边界润滑条件下薄膜碎片对W-DLC薄膜磨损性能的影响

为研究边界润滑条件下薄膜碎片对钨掺杂类金刚石(W-DLC)薄膜的摩擦磨损性能的影响规律,分别在M50高温轴承钢和(100)晶向的Si片表面制备W-DLC薄膜,并且采用刻蚀法去除Si获得W-DLC薄膜碎片。采用Raman光谱和扫描电镜研究薄膜和碎片的结构,利用摩擦磨损试验机和三维白光干涉仪对添加碎片后的薄膜的摩擦磨损性能进行测试。结果表明:在载荷分别为2、5和10 N时,由于加入定量薄膜碎片后摩擦体系的平均摩擦因数分别增大2%、4%和10%;而载荷由2 N提高到5 N和10 N时,摩擦体系的平均摩擦因数从0.1277减小到0.1131再减小到0.1031。在载荷与薄膜碎片耦合作用下,薄膜的磨痕宽度、深度和体积都增大。通过磨损形貌的观察发现,W-DLC薄膜在边界润滑条件下的磨损受到了磨粒磨损机制的控制,在摩擦接触表面上呈现典型的犁沟特征。     

基于热混合润滑的钢/橡胶接触表面水润滑增强调控

目的 增强钢/橡胶摩擦副的润滑性能,为提高混合润滑状态下水润滑轴承的性能提供参考。方法 建立水润滑条件下钢/橡胶摩擦副的热混合润滑模型,讨论热效应对润滑性能的影响,并在此基础上进一步研究表面粗糙度、水基润滑剂黏度和供水压力对水润滑增强调控的作用。结果 与等温解相比,热效应使Stribeck曲线发生了右移,摩擦因数和载荷比增大,膜厚比降低。最高水膜温度随着转速的增加而升高,热效应对混合润滑性能的影响显著。减小摩擦副表面粗糙度,Stribeck曲线向左移动。在相同转速下,载荷比随着表面粗糙度的减小而降低,膜厚比反之。表面粗糙度越大,水膜温度越高,最高温度位于出口区,且钢的表面温度低于水膜和橡胶的表面温度。当水基润滑剂的黏度增大时,膜厚比增大,载荷比和最高水膜温度降低,Stribeck曲线发生左移。增加供水压力可以改善水膜压力分布,使水膜承载区增大、压力减小,粗糙峰接触压力和承载区减小,导致载荷比减小、膜厚比增加,Stribeck曲线向左偏移,水膜最高温度降低。当接触区由边界润滑向混合润滑过渡时,水膜最高温度出现拐点,且水膜最高温度拐点随着供水压力的增加而左移。结论 热效应会降低摩擦副的混合润滑性能,因此在混合润滑中不能忽略。考虑热效应时,通过减小表面粗糙度,或增加水基润滑剂黏度和供水压力,均有利于增强钢/橡胶接触表面水润滑的混合润滑性能。     

离子液体润滑下非晶碳膜的载流摩擦磨损行为

目的考察非晶碳膜(amorphous carbon film,a-C)在干摩擦和在离子液体(IL)润滑下的载流摩擦磨损行为特点。方法选取不锈钢、涂覆离子液体的不锈钢、a-C薄膜和涂覆离子液体的a-C薄膜(a-C-IL)分别与不锈钢小球对磨,在直流电流为0.2 A的条件下进行摩擦磨损测试,对比了各种试样的摩擦学行为。通过扫描电镜、表面三维轮廓仪和拉曼光谱对磨痕和磨斑进行分析表征,并讨论各种摩擦副的磨损机制。结果非晶碳膜与离子液体均能有效地降低钢-钢摩擦副在载流条件下的摩擦系数,使得稳定摩擦系数从～0.8分别降低到～0.2和～0.15。当a-C膜与IL进行复合后,进一步降低了a-C膜的载流摩擦系数(～0.1),但是a-C膜的耐磨性能降低。结论在载流摩擦磨损测试下,钢-钢摩擦副的摩擦系数大,磨损严重,伴随轻微的粘着磨损;离子液体可以明显减小摩擦副之间的粘着,降低钢-钢摩擦副的摩擦系数和磨损率。在钢基底上镀a-C薄膜,摩擦过程中a-C磨屑形成的转移膜发生了石墨化,能显著降低摩擦系数,减小磨损率。a-C-IL固液复合薄膜具有比a-C膜更低的载流摩擦系数,但其耐磨性能不如a-C膜。     

初始表面粗糙度对沟槽织构摩擦性能的影响

目的探究初始表面粗糙度大小对激光沟槽织构化表面摩擦性能的影响规律。方法采用脉冲光纤激光器在不同粗糙度的45#钢试样表面制备具有不同深度、规则排列的沟槽织构,利用摩擦磨损试验机进行销-盘式往复摩擦试验,研究初始表面粗糙度对沟槽织构化表面摩擦系数的影响规律,以及不同初始表面粗糙度条件下,激光沟槽织构化表面的摩擦学行为。结果沟槽织构能够有效降低表面的摩擦系数,初始表面粗糙度、载荷和速度的大小对沟槽织构的润滑减摩性能有较大影响。在较低的载荷下,沟槽织构能有效提高表面的流体动压润滑效应;在较高的载荷下,沟槽织构能够有效改善表面的边界润滑性能。存在最优初始表面粗糙度,使得摩擦系数达到最小,初始表面粗糙度最优值的大小应根据载荷和速度大小来确定。结论根据摩擦副表面的载荷和速度工况条件,合理优化初始表面粗糙度能使沟槽织构获得较为理想的润滑减摩效果。     

离子渗硫层的抗擦伤性能及耐磨性研究

采用低温离子渗硫技术在45钢表面形成一定厚度的渗硫层.用销盘试验机在机械油润滑条件下对渗硫表面的抗擦伤性能,减摩及耐磨性能进行了系统研究.采用EDX和AES分析了边界润滑膜的成分.结果表明在低速条件下渗硫层可显著改善钢表面的扰擦伤性能,且具有较好的减摩耐磨作用.在磨损过程中,渗硫层促进了摩擦表面氧化物的形成.厚度适当的渗层可使边界润滑膜中的硫氧比处于最优范围,使表面承载能力提高.同时其对磨面的磨损也有所降低.     

表面织构及供油量对润滑性能影响的建模分析

目的研究不同供油条件下织构表面的润滑性能。方法首先,建立考虑表面织构的乏油润滑模型,求解修正雷诺方程获得乏油工况下考虑织构表面的润滑油膜厚度以及压力分布。然后,依据求得的润滑油膜厚度判断计算域内各点润滑状态,通过接触压力及油膜厚度分别计算边界润滑、混合润滑以及流体润滑状态下的切应力,并积分求得摩擦力进而得到摩擦系数。结果模拟了供油层厚度为50~500 nm以及充分供油条件下三种织构的润滑行为,获得了不同润滑状态下表面织构的摩擦系数。速度为0.1 m/s时,供油量对接触区油膜厚度的影响较小,不同润滑状态下织构表现出不同的润滑性能。速度为0.2 m/s时,供油层厚度对油膜厚度的影响较大,随着供油层厚度的增大,膜厚明显增加,摩擦系数在供油层厚度为200 nm时最小。结论接触副处于流体润滑状态时,织构表面不具有减摩效果。接触副处于边界润滑状态时,织构表面具有减摩效果,并且织构较密时,摩擦系数较小。接触副处于混合润滑状态时,织构过于稀疏或密集时均不具有减摩效果,但是合理分布的织构具有减摩效果。     

油润滑条件下各向同性热解石墨/GH4169的摩擦学行为

各向同性热解石墨由于具有优异的力学性能以及极低的孔隙率,在机械密封领域具有广泛的应用前景,但目前针对各向同性热解石墨的摩擦磨损试验开展较少。采用MMW-10环-盘端面摩擦磨损试验机,通过改变转速和载荷,对各向同性热解石墨与GH4169配副的摩擦学行为进行研究。结果表明:在油润滑条件下,随着转速的增加,各向同性热解石墨的摩擦因数与磨损率呈现出先减小后增加的趋势,200 r/min时获得最小值;而摩擦因数与磨损率随载荷的增加逐渐减小,2 kN时获得最小值,且载荷对磨损率的影响更加明显。各向同性热解石墨的磨损形式主要为类抛光、擦伤及犁沟。各向同性热解石墨的润滑机理与液体膜的形成以及摩擦配副表面的接触特性密切相关。揭示了各向同性热解石墨在油润滑条件下的磨损机制以及润滑机理,为其在机械密封领域的应用提供和积累了参考依据。     

Research of Tribological Behaviors of a New Aluminum Bronze

ALUMINUM BRONZE is an important engineeringmetal.It has been widely used to manufacture parts thatrequire high wear resistance and high stress based onsome important properties,such as high strength,certain ductility,excellent wear resistance andcorrosion resistance,etc.Typical applications includemarine propeller,valves,mould,gear blanks and so on.In recent years,tribological behaviors of aluminumbronze have been intensively investigated.For example,some researches were focused on the e…     

自配副铜的离子液体-化学镀银膜复合润滑

目的考察高接触应力下自配副铜在离子液体-银膜(化学镀银膜和电镀银膜)复合润滑下的摩擦学性能,比较化学镀银膜与电镀银膜的差别。方法在T2铜表面分别制备了化学镀银膜和电镀银膜,采用栓盘接触式往复滑动摩擦磨损试验机,在平均赫兹接触应力为0.77 GPa和滑动速率为0.76 mm/s的条件下,评价了两种银膜(盘)与铜(栓)在离子液体LP108润滑下的摩擦学性能。结果在无润滑条件下,自配副铜出现高摩擦系数(2.5)、严重粘着磨损。相同条件下,在含磷氟的LP108润滑下,自配副铜发生中等程度的粘着磨损。银膜和离子液体复合润滑可有效改善自配副铜的摩擦学性能,电镀银膜的稳态摩擦系数为0.5左右,而化学镀银膜抗粘着性能更佳,其摩擦系数为0.3左右。结论离子液体-银膜复合润滑有效降低了自配副铜在高接触应力下的粘着,从而改善了摩擦学性能。在离子液体润滑下,化学镀银膜在摩擦界面形成数十纳米厚的转移膜(栓)和摩擦层(盘),从而有良好的抗粘着性能。     

离子渗氮和离子渗硫复合处理表面的摩擦学性能

在４５钢离子渗氮表面,用低温郭了渗硫技术形成具有良好固体润滑作用的渗硫层。采用ＳＥＭ＋ＥＤＸ和ＸＲＤ研究了渗层的组织结构,采用销盘式磨损试验机在油润滑条件下,对原始、渗氮、渗硫以及渗氮渗硫复合处理表面进行了抗擦伤性能及耐磨性能的系统研究。并采用ＥＤＸ和ＡＥＳ分析了摩擦表面边界润滑膜的成分。结果表明：渗硫和渗氮处理均只能在低还条件下提高表面的抗擦伤性能。而复合处理能在各种速度条件下显著提高抗擦伤     

Tribological behavior of TSP reinforced WC matrix composites sliding against N80 casing steel lubricated by water-based drilling fluid

The friction and casing wear behavior of TSP composites sliding against N80 casing steels and lubricated by drilling fluids were investigated. It was found that the water-based drilling fluid reduced friction coefficient and casing wear effectively. The surface lubricating films with iron oxide grains formed on the surface of casings are all observed for the three hardbandings, while the discontinuous lubrication film of N3 alloy might account for the higher casing wear therewith. The lowest friction coefficient and casing wear was recorded for TSP composite under load of 10–130 N. This is dependent on the adsorbed lubricating liquid on the rubbing surface and the formation of height difference between the TSP part and the WC matrix part.     

载荷对PTFE/AlSi10Mg复合材料摩擦磨损行为的影响

采用选区激光熔化(SLM)、浸渗和真空烧结工艺制备了以AlSi10Mg为基体的多孔骨架填充聚四氟乙烯(PTFE)的自润滑复合材料。采用往复式Bruker UMT-3摩擦试验机研究了速度为5mm/s、不同载荷下复合材料的摩擦磨损性能,并采用SEM、EDS等对其成分、结构以及摩擦学行为进行了研究。结果表明,复合材料的平均摩擦因数和磨损率随着载荷的增加呈现先增大后减小的趋势;复合材料的摩擦稳定性主要由存储在骨架中的PTFE决定。其摩擦机制主要是在载荷的作用下,当磨擦表面发生磨损时,骨架中的PTFE将磨屑捕获,形成完整的PTFE润滑层,并且发生膜的转移,从而增加了复合材料的摩擦学稳定性。     

激光表面织构化对45钢摩擦磨损性能的影响

目的研究表面织构对45钢干摩擦和乏油状态下摩擦磨损性能的影响。方法用激光加工的方法在45钢表面加工出不同面密度的凹坑织构,在UMT-2型多功能摩擦磨损试验机上以球-盘副考察凹坑密度在干摩擦和乏油条件下对45钢摩擦磨损性能的影响。结果在干摩擦条件下,织构密度在4%时,摩擦配副的摩擦系数最小,稳定摩擦系数为0.56。随着织构密度的增大,摩擦系数也逐渐增大,当织构密度增大至16.2%时,配副摩擦系数最大,稳定摩擦系数为0.72。在乏油条件下,织构密度在4%时,摩擦系数为0.39,小于未织构试样摩擦配副。凹坑密度增大后,其摩擦系数大于未织构试样,但是均在0.43左右。在干摩擦和乏油条件下,织构化试样的磨损率都小于未织构试样,并且随着织构密度的增大,磨损率先减小后增加,织构密度在8.1%时,抗磨效果最好。结论表面织构能收集磨粒,储存润滑油,从而起到良好的减磨作用。     

MoS2薄膜摩擦因数和磨损量的数学模型

目的 构建MoS₂薄膜的摩擦因数模型和磨损模型,预测其磨损体积。方法 通过球-盘摩擦磨损实验,研究法向载荷和滑动速度对MoS₂薄膜摩擦因数的影响规律,其中最大接触压强范围为441.08～1393.82MPa,滑动速度为0.05～0.628m/s。利用场发射扫描电子显微镜（SEM）和白光共聚焦显微镜分析MoS₂薄膜的磨损形貌。结果 基于赫兹接触理论,建立了MoS₂薄膜摩擦因数与法向载荷和滑动速度的数学模型。预测结果与实测结果之间的最大相对误差为12.02%,其余预测结果的相对误差均小于10%。从摩擦耗散能的角度,研究发现MoS₂薄膜的磨损体积与摩擦耗能之间呈显著的线性关系,结合新的摩擦因数模型,提出了MoS₂薄膜的磨损模型。此磨损模型是法向载荷、滑动速度和摩擦时间的函数关系式,其相对误差绝对值的平均值为10.81%。与传统Archard模型的结果进行比较发现,新的磨损模型的相对误差较小。通过分析MoS₂薄膜的磨损机理,探讨了磨损模型产生...     

粉末润滑界面边界层状态微观形态观察和分析

目的粉末润滑边界层状态预示着润滑条件的优劣。粉末颗粒以其良好的润滑性能和承载能力以及对极端工况的适应性,被广泛应用于诸多领域,因此需对粉末润滑界面的摩擦润滑性能展开深入研究。方法利用UMT-2多功能摩擦磨损测试仪,结合形状测量激光显微系统对粉末润滑界面边界层的微观形态进行观察和机理分析。重点研究载荷(1、2、4、6 MPa)、速度(2、4、8、16 r/min)、粉末层厚度(1.5、3.5、5.5、7.5μm)以及表面粗糙度(0.389、0.745、1.751、3.112μm)等工况条件对粉末润滑的影响机制。结果较大的接触载荷有利于形成致密的边界层,提高润滑性能。在速度较低时,不利于形成完整、致密的边界层,润滑较差,甚至产生爬行现象,随着速度的增加,润滑效果改善,但过大的速度又会加快粉末耗散。适量的粉末层厚度能够使摩擦界面间形成完整、厚实的边界层,提供良好的润滑能力。粗糙度适当的表面有利于粉末润滑剂存储、边界层的形成以及润滑作用的维持。结论合理选择接触载荷、速度、粉末层厚度以及试样表面粗糙度有助于提高粉末颗粒的润滑性能。     

离子液体添加剂对润滑剂摩擦和润滑性能的影响

目的研究离子液体作添加剂时对基础润滑剂成膜能力和摩擦磨损性能的影响。方法选取聚α烯烃(PAO8)和锂基脂作为基础润滑剂,用季膦盐油酸离子液体作为添加剂,用UMT-3型多功能摩擦磨损试验机(UMT)进行实验,并对试验后的试样表面进行SEM分析。同时用光干涉点接触润滑油膜厚度测量装置测量其膜厚,通过对比基础润滑剂与添加离子液体后的摩擦系数、膜厚和磨斑,评价离子液体添加剂对基础润滑剂摩擦润滑性能的影响。结果相比于基础油和基础脂,离子液体作添加剂可以有效地降低摩擦磨损。含有离子液体添加剂的润滑剂有更高的油膜厚度,在高载荷工况下更明显。添加离子液体可以有效减轻基础油的乏油程度。结论离子液体添加剂可以有效减小摩擦磨损,提高润滑性能。     

不同表面技术对挺柱组织及耐磨性的影响

目的 为解决挺住可靠性不足的问题,研究不同表面技术对提高可靠性的效果。方法 采用软氮化、感应淬火和复合技术三种表面处理方法制备挺柱。利用显微硬度计、金相显微镜等对三种挺柱的组织、硬度进行了分析。利用SRV摩擦磨损试验机测试不同挺柱在干摩擦、富油、贫油条件下的摩擦系数,并通过体视显微镜和轮廓仪对磨损后的形貌和深度进行了分析。最后在发动机台架上进行1000 h负载循环耐久试验,验证挺柱可靠性。结果 氮化挺柱表层组织由0.006 mm厚的白亮层和0.2 mm厚的扩散层构成,硬化层薄,硬度过渡不平缓,且白亮层中含有大量疏松缺陷。感应淬火挺柱表层为2 mm厚的普通马氏体,硬化层深且硬度过渡平缓。复合强化挺柱表层由0.04 mm厚的含氮马氏体层和2 mm厚的普通马氏体组成,硬度过渡平缓且硬化层深。氮化与复合强化挺柱干摩擦和富油摩擦系数随磨损时间基本保持不变,干摩擦系数分别为0.56、0.54,富油摩擦系数均为0.174,表明两种挺柱都具有优良的抗粘着磨损与磨粒磨损性能。感应淬火挺柱干摩擦系数随磨损时间急剧增加,最大达0.95,此时因粘着抱死导致试验过早终止,富油摩擦系数稳定在0.164,表明其具有优良的抗磨粒磨损性能,但抗粘着磨损性能极差。此外,复合技术挺柱在台架耐久中的表现远优于氮化挺柱,表面未出现异常磨损及剥落,而氮化件表面剥落严重。结论 复合技术可有效提升挺柱可靠性。     

芦荟胶液对Co-Cr-Mo合金摩擦学性能影响的研究

目的芦荟多糖胶液具有良好的流变性和生物相容性,有望成为一种绿色润滑液。方法首先提取新鲜芦荟胶液充当润滑液,采用红外光谱分析芦荟胶液中的多糖成分。在球-盘摩擦实验装置上分别研究干摩擦、水和芦荟胶液润滑下,氧化锆陶瓷球与Co-Cr-Mo合金对磨时的润滑行为,并对不同润湿性的Co-Cr-Mo表面的摩擦学性能进行初步探讨。最后利用扫描电镜和能谱仪分析磨损表面的微观形貌和元素分布。结果润湿性对Co-Cr-Mo表面的摩擦学性能有显著影响。干摩擦条件下,疏水性表面的平均摩擦系数为0.65,低于亲水性表面的摩擦系数。水润滑时,疏水性表面的平均摩擦系数为0.35,要比亲水性表面的低20%左右。当采用芦荟胶液润滑时,Co-Cr-Mo表面的摩擦系数显著降低,其中亲水性表面的摩擦系数更稳定,其平均摩擦系数仅为0.28。结论芦荟胶液润滑条件下,合金表面的磨损较轻,其主要磨损形式表现为轻微的犁沟。芦荟胶液中的多糖组分在摩擦作用下在摩擦表面形成转移膜,对Co-Cr-Mo合金起到润滑防护的作用。     

镧化合物对煤间接液化柴油碳烟颗粒摩擦学特性的影响

目的 研究镧化合物对含煤间接液化柴油碳烟润滑油摩擦磨损性能的影响.方法 利用四球长时摩擦磨损试验机,分别考察不同浓度氟化镧(LaF3)和氧化镧(La2O3)对含煤间接液化柴油碳烟(Fischer-Tropsch synthesis diesel soot,F-T DS)与0#柴油碳烟(Diesel soot,DS)白油的润滑性能的影响,利用多功能万能工具显微镜、扫描电镜与能谱、X射线光电子能谱等仪器对磨斑直径、结构、形貌、组成及元素价态进行表征.结果 在含F-T DS白油体系中,添加0.4％(质量分数)镧化合物LaF3或La2O3时,减摩抗磨效果最优,平均摩擦系数(AFC)分别为0.070、0.058,较未添加时(0.094)分别下降25.5％和38.3％,平均磨斑直径(AWSD)分别为0.4318、0.4207 mm,较未添加时减少了33.6％和35.2％.在含DS白油体系中,添加0.6％ 镧化合物LaF3或La2O3时,减摩效果最佳,AFC分别下降11％和16％;添加0.8％ 镧化合物时,抗磨效果最优,AWSD降幅分别为24.8％和33.7％,La2O3抗磨效果优于LaF3.结论 添加少量镧化合物可以改善含F-T DS与DS白油的减摩抗磨效果.其减摩抗磨机理可能是,通过形成转移膜,或在摩擦进程中添加剂吸附在接触表面形成镧系边界润滑保护膜,改善了润滑状态,起到了减摩抗磨作用.     

速度和载荷对凹坑织构乏油润滑摩擦学性能的影响

摩擦副表面加工特定的织构后会在不同速度和载荷以及严重乏油的条件下运行,比如设备的启停阶段。因此有必要研究极度乏油条件下速度和载荷对凹坑织构表面摩擦学性能的影响,为表面织构的实际应用进行前期探索。利用激光加工技术在45钢表面加工凹坑织构;在UMT-2型多功能摩擦磨损试验机上,采用球-盘式分别对织构和未织构试样进行乏油滑动试验;利用三维表面轮廓仪和扫描电镜等分析试样表面的磨损形貌。结果表明:相比于未织构试样,凹坑织构在不同速度和载荷下均能有效延长摩擦面间的乏油润滑状态,有良好的减摩效果,可降低摩擦因数约68%～75%。载荷对织构表面的摩擦学性能影响较大,在一定范围内摩擦因数随着载荷的增大而降低;但载荷过高时,在摩擦后期会出现摩擦因数的突然升高,表面磨损严重。