绳股结构对螺旋接触钢丝间微动摩擦磨损特性影响

钢丝间微动磨损会加剧提升钢丝绳的疲劳损伤,降低钢丝绳的使用寿命,严重威胁矿井提升安全.为了研究绳股结构对螺旋接触钢丝间微动摩擦磨损特性的影响,在自制试验台上开展了拉伸-扭转耦合力作用下钢丝微动磨损试验.结果显示：随着接触力增加,相同直径接触对下钢丝间摩擦系数从0.748减小到0.646,而不同直径接触对下钢丝间摩擦系数从0.941减小到0.911;相比于凹接触对,凸接触对下钢丝表面磨损更加严重,并且不同直径钢丝间磨损深度和磨损系数明显大于相同直径钢丝间磨损深度和磨损系数;钢丝间主要磨损机理为磨粒磨损、黏着磨损和疲劳磨损,并且不同直径接触对下钢丝表面疲劳磨损特征更加严重;钢丝疲劳断口的瞬断区存在大量二次裂纹和韧窝形貌,钢丝疲劳断裂失效机理主要为韧性断裂.     

等离子喷涂层接触疲劳失效模式及失效机理的研究

研究了等离子喷涂层在不同应力水平下的接触疲劳失效模式与声发射幅值的对应关系,并分析了涂层的接触疲劳失效机理.结果表明:声发射幅值与接触应力的大小无明显的关系,根据疲劳失效时的声发射幅值可以判断涂层接触疲劳失效模式,幅值为87～93 dB时易发生剥落或分层失效,幅值为78～83 dB易发生点蚀失效.涂层表面微凸体与轴承球滚压接触产生黏着磨损以及涂层、磨粒、轴承球三者形成的三体磨料磨损是点蚀失效产生的主要原因.剥落失效主要与涂层表面微观缺陷处裂纹的萌生、扩展以及表面磨损行为有关.层内分层失效是由涂层内部最大剪切应力控制的,而界面分层失效主要是由涂层与基体的低结合强度、热失配以及界面剪切应力造成的.     

电接触材料摩擦学研究进展

电接触材料在生活生产应用中发挥着重要的作用，但其面临着较为复杂的摩擦磨损问题，因此对电接触材料的研究至关重要. 文章从摩擦学角度出发，综述了当前几种常见的铜基、银基和金基电接触材料的特点以及存在的问题，分析了不同接触载荷、电流和滑动速度等条件下电接触材料的载流摩擦学行为、载流摩擦磨损机制、计算模拟研究以及当前还存在的问题. 提出未来应发展石墨烯等性能优异的新型电接触材料以及加强对多因素耦合作用下电接触体系的摩擦磨损行为和失效机制的研究，这将为未来电接触材料摩擦学的研究发展提供一定的参考价值.      

磁控溅射法制备Au薄膜及真空载流摩擦学行为研究

针对空间滑动电接触金基润滑涂层在制备方法以及失效机理认识方面存在的不足,探索采用绿色磁控溅射法制备金薄膜. 研究了偏压对薄膜微观结构、力学以及真空载流摩擦学性能的影响规律;建立了真空载流服役工况摩擦试验评价条件,可实现接触电流噪音的实时监测,进一步对比传统电镀金涂层,研究了其真空载流摩擦磨损行为差异、主要影响因素及作用机制. 结果表明:在适中的偏压下,薄膜晶粒尺寸小,结构致密光滑,具有高的结合力、硬度、耐磨性以及低的接触电流噪音. 相比于电镀法,磁控溅射法制备的金膜表现出明显光滑致密的结构特征,硬度、磨损率和接触电流噪音大幅改善. 其中光滑致密的结构是抑制微电弧产生的关键因素,可有效减少电弧侵蚀失效.      

电流密度对CNTs-Ag-G复合材料接触电压降和磨损性能的影响

采用粉末冶金方法制备碳纳米管-银-石墨复合材料,研究了电流密度对碳纳米管-银-石墨复合材料的接触电压降及其磨损性能的影响.结果表明:在电磨损初期接触电压降较小,随着时间延长,接触电压降上升并趋于稳定;随着电流密度增加,发热量增大,粘着磨损加剧,接触表面的接触方式发生改变,导致收缩电阻和过渡电阻减小,接触电压降略有上升;磨损量随着电流密度增加急剧增大,但与传统电刷相比已有明显改善.     

钢轨短波长波浪形磨损的安定性分析

针对轮-轨滚动接触的短波长波浪形磨损现象,采用有限元法分析了三维实体模型的接触状态,通过计算分析了高频力作用下接触表面的塑性变形过程.结果表明:在一定的运动条件下,由于重复滚压作用,接触表面发生硬化并达到安定极限状态,生成有规律的短波长变形;钢轨表面塑性变形受枕木间距的影响;就具有随动硬化特性的钢轨材料而言,当摩擦系数μ<0.3时,屈服现象发生在材料表层下方;随着摩擦系数的增大,接触表面的切向力增大,安定极限的临界接触压力Po降低,屈服点移向接触表面,材料失效加快.     

洛伦兹力与温度场作用下枢轨摩擦磨损特性

电枢与轨道间摩擦磨损直接影响着枢轨接触状态,进而影响着电磁轨道发射装置的使用寿命和发射效率. 因此针对焦耳热与摩擦热作用下接触面温度纵向扩散特性,建立温度作用下Archard磨损模型分析温度对枢轨间磨损的影响. 结果表明:枢轨间磨损量主要发生在电枢表面,且最大磨损量集中在电枢尾翼边缘区域. 随着电枢运动过程,枢轨表面温度逐渐升高,接触区域材料的弹性模量和硬度降低,枢轨间磨损量增大. 接触表面磨损量增大也反映出了枢轨接触面温度升高加速了电枢表面的烧蚀.      

轨下支承失效对直线轨道动态响应的影响

建立了基于Timoshenko梁模型的车辆/轨道耦合动力学模型,分析轨下支承失效对直线轨道动态响应的影响. 钢轨被视为连续弹性离散点支承上的无限长Timoshenko梁,通过假设轨道系统刚度沿纵向分布发生突变来模拟轨下支承失效状态. 推导了考虑钢轨横向、垂向和扭转运动的轮轨滚动接触蠕滑率计算公式. 利用Hertz法向接触理论和沈氏蠕滑理论计算轮轨法向力及轮轨滚动接触蠕滑力. 采用移动轨下支承模型的车辆/轨道耦合系统激振模式,考虑轨枕离散支承对系统动力响应的影响. 通过新型显式积分法求解车辆/轨道耦合动力学系统运动方程,由数值分析计算得到不同轨下支承失效状态下直线轨道的动态响应. 结果表明,轨下支承失效对直线轨道变形及加速度有显著的影响,随着失效轨下支承个数的增加,轮轨相互作用力和轨道部件的位移、加速度将会急剧增大,将加速失效区段线路状况的恶化.      

谐波减速器黏着磨损失效加速寿命模型研究

针对空间润滑谐波减速器黏着磨损失效的加速寿命试验方法问题,首先基于Johnson-Williamson的粗糙表面接触模型建立了混合润滑状态下的黏着磨损模型,模型表明磨损速率主要由粗糙表面微凸体接触承担的载荷比例决定.然后,对磨损部位进行考虑粗糙表面真实形貌与润滑剂流变特性的混合润滑数值分析表明,转速与载荷对微观界面接触与润滑分布状态的影响显著,温度的影响有限,因此传统提高转速并升高温度以保持油膜厚度一致的加速寿命试验方法已不适用.最后以增大转速、载荷并保持或增大混合润滑状态下微凸体接触承担的载荷为加速寿命试验准则,以微凸体承担载荷为加速应力建立了黏着磨损的加速寿命模型,并以不同工况的加速寿命试验与寿命分布统计对其准确性进行了验证.     

高速列车制动闸片摩擦块形状对制动界面摩擦学行为的影响

在自行研制的高速列车制动缩比试验台上,对六边形、五边形和圆形摩擦块进行拖曳制动试验,研究摩擦块形状对高速列车制动界面摩擦学行为的影响,并采用有限元方法分析了不同摩擦块形状下制动界面接触行为的差异,探讨了摩擦块形状对接触压力分布及表面热分布的影响. 结果表明:摩擦块形状显著影响了制动界面磨损特性及接触压力分布,使得制动盘产生不同的温度分布现象. 在本试验条件下,六边形摩擦块表面磨损轻微,接触平台大小较为均匀,而五边形和圆形摩擦块表面呈现明显的犁沟和剥落特征,且大接触平台占比较高;六边形摩擦块与制动盘拖曳制动过程,界面具有较大的接触面积,使得接触压力分布较为均匀,表现出较好的接触行为,而五边形和圆形摩擦块的接触行为相对较为复杂,与之对摩的制动盘产生明显的热聚集现象.      

小Tabor数分形粗糙表面之间的黏着弹性接触分析

基于粗糙表面的分形描述和适用于小Tabor数微突体的黏着弹性接触理论,采用积分方法建立了小Tabor数分形粗糙表面之间的黏着弹性接触模型,获得弹性接触条件下的真实接触面积和载荷表达式,在此基础上采用单因素分析法分析表面粗糙度和材料性质对分离力的影响.结果表明,当分形维数增加时,粗糙表面单位面积上的微突体数目增加且高度减小,从而导致两表面间的分离力增大;当分形粗糙度参数增大时微突体高度增加,从而导致分离力减小;当材料弹性模量增加时黏着作用减弱,从而减小了分离力,而表面黏着能的增加会使分离力急剧增大.     

一类功能梯度材料表面接触力学研究进展

针对一类杨氏模量梯度变化的功能梯度材料, 考虑摩擦、微动磨损和黏附等因素, 综述了梯度材料有限尺寸、梯度变化规律、梯度涂层厚度、界面摩擦热、压头形状等对表面接触力学性能的影响; 根据不同接触模型中接触界面应力场分布, 分析多种因素影响下功能梯度材料表面抵抗磨损的能力; 最后给出了功能梯度材料接触力学研究中仍存在的主要科学问题及进一步研究展望.      

马氏体钢表面磁控溅射类金刚石薄膜滚动接触疲劳失效机理

采用磁控溅射技术在马氏体钢基体表面制备类金刚石(DLC)薄膜,应用扫描电镜、Raman光谱仪和划痕测试仪等对薄膜进行表征. 基于对失效表面及截面微观特征的详细分析,研究了DLC薄膜在接触疲劳载荷下的失效特征和机理. 结果表明:DLC薄膜试样的滚动接触疲劳(RCF)寿命比基体的寿命显著提高,且薄膜磨损后试样的剩余寿命仍比原基体寿命长. 薄膜厚度3 μm,处于接触最大应力分布的15 μm范围内. DLC薄膜是从基体表面粗糙峰处产生微裂纹进而导致薄膜剥落,基体材料裸露,最终试样失效.      

基于表面分析技术和铁谱技术的某重载履带车辆主离合器摩擦副失效机理研究

利用扫描电子显微镜、能量色散谱仪及铁谱仪分析了某重载履带车辆主离合器分离机构中的活动盘弹子槽的磨损失效机理.结果表明:磨损表面存在明显的犁沟痕迹和点蚀坑,而粘着磨损迹象不明显;铁谱分析结果表明润滑脂中的磨粒主要包括典型的粘着磨粒、接触疲劳磨粒和腐蚀磨粒;磨损表面的主要失效机制为磨料磨损、粘着磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损的综合作用;采用联合表面分析技术和铁谱技术研究材料表面磨损失效机理具有一定的优越性.     

690合金管在室温干态下的冲击微动磨损特性研究

采用小载荷冲击试验机研究了690合金传热管与405不锈钢块在室温干态不同载荷条件下的微幅冲击磨损行为.其中管采用悬臂梁式固定,与冲击配副采取线接触方式,冲击频率为10 Hz,循环次数为106次,试验载荷选取5、10、20和40 N.结果表明:在室温干态条件下,随着载荷的增加,690合金管的磨损体积增大;加工硬化效应增强,磨损表面硬度增加越大.冲击磨损过程中材料表面发生摩擦氧化行为,690合金管的冲击磨损机制主要是磨粒磨损、剥落,且随着载荷增加,磨粒磨损及氧化行为加剧.     

工程粗糙表面粘着磨损的分形学研究

建立了分形接触模型,并在Ａｒｃｈａｒｄ粘着磨损理论基础上,结合磨损过程中剪切应力对实际接触表面的影响,建立了弹、塑性接触条件下的粘着磨损分形模型,通过试验得出了磨损体积损失与分形参数的关系,为降低磨损与加工成本及确定表面最佳分形维数提供了实验依据．     

不同含氧量环境下紫铜/黄铜电接触微动磨损性能研究

电连接器常因接触界面磨损发生严重失效,因此有必要研究电接触模式下的微动磨损行为。本文中基于电接触模式和不同环境含氧量(即氧气体积分数分别为10%、20%和30%,后文统一称作10%O₂、20%O₂和30%O₂环境),着重研究含氧量对紫铜/黄铜微动磨损行为与磨损机制的影响。研究发现:10%O₂、20%O₂和30%O₂环境时所对应的摩擦系数稳定值分别为0.77、0.71和0.80,摩擦耗散能和磨损体积的结果变化趋势一致,即10%O₂环境下最高,20%O₂最低,30%O₂介于两者之间,可以推测,含氧量最低条件时的损伤比含氧量高时更严重。通过电接触寿命可以看出, 20%O₂环境中电接触性能最优,10%O₂次之,30%O₂最差,不同含氧量时的微动磨损区均发生不同程度的氧化,理论上含氧量越高氧化现象越严重,但10%O₂时的抗微动磨损性能最差,30%O₂时的电接触性能最差,而类大气含氧量的20%O₂环境时的电接触性能和抗磨损性能最佳。结果表明:电接触性能与环境含氧量存有非线性依赖关系,30%O₂的环境中氧化最严重,微观形貌为尺寸粗大和团聚状的氧化颗粒,导致其接触电阻高于其余两种含氧量时;而在10%O₂环境中,因微动产生的磨屑多,新鲜的磨屑松散覆盖在磨痕区域,极易与氧气发生氧化反应,使其接触电阻高于20%O₂环境,但是低于30%O₂时,说明环境中含氧量和微动产生的磨屑协同主导铜电接触性能与磨损行为,结合白光干涉、扫描电镜和电子探针等微观分析结果发现,在不同含氧量环境下的铜磨损机制主要表现为氧化、材料转移和剥落。      

微动诱发的触点电接触间歇失效现象研究

金属触点是电气电子工程领域中导通电流、传递信号的关键,机械振动应力环境产生的微动将使系统的电接触性能逐步退化,并诱发触点间发生间歇失效现象.借助电动振动台设计了触点微动磨损测试分析系统,以铜镀金触点为研究对象,获得了接触电阻全寿命周期内的退化过程.结合接触电阻与SEM/EDX分析结果确定了微动频率、微动幅值对触点磨损发生间歇失效的条件及电接触间歇失效机理.     

高速干铣削钛合金时涂层硬质合金刀具磨损机理研究

采用CVD涂层硬质合金可转位立铣刀对钛合金(Ti-6Al-4V)进行了高速干铣削试验,采用扫描电子显微镜(SEM)观察刀具的磨损形貌,通过能谱分析(EDS)分析失效刀具表面的元素分布,并对刀具的主要磨损机理进行了分析.研究结果表明:使用涂层硬质合金刀具高速干铣削Ti-6Al-4V时,刀具的失效机理主要为磨粒磨损、粘结磨损、氧化磨损、扩散磨损和热-机械疲劳磨损的综合作用.刀具刚参与切削时,刀具后刀面会产生粘结和由于摩擦引起的擦伤,粘结层在断续冲击作用下的脱落过程还会造成后刀面涂层的剥落;随着刀具进一步的磨损,涂层剥落、粘结磨损及磨粒磨损伴随整个刀具失效过程,且还会出现氧化磨损、扩散磨损和疲劳裂纹等.切削速度越高,新产生的钛合金切屑就越容易燃烧,使刀具粘结、氧化和扩散以及热-机械疲劳等磨损加剧.     

暖湿气流对不同服役温度下轮轨界面黏着与损伤的响应行为研究

为研究不同服役温度下高湿度暖湿气流对车轮材料黏着与损伤的影响，为列车轮轨的安全可靠服役提供理论参考.本文作者利用轮轨滚动接触磨损/疲劳试验机模拟宽温环境(-55～60℃)下，着重考察间歇暖湿气流对高速轮轨界面黏着与车轮表面损伤的响应行为.结果表明：同种暖湿气流(RH 99%)作用下，环境温度对轮轨滚动接触界面的黏着与损伤存在显著影响；在低温环境下，轮轨间的黏着系数会瞬时大幅度下跌，而高温环境下反而出现轻微上升的现象.在低温工况下暖湿气流诱导下的车轮损伤(如塑性变形和表面疲劳裂纹等)明显高于高温环境，磨损机制由低温环境下的疲劳磨损和磨粒磨损为主逐渐转变为高温环境下的氧化磨损、黏着磨损和疲劳磨损.因此，为进一步保障高寒地区列车通过隧道等湿热环境时的安全可靠运行，暖湿气流诱导列车轮轨低黏着状态的行为须予以关注和引起重视.