边缘凸起织构化压裂泵柱塞密封副摩擦磨损性能

采用纳秒激光烧蚀技术在柱塞单元盘试件表面烧蚀出3种不同分布的条形和椭圆形凹坑织构,利用MMW 1型微机控制式万能摩擦磨损试验机,在模拟工况下（试验力400 N,转速200~1 500 r/min）,研究纳秒激光烧蚀加工产生的金属熔融堆积造成的织构边缘凸起对压裂泵柱塞-橡胶动密封配对副摩擦性能的影响。结果表明：存在边缘凸起的织构对柱塞-橡胶配对副没有明显的减摩和抗磨性能,反而加剧了其摩擦磨损,其主要原因是微凹坑织构的边缘凸起加剧了柱塞试样与橡胶配对副的相互刮擦,凹坑的微流体动压润滑效应小于凹坑边缘凸起对配对副的刮擦作用;经抛光处理后的织构试件的摩擦因数和磨损量都低于无织构试件和未经抛光处理的织构试件,表明控制表面织构的加工质量可有效提高织构试件的抗磨减摩性能。     

仿生织构对抽油泵柱塞表面摩擦性能影响

目前石油机采仍以抽油泵为主要装置,而柱塞表面磨损是影响抽油泵工效及寿命的关键因素.现有技术存在成本高、效果不佳等问题,鉴于此,凭借仿生方法学低耗高效优势,基于生物体表非光滑耐磨减阻特性,设计并加工仿生织构柱塞试样,探究多工况往复式润滑摩擦性能.试验结果表明,仿生织构可降低约40％的摩擦阻力,提高了耐磨性能.随后,测定实...     

表面织构及其对摩擦学性能的影响

介绍了表面织构的图案和加工方法以及摩擦学性能的测试方法,阐述了不同表面织构对摩擦学性能的影响及机制,总结了当前表面织构研究的主要成果,并提出了未来表面织构研究需要深入开展的工作.     

表面织构化对摩擦学性能影响的研究进展

表面织构技术是通过微细加工技术在材料表面加工出具有一定几何形貌与尺寸,且排列规律的图案,从而改善材料表面摩擦学性能的新型表面改性技术。表面织构因在改善材料摩擦学特性方面具有的突出优势而在机械摩擦配副中发挥着重要的作用。介绍了常见的表面织构加工技术,阐述了不同工况下表面织构的减磨机理,总结了表面织构形貌及其几何参数对耐磨性能的影响,并展望了表面织构技术的未来发展方向。     

表面织构改善摩擦特性的研究进展

介绍了凸包形、凹坑形及凹痕形等表面织构形貌,并对表面织构的几种加工技术进行对比。通过分析表面织构在工业方面的应用实例,阐述了表面织构在不同润滑状态条件下的减摩理论:附加流体动压效应理论、二次润滑理论和俘获磨屑颗粒理论。重点讨论了织构形貌、面积密度、纹理尺寸和深径比及分布形式等参数对摩擦特性的影响。同时运行条件和润滑状态对摩擦特性也起主要作用,但并非所有的表面织构都可以改善摩擦学特性,只有具有合适参数的表面织构在合适的运行条件和润滑状态下才可以显著改善摩擦学特性。总结了表面织构与涂层技术相结合、混合表面织构两种未来表面织构的研究方向,指出表面织构还需进一步深入研究的方面。     

磨料粒度对表面微织构纯钛干摩擦性能的影响

为了提高钛及钛合金钻具在超深钻探、深海钻探和外太空钻探工程中的减摩抗磨性能。利用激光表面加工技术在工业纯钛（TA2）表面制备了不同参数的点阵微织构。采用MS-T3000摩擦磨损试验机测试了微织构钛合金在不同粒度模拟月壤作用下的摩擦学性能。利用扫描电子显微镜和能谱分析仪分析磨痕形貌及元素含量。研究结果表明：当磨料粒度小于微织构点阵的直径时,磨料压入微织构点阵里,磨料具有滚动和滑动两种运动方式。当粒度大于微织构点阵的直径时,磨料不能完全压入微织构点阵里,磨料对微织构TA2表面产生了滑动犁削作用。由于两种磨料磨损的作用机理不同,同等条件下,小粒度的磨料作用下的微织构TA2的摩擦因数和磨损率较大粒度磨粒作用下的最大减少量分别为50%和53%。考虑磨料粒度与微结构的匹配性,可以大大降低摩擦减少磨损。     

激光熔凝与表面织构技术对摩擦性能的影响

讨论了饥饿润滑条件下,激光表面织构技术和激光熔凝技术在增强表面润滑性和耐磨性的作用。目的是增强激光表面织构的耐磨性,探讨表面织构增强润滑的作用。观察了基体材料Cr12MoV激光熔凝后熔化区、过渡区和基体的微观组织,检测分析了金相成分,测试了显微硬度。对比研究了不同摩擦磨损环境下激光表面织构技术、激光熔凝技术对摩擦系数的影响。激光熔化区由晶粒细小的马氏体和大量的残余奥氏体组成。激光熔凝后,硬度达到了基体硬度的1.4倍。激光表面织构在低转数时增加润滑作用明显。全熔凝处理在各种不同摩擦磨损环境下都能起到耐磨作用。     

复合织构化压裂泵柱塞密封副动压润滑性能仿真研究

为改善压裂泵柱塞密封副的摩擦磨损性能,在压裂泵柱塞密封副表面建立不同的复合表面织构(不同复合织构类型、不同分布方式、不同截面形状等),并在结合柱塞密封副几何结构特征、压力边界条件及雷诺方程的基础上,建立织构化柱塞密封副动压润滑理论模型,采用有限差分对雷诺方程进行求解,仿真分析复合织构对柱塞密封副动压润滑性能的影响规律。数值仿真研究结果表明:复合织构对动压润滑性能的影响与外织构深度有密切关系;内织构为凹坑或凸起,以及内织构为不同截面形状的复合织构,主要是通过影响织构平均深度与摩擦副间隙的大小关系,而对复合织构的动压润滑性能造成不同的影响规律;内织构分布于外织构右侧(润滑介质入口一侧)对复合织构动压润滑性能的提升最大。     

表面微织构改善摩擦性能的研究进展

机械表界面行为和摩擦学密切相关,利用先进手段对摩擦副的表界面进行改性、改形和调控是目前的研究热点。表面微织构方法可以显著改善接触对表面摩擦特性。本文基于微织构的研究背景,论述了表面微织构加工方法、几何参数及其对摩擦性能的影响规律,阐述了微织构的减摩机理和应用,提出了后续的发展方向。     

表面激光织构对碳化硅陶瓷磨削性能影响研究

目前工程陶瓷材料的加工方式主要依靠金刚石砂轮磨削,传统磨削加工中,碳化硅陶瓷本身的硬脆性导致加工过程易引入表面/亚表面损伤,且存在切削力大、砂轮磨损严重、材料去除率低等问题。针对上述难题,本文通过表面织构技术辅助碳化硅陶瓷磨削,采用毫秒脉冲激光在碳化硅陶瓷表面烧蚀特定且均匀分布的表面织构,深入研究激光表面织构参数对碳化硅陶瓷磨削性能的影响规律。结果表明：保持磨削加工参数及状态不变,当织构深度和宽度一定时,织构横向间距(织构面积)对磨削力的影响最大,横向间距越大,粗糙度值越大;与传统磨削加工相比,两种激光织构辅助磨削性能均有所提升,其中网格状织构表现更为优异。     

激光毛化表面的摩擦学性能实验研究

采用优化的激光工艺参数和相应辅助工艺措施,利用调Q灯泵浦Nd：YAG激光器加工出不同几何尺寸和分布的球冠状激光毛化形貌。在UMT-Ⅱ型多功能摩擦磨损试验机上进行了不同尺寸和分布的激光毛化形貌与光滑试样表面的摩擦学对比实验研究。研究结果表明：在三种工况下,激光毛化试样的摩擦因数明显大于光滑试样的摩擦因数,其中,在高速轻载工况下,微凸体间距为1300μm的试样比光滑试样的摩擦因数大2.25倍;摩擦因数随着激光毛化形貌微凸体间距的减小而增大,间距为1300μm时摩擦因数最大,达到0.1192;摩擦因数与激光毛化微凸体直径成反比关系,而与微凸体的高度成正比关系;随着速度的不断增大,激光毛化表面动压效应增强,摩擦因数随之减小。     

工程耐磨构件表面织构及摩擦学性能研究

表面织构是利用特定的加工方法在构件的摩擦表面加工出一定尺寸和排列的微小阵列,可有效改善表面润滑状态,降低摩擦系数,减少磨损量和表面温升。分析了不同工程耐磨构件表面织构的类型和加工方法以及表面织构对构件表面摩擦学性能的影响,提出了工程耐磨构件表面织构研究的方向。     

纳米流体与微织构耦合作用对刀具材料摩擦磨损性能的影响研究

合理的表面织构可有效改善摩擦副界面间的摩擦状态。为研究纳米流体与表面微织构耦合作用对硬质合金刀具材料摩擦性能的影响,采用“两步法”将纳米Fe3O4颗粒添加到水基切削液基础液,制备出质量分数为0.5%的Fe3O4纳米流体,并利用激光微加工技术在光滑的YG6X硬质合金样件表面制备出不同尺寸参数的沟槽型与凹坑型表面微织构。分析纳米流体与表面微织构耦合作用下硬质合金样件的摩擦磨损性能,整理摩擦系数、样件表面磨损形貌、磨球磨损率等数据发现,纳米流体能够有效改善基础液的润滑性能,在一定尺寸形状的织构样件相互作用下表现出优异的抗磨减摩性能,并且揭示了相应的减摩抗磨机理。     

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。     

弹流润滑条件下织构表面亚表层特性研究

为研究在弹流润滑状态下表面形貌对亚表层特性的影响,利用激光加工方法获得2种微凹坑型织构表面形貌,通过将实测的表面形貌坐标输入弹流润滑数值计算程序得到油膜压力和膜厚分布;以对应工况的油膜压力作为表面法向压应力,利用Rabinowicz经验公式算出剪切应力;将表面法向压应力和切向剪应力叠加后对弹流润滑界面亚表层特性进行仿真研究。结果表明：表面织构使亚表层应力分布发生显著改变;微凹坑直径、卷吸速度对亚表层应力的大小与分布有不同的影响;亚表层变形在摩擦过程中呈现随深度增加先缓慢减小后快速下降的规律,研究结果将为通过表面形貌设计改善轴承等零件受力状况提供理论支持。     

人工髋关节织构化表面摩擦学性能研究

为研究微织构形状对人工髋关节表面摩擦特性的影响,在人工髋关节表面分别设计仿生菱形织构、圆柱形织构和圆环形织构,以雷诺方程为理论研究基础建立流体动压润滑模型,用ANSYS Fluent进行数值模拟,得到微织构表面润滑油膜的平均承载力和摩擦因数,并比较不同织构形状的摩擦学性能。结果表明：在所选织构参数、工况参数范围内,平均承载力随着面积率增大以及滑动速度的提高均呈现上升趋势,在面积率为25%、滑动速度为0.3 m/s时达到最大;摩擦因数随着织构面积率的增大而呈下降趋势,在面积率25%达到最小值,摩擦因数与滑动速度的关系则因织构形状的不同存在一定的差异;研究的3种形状微织构中,仿生菱形织构的摩擦学性能最佳。因此合理选择织构形状可以减少人工髋关节摩擦副表面间的磨损。     

润滑添加剂对磁流变液摩擦学性能的影响

以羰基铁粉为悬浮相、硅油为分散相,分别加入石墨、硼酸三丙酯、四硼酸钠和四硼酸钾作为润滑添加剂,采用球磨分散的方法制备磁流变液。用四球摩擦磨损试验机考察4种润滑添加剂在磁流变液中的摩擦磨损性能。采用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌,并进行机制分析。结果表明,磁流变液抗磨性能非常差,主要是以三体磨粒磨损为主,加入4种润滑添加剂后均能提高磁流变液的抗磨性能,其中以四硼酸钠的减摩抗磨效果最好,抗磨性能相比提高了57%。     

硬脂酸修饰Sn纳米微粒的制备及摩擦学性能

为研究固体润滑剂软金属Sn作为润滑添加剂的摩擦学性能,采用原位表面修饰液相化学还原的方法制备了硬脂酸修饰Sn纳米微粒。通过XRD,TEM,FT-IR等分析手段对其形貌和结构进行了表征,在四球摩擦磨损试验机上考察了硬脂酸修饰Sn纳米微粒作为液体石蜡添加剂在不同添加量和不同施加载荷下的摩擦学性能。结果表明,所制备的纳米微粒具有四方晶型Sn的晶体结构,粒径细小,平均粒径5~10 nm,有机修饰层的存在能防止Sn纳米微粒被氧化。硬脂酸修饰Sn纳米微粒在中低负荷下作为润滑油添加剂具有良好的减摩抗磨性能,并且能够提高基础油液体石蜡的承载力。