sn-Ag-Cu系高温自润滑复合材料;利用XP-2型高温摩擦磨损销盘型试验机考察其高温摩擦磨损性能,采用SEM和XRD分析其磨损表面形貌、成分,探讨其高温自润滑机制。研究结果表明:制备的自润滑复合材料在600℃高温下具有较低的摩擦因数和磨损率,这是因为在高温摩擦磨损过程中熔渗于基体材料中的固体润滑剂在高温、摩擦热和应力的作用下从微孔中析出,并在摩擦界面形成由Cu_3Sn、Cu_αSb_γ、Fe_3Sn、Ag_3Sn等金属间化合物组成的润滑膜。该润滑膜使材料具有良好高温自润滑性能,其中的Ag元素对摩擦因数的影响较大。     

关节轴承固体润滑处理工艺

介绍一种关节轴承固体润滑处理技术,制备的固体润滑膜以无机盐和活性金属离子为黏结剂,提高了膜层的耐压强度和耐温性能;以石墨和二硫化钼复合材料为润滑剂,提高了关节轴承在不同工况条件下的承载能力和润滑性。经固体润滑处理的轴承内圈外表面润滑膜层均匀、外观细致,实际使用效果良好。经检测,形成的固体润滑膜与金属基体有较强的结合力,在特殊工况条件下能够满足承载和润滑性能的要求。     

海水润滑塑料轴承的微观热弹流润滑分析

考虑轴承表面海水润滑膜温度场和轴承表面横向粗糙度等因素,对塑料轴承的弹流润滑问题进行了研究。利用压力求解的多重网格法和弹性变形求解的多重网格积分法以及温度求解的逐列扫描技术,得到塑料轴承微观热弹流润滑问题的完全数值解,讨论了连续波状粗糙度、载荷、轴承转速对海水润滑膜压力及膜厚的影响。数值计算结果表明：轴承表面粗糙度对润滑膜压力和膜厚分布都有一定影响,连续波状粗糙度使润滑膜压力和膜厚分布产生振荡;转速和载荷对压力分布影响较小,随转速的增大、载荷的减小,膜厚都有明显的增大。     

高温发汗自润滑技术及其理论研究

在中国国家自然科学基金项目《高温汗腺式自扩散润滑技术及其理论研究》(No.50275110)和《高温润滑胞体结构形态及其功能控制机理研究》(No.50775168),以及中国国家教育部博士学科点专项基金项目《高温发汗润滑胞体的多胞结构稳定性研究》(No.20070497105)的共同资助下,通过数理建模和科学试验,研究了高温发汗自润滑材料(HTSSLC)的润滑机理、机械性能、润滑特性及其控制理论;提出了胞体结构及其强韧性模型,研究了其孔结构形态与制备工艺间互耦性;为了拓宽材料的应用范围,研究了复合润滑体组分及其复合技术;并以此制备出HTSSLC和构建了其理论与技术体系.高温发汗自润滑是基于生物体汗腺结构和发汗原理提出的白润滑原理及其技术;HTSSLC是由汗腺式有序孔胞结构的金属陶瓷硬相基体(胞壁)和熔渗在胞孔中的多元润滑体(胞核)组成的复合体,其润滑机理是复合体胞核中的润滑物质在高温摩擦热应力驱动下沿基体有序微孔 通道扩散(析出)至摩擦表面,实现自补偿润滑.高温发汗自润滑是基于生物体汗腺结构和发汗原理提出的白润滑原理及其技术;HTSSLC是由汗腺式有序孔胞结构的金属陶瓷硬相基体(胞壁)和熔渗在胞孔中的多元润滑体(胞核)组成的复合体,其润滑机理是复合体胞核中的润滑物质在高温摩擦热应力驱动下沿基体有序微孔通道扩散(析出)至摩擦表面,实现自补偿润滑.基于人体汗腺结构及高温发汗自润滑概念,构建了描述汗腺式微孔结构特征的汗腺式微孔分布表征模型(PSDM),并基于模型分析了烧结过程中孔隙演化规律及形成条件、材料组分和工艺参数对微孔结构形态的影响以及孔结构形态、尺寸、孔径分布与孔隙度间互耦合关系;为了验证模型的有效性,利用TiH2与CaCO3分解温度差的物化性能,以TiH2 I CaCO3的复合体为复合造孔剂,辖以Al2O3为惰性弥散质点,采用二次造孔法( DSP-FT)在真空条件下制备出了与模型理论相吻合的汗腺式有序微孔结构TiC CrW-Mo-V系基体.由于复合造孔剂在首次分解时,TiH2分解出H2和Ti,H2在烧结体内形成初始孔隙,Ti则活化烧结过程,增强了烧结体的强度;而在液相烧结温度范围内进行的CaCO3二次分解,可使CU2气体在液相中形成气孔通道,在烧结体表面形成开口气孔,使得金属陶瓷基体具有高强和有序微孔结构形态 高温发汗自润滑是基于生物体汗腺结构和发汗原理提出的白润滑原理及其技术;HTSSLC是由汗腺式有序孔胞结构的金属陶瓷硬相基体(胞壁)和熔渗在胞孔中的多元润滑体(胞核)组成的复合体,其润滑机理是复合体胞核中的润滑物质在高温摩擦热应力驱动下沿基体有序微孔通道扩散(析出)至摩擦表面,实现自补偿润滑. 基于人体汗腺结构及高温发汗自润滑概念,构建了描述汗腺式微孔结构特征的汗腺式微孔分布表征模型(PSDM),并基于模型分析了烧结过程中孔隙演化规律及形成条件、材料组分和工艺参数对微孔结构形态的影响以及孔结构形态、尺寸、孔径分布与孔隙度间互耦合关系;为了验证模型的有效性,利用TiH2与CaCO3分解温度差的物化性能,以TiH2 I CaCO3的复合体为复合造孔剂,辖以Al2O3为惰性弥散质点,采用二次造孔法( DSP-FT)在真空条件下制备出了与模型理论相吻合的汗腺式有序微孔结构TiC Cr-W-Mo-V系基体.由于复合造孔剂在首次分解时,TiH2分解出H2和Ti,H2在烧结体内形成初始孔隙,Ti则活化烧结过程,增强了烧结体的强度;而在液相烧结温度范围内进行的CaCO3二次分解,可使CU2气体在液相中形气孔通道,在烧结体表面形成开口气孔,使得金属陶瓷基体具有高强和有序微孔结构形态.为了在微孔中复合出具有扩散活性和良好润滑性的复合润滑体,开展了软金属与金属陶瓷基体的润湿性、互溶性及真空熔投工艺研究,实现了润滑体的优化组分设计及其在基体中梯度分布的熔浸可控性,制备出具有硬质相胞壁、软质相复合润滑胞核及有序微孔胞管的高温发汗自润滑胞体结构材料.围绕构建高温发汗自润滑胞体材料的强韧性设计和工况适应性预测的理论基础,以材料特性指导强韧性设计为日标,基于胞孔结构特征,建立了胞体接触状态的几何表征模型;引入了可表征正三角形、正四边形及正六边形等孔结构形态的特征值λ(λ＝Ri／R.,R.为基础胞元多边形外壁的内切圆半径;Ri为多边形胞孔的内切圆半径;λ取值范围为0<λ<1);推导出相对密度广义表达式(GERD)和孔隙率广义表达式(GEP);建立了可表征各种孔结构形态的有序孔结构几何表征模型( OPSG M),探讨了λ对材料接触强度的影响规律,得出了当λ<0.4时,可将多胞体材料看成连续介质体的结论;建立了厚壁单胞体接触力学模型CMMTWCS),研究了不同多胞结构体及其分布形态的接触稳定性特征,以及切向力对接触应力分布的影响及胞体形态对切向力的敏感性;采用胞壁等效曲梁计算方法(ECBCM)求解了其接触力学问题,通过试验验证了模型及其算法的正确性;ECBCM不仅拓宽了经典Hertz接触理论,而且避免了当量弹性模量法中求解超越方程的困难,解决了混合理论法无法求解孔洞周围局部应力分布的难题.研究表明,孔隙率的增大对接触压力的分布影响不大,而对胞壁弯曲变形和局部应力分布影响很大,因此,影响厚壁胞体压缩强度的主要因素是胞壁弯曲变形引起的胞体内(尤其是孔口)应力分布.绕构建HTSSLC的组分设计及润滑控制的理论基础,开展了材料细观力学特征及其相组分对其润滑性影响的研究;基于材料的硬质相和软质相复合特征,建立了基于.因子(α为反映材料中各相组分体积百分比因了)的面向颗粒增强型复合材料的弹性模量修正Hirsch模型(MHMEM>,研究了α与材料中各相成份体积百分比和弹性模量的函数关系;理论结果与试验结果的一致性证明,SEEMEM精度高,避免了对试验数据的依赖,可有效地拓宽到均匀复合材料的弹性模量计算中;推导出无须区分基体相和增强相的颗粒增强型均质复合材料热膨胀系数计算模型(TECMPRC),研究了其微观等效弹性模量、线膨胀系数、热特性、微应力应变规律等细观力学行为;研究了润滑胞体孔隙率与胞核变形量之间的相关性、工作湿度对胞核变形量的影响以及胞核组分对润滑体析出量的影响.研究表明,孔隙率及工作温度对胞核变形量有较大影响,而胞核组分及变形量又影响其润滑元素析出量;这种互耦性在很大程度上取决.于胞体的组分设计其热参数性能. 为了探讨高温发汗自润滑机理,在高温摩擦学试验基础上,开展了润滑体析出机理分析、磨损表面形貌分析、表面膜厚度测量及膜中元素分布形态的研究,探讨了摩擦过程中工况参数与润滑体组分对其摩擦磨损特性的影响;研究了以Pb,Sn,Ag,Cu等软金属元素为组分的复合润滑体析出过程及成膜机理;观察和分析了在严重擦伤部位的润滑元素浓度分布形态.结果表明,高温发汗自润滑的典型特征足其胞核中的润滑元素能在高温摩擦热一应力驱动下沿有序微孔析出,并富集在摩擦表面;其分布形态是擦伤越严重的部位,其润滑元素析出的浓度越大;基于工程表面摩擦越严重部位的摩擦热一应力越大的事实,这种润滑元素在摩擦热应力驱动下向摩擦表面扩散实现其自润滑的机理,揭示了其择优自补偿润滑的功能特征.围绕构建HTSSLC的润滑控制与零件寿命设计的理论基础,以润滑控制为研究对象,基于高温发汗润滑机理及其摩擦过程中表面形貌特征变化趋势,建立了元胞自动机模型(CA);研究了高温摩擦过程中的材料摩擦系数、表面形貌、接触应力及摩擦温度场动态过程,揭示了摩擦过程中润滑体析出润滑膜形成、破坏、再形成的动态演变规律;基于高温发汗润滑表面膜覆盖率(CRLF)与润滑性能之间的耦合关系,建立了其覆盖率计算模型,揭示了摩擦副表面形貌、润滑层结构及材料参数、环境温度对润滑膜覆盖率的影响.研究表明,润滑膜覆盖率随材料基体孔隙率,润滑层深度和环境温度增加而增大;减小摩擦表面粗糙度,可以提高摩擦表面边界润滑膜的覆盖率;实现了以摩擦表面粗糙度、熔渗孔隙率、润滑层深度、材料热膨胀系数及工作温度为自变量的高温发汗白润滑膜覆盖率的预测计算.为了拓宽HTSSLC的温度使用范围,基于BN和C具有的相似物理特性和晶体结构,在基于经验电子理论(EET)对BN及BN-C复合物的价电子结构进行分析的基础上,设计和制备出BN-C-硅油复合胶体,并作为高温发汗润滑液将其复合进金属陶瓷基体,取得了在300℃的温度下其摩擦系数仅为0.13的工程效果.述研究表明:制备出的内贯通有序微孔胞体结构形态的会属陶瓷基体具有接触强度与尺度优势,可存储具有不同特性的复合润滑粒子体作为润滑剂;因而,该基体是摩擦学功能材料的理想载休,通过在载体中熔浸(或浸渍)具有不同性能的润滑体可组成新的发汗润滑功能体,解决特殊工况领域的自补偿润滑问题.     

海水润滑塑料轴承的时变微观热弹流润滑分析

考虑了时变效应、轴承表面海水润滑膜温度场和两固体表面横向粗糙度等因素,对塑料轴承的弹流润滑问题进行研究.利用压力求解的顺解法及温度求解的逐列扫描技术,得到塑料轴承时变微观热弹流润滑问题的完全数值解.讨论了粗糙度函数幅值和波长及载荷、转速对于海水润滑膜压力及膜厚的影响.数值计算结果表明,粗糙度的几何参数对润滑性能有着不同程度的影响;随载荷的增大,压力增大,膜厚减小;转速对压力影响较小,随转速的增大,膜厚增大.     

水润滑动静压陶瓷轴承的热弹流润滑分析

建立了水润滑动静压陶瓷轴承的弹流润滑几何模型,采用考虑了热效应的Reynolds方程,对水润滑动静压陶瓷轴承进行考虑热效应时的弹流理论分析。研究了不同工况下供水压力对水润滑动静压陶瓷轴承的压力膜厚影响,分析了不同工况下润滑膜局部最高温度出现的区域,得到了速度、载荷对水润滑动静压陶瓷轴承润滑膜温度控制的协同作用曲线。结果显示,初始供水压力的静压效应有利于轴承润滑,初始供水压力增大,润滑膜膜厚增大,不同工况下压力变化趋势不同;不同工况下,润滑膜局部最高温度的区域发生变化;当润滑膜局部最高温度保持在一个定值时,不同的速度和载荷组合对润滑膜局部温度控制呈现反相关的协同作用,并且在不同工况下,速度、载荷的相关性变化趋势不同。