不同温湿度下风电轴承表面防护DLC薄膜微动摩擦特性

针对湿热环境下风电绝缘轴承的微动磨损失效问题，采用等离子体增强化学气相沉积工艺在绝缘涂层Al₂O₃表面沉积类金刚石碳(DLC)薄膜，研究温湿度对其微动摩擦特性的影响。结果表明：DLC薄膜在适当高温下均具有良好的摩擦学性能，在湿度为80%RH时的平均摩擦因数较小；温湿度较高的环境有利于降低DLC薄膜的微动磨损程度，提高绝缘轴承的防护程度；对磨痕处进行拉曼光谱分析表明摩擦过程中DLC薄膜磨痕表面杂化键sp²/sp³比值均大幅上升，且薄膜发生了石墨化转变。DLC薄膜在高温下的低摩擦行为主要是由于DLC薄膜表面石墨化过渡层和磨损表面石墨化的协同作用。     

配副材料对碳纤维增强环氧树脂复合材料摩擦学性能的影响

采用铺层/热压烧结的方法制备交叉铺层的碳纤维增强环氧树脂复合材料,探究配副材料及载荷对铺层材料摩擦学性能的影响,并探讨复合材料的磨损机制。结果表明:随着载荷的增加,复合材料的摩擦因数逐渐降低,磨损率则逐渐增加;在研究的载荷下,复合材料与轴承钢配副时摩擦因数较低,而与Si₃N₄和Al₂O₃陶瓷球配副时润滑性能较差;在低载荷下复合材料与轴承钢配副时磨损率较高,高载荷下则相反。磨损表面形貌分析显示:当施加的载荷较低时,磨损表面形貌主要为犁沟及少量裂纹,磨损机制主要为磨粒磨损;当载荷较高时,高的接触应力使磨损表面产生了大量裂纹并伴随树脂基体脱落,磨损机制由磨粒磨损转变为疲劳磨损。     

不同填料氟橡胶复合材料高温性能研究

为提高氟橡胶(FKM)高温性能,在FKM中分别加入相同质量分数的聚四氟乙烯(PTFE)、气相二氧化硅(SiO2)、纳米氧化锌(Nano-ZnO),采用机械共混法制备3种FKM复合材料;研究常温和160℃高温下3种填料对FKM复合材料力学性能的影响,结合三维形貌和扫描电镜微观形貌,分析FKM复合材料的摩擦磨损机制。结果表明:PTFE填料降低了FKM材料的力学性能,但可提高其高温摩擦性能;Nano-ZnO填料可提高FKM材料常温力学性能,但对高温力学及摩擦性能没有明显改善;Silica填料可显著改善FKM材料常温与高温条件下的抗磨减摩、抗拉伸撕裂等特性;160℃试验条件下,Silica填料可使FKM材料的拉伸强度提高31%,撕裂强度提高142%,摩擦因数降低52%,磨损量减少36.4%;在FKM中添加Silica可提高基体强度,高温摩擦时形成熔融层,使复合材料具有优异的耐磨性能。     

La2O3改性树脂基制动材料的摩擦学性能

通过定速摩擦试验、CHASE摩擦试验及磨损表面形貌观察等方法探讨La₂O₃含量对稀土La₂O₃改性树脂基制动材料的摩擦磨损性能、抗热衰退性能与恢复性能的影响。定速摩擦试验结果表明,制动材料中添加适量La₂O₃可有效提高其摩擦因数,降低其磨损率,同时还可增加其摩擦因数的稳定性;其中,添加20% La₂O₃试样的综合摩擦学性能为最优。CHASE摩擦试验结果表明,La₂O₃的加入可有效提高复合材料的抗热衰退性能与恢复性能。     

TC4合金表面双阴极等离子溅射沉积NbTiN2涂层的摩擦磨损性能

采用双阴极等离子溅射沉积技术在TC4合金表面制备了NbTiN₂涂层,研究了涂层的物相组成、微观形貌、硬度、与基体的结合情况以及摩擦磨损性能。结果表明:NbTiN₂涂层具有很强的(220)晶面择优取向特点;涂层表面质量良好,无明显缺陷,厚度约为10μm,平均硬度为2 478.46 HV,约为基体的6倍,涂层划痕试验的临界载荷为68.5 N,涂层与基体结合良好;在2～5 N载荷、室温下涂层的摩擦因数低于基体,磨痕比基体窄,磨损率比基体低一个数量级,涂层的主要磨损机制是疲劳磨损;500℃下涂层的摩擦因数较室温高,磨痕更窄更浅,磨损率较低,磨损机制为黏着磨损和氧化磨损,涂层表现出更好的耐磨性能。     

不同工况下镍基自润滑材料的摩擦磨损性能

采用复压复烧工艺制备以Ni-Cu合金为基体的石墨自润滑复合材料,在Rtec高温摩擦磨损试验机上开展不同温度、载荷、介质环境条件下的摩擦磨损试验,利用三维形貌仪观察圆盘试样的磨损形貌并得出其材料的Archard磨损率。结果表明：随着载荷增大,摩擦因数略有减小,稳定性提高,磨损痕迹越来越明显;随着温度升高,摩擦因数先减小再增大,稳定性降低,磨损情况越来越严重;水介质环境下,摩擦因数变大,稳定性降低,磨痕宽度和深度明显变大;温度和介质环境对磨损率的影响更加明显,常温(25℃)水介质、高温(300℃)干摩擦、常温干摩擦工况下所得磨损率之比约为81∶37∶1。     

MoS2涂层与CuAl10Fe3之间的摩擦性能研究

通过磁控溅射工艺将MoS₂制备在钢轴上,将该轴与CuAl10Fe₃铝青铜轴套一起安装到试验机上,在轴和轴套之间的间隙通过一定时间的润滑油后断油,然后试验对磨件在启动状态和乏油持久运行状态的摩擦性能。试验结果显示,对于启动和乏油持久运行两个工作条件,对磨件都具有较低的摩擦因数。     

黑磷烯量子点作为水基润滑添加剂的摩擦学性能研究

为了提高钛合金加工的表面质量,降低其加工成本。利用具有高承载、低摩擦等特性的黑磷烯量子点作为钛合金加工液的高效润滑介质。采用MS-T3001摩擦磨损试验机,以GCr15轴承钢/TC4钛合金盘为摩擦副研究黑磷烯量子点作为水基润滑添加剂的摩擦学性能。试验结果表明,黑磷烯量子点的平均横向尺寸为4.44 nm±0.86 nm,厚度约小于4 nm,在超纯水中表现出良好的分散性。随着接触压力增加,摩擦因数和磨损率先快速减小后缓慢增加。在1 273 MPa接触压力、119.3 mg/L浓度下,和超纯水相比,黑磷烯量子点水基润滑添加剂的平均摩擦因数和磨损率分别降低27.6%和28.29%。磨痕表面分析表明,黑磷烯量子点水基润滑添加剂的抗磨减摩机理为钛合金磨损表面生成的Fe₂O₃、TiO₂、Al₂O₃氧化物组成的摩擦化学反应膜及黑磷烯量子点层间剪切和滚珠效应的协同作用。此研究为黑磷烯水基润滑添加剂在钛合金切削润滑领域的应用提供理论依据。     

碳/碳复合材料的载流摩擦磨损性能及机理

在高速载流摩擦磨损试验机上对碳/碳复合材料进行摩擦磨损试验,研究了不同电流、载荷和滑动速度下复合材料的摩擦因数、磨损率及磨损表面形貌,并分析了磨损机理。结果表明:在一定载荷作用下,随电流和滑动速度增大,碳/碳复合材料的摩擦磨损性能先保持良好而后趋于恶化;在电流和滑动速度一定的条件下,较低和较高的载荷都会恶化碳/碳复合材料的摩擦磨损性能;随着摩擦表面温度升高,碳/碳复合材料基体开始氧化流失,碳纤维脱落形成磨屑,从而导致磨粒磨损;随后摩擦表面的高温使磨屑软化,磨屑在机械应力作用下逐渐被碾压成碳膜,形成粘着磨损;磨损表面温度的进一步升高以及高速冲击的作用破坏了碳膜的完整性,从而恶化了碳/碳复合材料的摩擦磨损性能。     

超音速火焰喷涂CoCrAlSiY合金涂层的摩擦磨损性能

采用超音速火焰喷涂技术制备CoCrAlSiY合金涂层,研究了该涂层的微观结构、力学性能,以及在不同载荷(2,5,8 N)下的摩擦磨损性能。结果表明：CoCrAlSiY合金涂层主要由CoCr₂O₄、CoAl和α-Al₂O₃相组成,各物相分布均匀,涂层致密;涂层的硬度为(7.41±0.16) GPa,与其他同类合金涂层硬度相近;在2,5,8 N载荷下摩擦磨损时,CoCrAlSiY合金涂层的平均摩擦因数分别为0.33,0.24,0.22,对应的磨损率分别为3.52×10^-5,4.85×10^-5,5.58×10^-5 mm³·N^-1·m^-1;低载荷(2 N)下的磨损机制主要是黏着磨损和磨粒磨损,高载荷(5,8 N)下涂层发生脆性断裂而大块剥落;在摩擦磨损过程中涂层表面形成氧化物,特别是在5 N和8 N载荷下,磨损表面出现大量α-Al₂O₃     

氧化铝夹杂破碎与弥散行为的试验研究

金属零件基体中的非金属夹杂物不可避免且对基体力学性能影响严重,而锻造变形是使非金属夹杂物在金属基体中破碎和弥散的主要途径。以钢中常见的Al₂O₃硬性夹杂为研究对象,采用粉末冶金技术与3D打印熔覆成形技术相结合的方法制备了内含不同气孔率Al₂O₃夹杂的金属试样。进行含Al₂O₃夹杂金属试样在系列变形条件下的锻造试验,通过变形后Al₂O₃夹杂的形貌观察,研究分析了夹杂气孔率和锻造工艺参数（变形温度、变形速度、变形路径）对Al₂O₃夹杂破碎及弥散行为的影响。结果表明,夹杂气孔率越高,越易发生破碎行为。降低变形温度或提高变形速度可促进较高气孔率Al₂O₃夹杂的破碎及弥散;对于具有较低气孔率的Al₂O₃夹杂,提高变形温度是加剧其破碎程度的主要方式。同时变形路径的复杂化可显著提高Al₂O₃夹杂的破碎程度,促进其在金属基体中进一步的弥散。     

不同含量Al2O3微粒改性环氧树脂复合材料的导热和导电特性

利用溶液共混法制备不同质量分数(10%～40%)微米级Al₂O₃颗粒改性环氧树脂复合材料,研究了Al₂O₃微粒含量对复合材料导热和导电特性的影响。结果表明：当Al₂O₃微粒质量分数为10%和20%时,微粒在基体中分散良好,随着Al₂O₃微粒含量增加,微粒相互接触并出现团聚结块现象;随着Al₂O₃微粒质量分数由10%增加到40%,复合材料在室温下的热导率由0.30 W·m^-1·K^-1增加到1.11 W·m^-1·K^-1,玻璃化转变温度由115.44℃升高到122.89℃,线膨胀系数由56.86×10^-6 K^-1降至34.86×10^-6 K^-1,电阻率由4.27×10¹⁰Ω·cm降...     

高温磨粒条件下氟橡胶圈摩擦特性研究

为研究井下高温与磨粒环境对氟橡胶(FKM)密封性能的影响,对氟橡胶圈进行100～200℃的高温处理,同时以304不锈钢和氟橡胶为摩擦副,在高温及无磨粒和有磨粒条件下开展氟橡胶摩擦特性研究,并使用扫描电镜(SEM)观察橡胶表面的磨痕,使用光镜观测不锈钢表面的磨痕。结果表明:随着氟橡胶试件处理温度的增加,其摩擦因数变化范围随之减小;在有磨粒条件下,随着氟橡胶处理温度的增加,橡胶表面的磨痕由划痕为主转变为凹坑为主,304不锈钢表面的磨痕由以犁沟为主转变为凹坑为主,这是因为,氟橡胶处理温度增加,橡胶表面硬度等性能发生了不同变化,摩擦过程中使磨粒发生不同程度的破裂,且使磨粒的主要运动形式发生改变,因而在氟橡胶和304不锈钢表面产生了不同的磨痕。     

不同介质下ER8车轮钢滑动摩擦磨损性能

为探讨车轮在不同环境下服役时摩擦因数的变化机制，通过滑动摩擦试验机考察不同载荷下，ER8车轮钢分别在干燥空气、纯水、3.5%氯化钠溶液3种环境下的摩擦磨损性能。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、非接触三维表面轮廓仪、X射线衍射仪对磨痕及元素组成进行了分析，探讨不同环境下ER8车轮钢的摩擦磨损机制。结果表明：随着载荷的增大，ER8车轮钢的摩擦因数明显增大；列车的服役环境对车轮的摩擦磨损性能有较大影响，在干燥空气环境下，ER8车轮钢无腐蚀状况，磨痕宽度最小，但摩擦因数最大，可达0.503;在盐水环境下，ER8车轮钢出现腐蚀现象，磨痕宽度最大，但摩擦因数最小；干摩擦下ER8车轮钢的磨损机制为黏着磨损、磨粒磨损和氧化磨损，纯水摩擦和3.5%NaCl溶液环境下的磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。     

高温下轴向柱塞泵滑靴副干滑动摩擦磨损性能*

采用Rtec摩擦磨损试验机模拟不同温度、载荷和转速等工况,研究轴向柱塞泵滑靴副在高温下干滑动的摩擦学规律。通过试验测得的摩擦因数、磨损体积和借助白光干涉三维表面轮廓仪所测得的表面形貌以及磨痕截面曲线,分析其润滑行为及摩擦磨损规律。结果表明：高温下滑靴副的摩擦因数随温度和转速的增大逐渐减小,随载荷的增大而增大;磨损体积随温度的升高先增大后减小,随载荷的增大逐渐增大,随转速的增大先减小后增大;温度和载荷对高温下磨痕的深度影响显著,转速对磨痕的深度和宽度都有影响。研究表明：在高温条件下,在温度为300 ℃、载荷为50 N、转速为75 r/min工况下滑靴副的减摩抗磨效果最好。     

双疏铝合金表面的水/油润滑摩擦学性能

利用激光加工在5083船用铝合金表面构建间距为100μm的点阵和网格微结构,将Si O2纳米粒子涂覆在微结构上构建微纳结构,制备出双疏铝合金表面。采用接触角测量仪测量其表面接触角和滚动角,采用多功能摩擦磨损试验机探讨其在水润滑和油润滑条件下的摩擦学性能。结果表明,网格表面的超疏水/疏油性能比点阵表面更强,水接触角达到159.9o,对十六烷的接触角达到147.0o。随表面疏水和疏油性能的提高,摩擦因数减小,磨痕深度变浅,宽度变窄。油润滑条件下的摩擦因数显著小于水润滑条件下的,且波动性更小,磨痕也更浅更窄。水润滑条件下,点阵表面的摩擦因数大于网格表面;而油润滑条件下,点阵表面的摩擦因数小于网格表面。     

高温下位移幅值对TC4合金磨损性能的影响

钛合金的微动磨损会加速裂纹的形成与扩展,导致其构件提前失效。利用摩擦磨损试验机考察TC4合金在300和500℃温度下的微动磨损行为,利用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜对磨痕轮廓及磨痕表面进行分析,探讨在300和500℃温度下TC4合金在不同位移幅值作用下的微动磨损机制。实验结果表明：高温条件下,试样平均摩擦因数和磨损率随位移幅值的增加呈现先增大后减小的趋势;两种高温环境中,小位移幅值时,微动运行区域为部分滑移区,主要损伤机制为黏着磨损和氧化磨损;位移幅值为100μm时,微动运行区域为混合滑移区,主要磨损机制为氧化磨损、剥层磨损及塑性变形;大位移幅值时,微动运行区域为完全滑移区,主要磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损。对比300和500℃条件下磨损结果,表明温度越高TC4合金耐磨性能越好,这主要是由于摩擦生成的氧化物TiO₂和Fe₂O₃对磨损表面具有保护作用。     

纳米添加剂Al2O3和MoS2在油包水滴射流冷却中的应用研究

淬硬钢高速切削加工易出现切削温度高和刀具磨损快等问题,因此有效冷却和润滑非常重要。提出油包水滴射流(OoW)与纳米粒子相结合的绿色冷却润滑方法,将Al₂O₃和MoS₂分别添加到水和大豆油中得到纳米流体,再混合雾化喷出纳米粒子油包水滴射流(N-OoW)。制备了0.25%和0.75%两种质量分数的纳米流体,形成N_0.25-OoW和N_0.75-OoW两种纳米粒子油包水滴射流方式,并与原OoW方式对比。开展摩擦磨损实验,对比分析摩擦系数及磨痕形貌,再开展两种车削速度下的车削实验,对比分析刀具寿命及刀具磨损。结果表明,N_0.75-OoW方式的摩擦系数、磨痕宽度、磨痕深度和刀具磨损均最小;在切削速度120m/min和200m/min时,相比于OoW,N_0.75-OoW方式的刀具寿命分别提高了29.6%和34.4%;纳米粒子油包水滴射中,单一纳米粒子优异的抗磨减摩性能以及纳米粒子之间的协同效应是降低摩擦磨损及提高刀具寿命的主要原因。     

钽的添加对Ni-5Al和Ni-10Al合金高温抗氧化机理的影响

采用粉末冶金方法制备了添加不同质量分数(0～7%)钽的Ni-5Al和Ni-10Al镍基高温合金,通过1 100℃×100 h的高温氧化试验研究了钽的添加对这2种合金高温抗氧化机理的影响。结果表明：添加相同含量钽的Ni-10Al合金单位面积氧化质量增量高于Ni-5Al合金;钽的添加促进了Ni-5Al合金氧化膜中NiO的长大和NiTa₂O₆的生成,随着氧化过程进行,Al₂O₃和NiAl₂O₄组成的氧化层在NiO/基体界面处生成,阻碍了合金的进一步氧化;添加钽的Ni-10Al合金表面氧化膜包括外侧致密NiO氧化层以及内侧疏松的由NiO、Al₂O₃、NiAl₂O₄和NiTa₂O₆组成的氧化层,内氧化层中存在细小孔洞,该合金较差的高温抗氧化性与疏松的氧化膜以及氧化膜内缺陷和NiTa₂O₆的形成...     

不同纤维增强和不同固体润滑剂改性PTFE复合材料的摩擦磨损性能

以碳纤维或玻璃纤维为增强纤维,二硫化钼(MoS_2)或石墨为固体润滑剂,制备了不同配方的聚四氟乙烯(PTFE)复合材料;在干摩擦和油润滑条件下对复合材料进行了摩擦磨损试验,观察了其磨损形貌,并分析了不同增强纤维和固体润滑剂对复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明:在干摩擦条件下,当固体润滑剂相同时,与玻璃纤维增强的相比,碳纤维增强PTFE复合材料的磨痕宽度更小、摩擦因数更大,而当增强纤维相同时,MoS_2改性PTFE复合材料的磨痕宽度比石墨改性的小,摩擦因数比石墨改性的大;在油润滑条件下,当固体润滑剂相同时,碳纤维增强PTFE复合材料的磨痕宽度比玻璃纤维增强的小,摩擦因数比玻璃纤维增强的大,当增强纤维相同时,MoS_2改性PTFE复合材料的磨痕宽度比石墨改性的略低,摩擦因数比石墨改性的大。