端面宽度对机械密封极限pcv (pressure×velocity)值的影响

端面宽度是机械密封的重要设计参数,为了研究端面宽度对机械密封极限p_cv值(端面比压p_c×端面平均线速度v)的影响,本文作者选取浸呋喃树脂石墨与微孔常压烧结碳化硅作为密封摩擦副,采用定速度变载荷和变速度定载荷两种不同测试方法获取了五种端面宽度摩擦副的极限p_cv值,分析了不同端面宽度摩擦副在不同测试方法下的摩擦系数时变特性和密封介质温度时变特性,并通过扫描电子显微镜和三维激光形貌仪分析了摩擦副的表面磨损特征. 结果表明:在相同测试方法下,与较宽端面摩擦副相比,较窄端面摩擦副的极限p_cv值较高并且密封失效时摩擦系数较小而密封介质温度较高;在给定端面宽度条件下采用定速度变载荷方法测试时,较高速度15.68 m/s对应摩擦副的极限p_cv值相对于较低速度7.84 m/s时较高,其中极限p_c值较低;达到极限p_cv值时,摩擦副表面的磨损机理主要为黏着磨损,其诱因在于端面摩擦扭矩的突增引起端面过热,导致两密封端面因液膜汽化加剧发生干摩擦. 定速度变载荷和变速度定载荷两种方法均可用于测试机械密封极限p_cv值,但采用变速度定载荷方法测试时密封失效对应的摩擦系数突增幅度相对较不明显,失效的现象较难捕捉,石墨表面被破坏的程度也较轻. 在满足材料强度的要求下,减小端面宽度,有效避免端面过热,有利于机械密封达到更大的极限p_cv值. 本文为机械密封极限p_cv值的测量以及端面宽度的设计和密封的延寿方法提供了指导.      

二硅化钼自配副在干摩擦条件下的摩擦学性能研究

在 MM- 2 0 0型摩擦磨损试验机上考察了不同载荷下金属间化合物二硅化钼自配副的干摩擦磨损性能 ,采用扫描电子显微镜和微探针观察与分析了其磨损表面形貌 ,并对材料的摩擦磨损机制进行了探讨 .结果表明 :干摩擦条件下 Mo Si2 自配副在载荷为 5 0～ 10 0 N时具有较好的综合摩擦磨损性能 ,摩擦系数和磨损率分别维持在 0 .11和 6 .0×10 - 5g/ min;随着载荷的增大 ,Mo Si2 自配副的主要磨损机理从塑性变形和疲劳磨损转变为氧化磨损     

Si_3N_4陶瓷/冷激铸铁的摩擦学性能研究

采用块 -盘摩擦磨损试验机考察了陶瓷与冷激铸铁在干摩擦条件下的摩擦磨损行为 .通过研究发现 ,该摩擦副的摩擦系数随载荷和速度的增大而减小 ,当载荷和速度较大时 ,陶瓷的磨损严重 ,而由于摩擦温度升高引起的冷激铸铁材料的转移也会使陶瓷出现负磨损 .对磨损表面的形貌分析和化学成分测试结果表明粘着磨损和疲劳磨损在磨损过程中占主导地位 .     

三元乙丙密封材料不同工况下的摩擦性能

采用SRV摩擦磨损试验机对用于核主泵副密封的三元乙丙橡胶材料与具有DLC涂层的钢配偶件进行摩擦性能试验,获得该橡胶密封材料的摩擦系数随润滑状态、载荷、温度和相对滑动速度等的变化规律,并通过摩擦表面的形貌分析揭示了其摩擦机理,可为核主泵机械密封性能分析及副密封选材提供依据.     

Si3N4陶瓷／冷激铸铁的摩擦学性能研究

采用块－盘摩擦磨损试验机考察了陶瓷的在干摩擦条件下的摩擦磨损行为,通过该摩擦副的摩擦系数随勒荷和速度的增大而减小,当载荷和速度较大时,陶瓷的磨损严重,而由于摩擦温度升高引起的冷激铸铁材料的转移也会使陶瓷出现负磨损,对磨损表面的形貌分析和化学成分测试结果表明粘着磨损和疲劳磨损在磨损过程中占主导地位。     

摩擦热对UHMWPE/钢摩擦副摩擦性能的影响

通过控制销盘试验中的散热条件测定了摩擦热对UHMWPE/钢摩擦副摩擦性能的影响;利用统计学相关系数理论对摩擦系数和表层温度的相关性进行定量比较,发现不良散热条件使其相关系数显著增大;根据Taylor Hobson轮廓仪测量试样表面形貌三维初始表面高度,尝试用元胞自动机方法进行了摩擦表面温度分布模拟计算,并结合磨损表面形貌分析探讨摩擦热对UHMWPE磨损机理的影响.结果表明:摩擦系统的热传导条件严重影响UHMWPE的摩擦性能;摩擦热效应使得局部接触表面温度超过熔点,摩擦热的积累效应使UHMWPE的磨损机理由粘着磨损变为熔融剪切磨损;在聚合物材料的摩擦试验及应用研究中必须考虑摩擦热的影响.     

IG-11石墨在不同气氛中的磨损性能研究

在SRV摩擦磨损试验机上研究了10MW高温气冷堆用石墨材料IG-11自配副及其与不锈钢配副在空气和氦气气氛中的磨损性能,并利用扫描电子显微镜分析了试样磨损表面形貌.结果表明:环境气氛对石墨自配副磨损性能的影响较大,在氦气环境中石墨的磨损率较大,磨屑尺寸相对较小且呈棱状,主要发生磨料磨损;在空气环境中石墨的磨损率相对较小,磨屑尺寸相对较大,且形成大量片状磨屑,主要发生疲劳磨损;而就石墨与不锈钢摩擦配副而言,由于硬质不锈钢表面粗糙峰对石墨的切削作用,环境气氛的影响减弱.     

γ射线辐照聚四氟乙烯复合材料的结构和摩擦磨损性能研究

通过γ射线辐照聚苯酯改性聚四氟乙烯(PTFE/POB)复合材料,利用红外光谱、X射线衍射、DSC等对辐照前后材料的化学组成、结晶结构等进行了表征,并与γ射线辐照纯PTFE材料作对比,考察了热稳定性能、拉伸性能和摩擦磨损性能. 结果表明:γ射线辐照并未造成PTFE/POB 材料的化学组成和热稳定性能的明显变化,但使得PTFE分子量降低,结晶度增大;相比纯的PTFE材料,POB的加入一定程度上提高了PTFE的抗辐照能力,延缓了PTFE分子量下降程度和再结晶化能力. 辐照对PTFE/POB材料的耐磨性能影响并不显著,但摩擦系数均有不同程度的降低,且随着辐照剂量的增大,呈现先增大后减小的变化趋势,这与辐照后PTFE的分子量、结晶度及带晶尺寸变化,以及POB自身的抗辐照能力等密切相关.      

传动装置密封环摩擦磨损性能研究

为分析车辆传动装置密封环在高速高压工作环境下的磨损失效,利用自主研制的试验台研究了速度、接触压力和介质油温对密封摩擦副摩擦磨损特性的影响;利用扫描电子显微镜观察了磨损程度不同的密封环端面的表面形貌,并探讨了其磨损机理.结果表明,在设定的试验条件下,密封摩擦副的摩擦系数随着压力的增大和转速的升高先急剧减小再降幅减缓后趋于稳定,而压力对摩擦状态的影响要比转速显著.密封环端面温度与摩擦状态之间存在相互影响的特征.密封介质性质同样影响着密封环的摩擦状态.在稳定磨损阶段,密封环的磨损机理以磨粒和黏着磨损为主导,当进入到剧烈磨损期后,磨粒磨损和疲劳磨损的影响更为突出.     

γ辐照对a-C: H薄膜微观组织、力学性能及摩擦学性能的影响

近年来随着核能及其核装备的发展,辐照环境下高能粒子对润滑材料服役行为的影响受到越来越多的关注. 本研究利用自行设计研制的磁控溅射系统制备a-C: H润滑薄膜,并对其进行伽马 (γ) 辐照处理. 考察γ辐照康普顿效应对a-C: H薄膜微观组织、力学性能和摩擦学性能的影响. 结果表明:经γ辐照后a-C: H薄膜存在由sp2杂化C原子结构向sp3杂化C原子结构转变的趋势,且辐照使得C-H键发生断裂,薄膜内H原子的键合能降低. 伽马辐照使得a-C: H薄膜的纳米机械性能显著提高,辐照样品的残余应力也随辐照剂量呈增加趋势. 此外,γ辐照也使得a-C: H薄膜的摩擦系数和磨损率轻微增加. 综合分析可知,γ辐照在测试剂量范围内对a-C: H薄膜的摩擦性能影响有限,但辐照诱发应力的增加是限制其在核环境中应用的主要因素.      

合金元素Ta、Ag对镍基合金机械性能和摩擦学性能的影响及机理研究

利用高能球磨和真空热压烧结方法制备了添加Ta和Ag的镍基复合材料. 考察了复合材料在宽温域范围内的摩擦磨损性能和力学性能,利用SEM、XRD等表征分析其物相组成、磨损机理及断裂机制. 结果表明: 热压烧结过程中,Ta与石墨模具中的C反应生成TaC陶瓷相并在基体中弥散分布;Ta、Ag的加入降低了材料的摩擦磨损,NiCrMoAl-Ta-Ag复合材料实现了在室温~800 ℃的连续润滑,室温时Ag提供润滑作用,中温时由磨屑和Ag形成局部润滑膜,800 ℃时磨损表面形成了含氧化物、钼酸银和Ag的润滑膜. 加入Ta极大提高了材料的机械性能,NiCrMoAl-Ta合金在室温~1 000 ℃具有优异的机械性能,归因于原位生成的TaC和Al₂O₃陶瓷相的弥散强化;材料的断裂机制随温度升高由微孔聚集型断裂转变为以微孔聚集型和氧化断裂为主的断裂.      

石墨烯的功能化改性及其作为水基润滑添加剂的应用进展

传统的油基润滑剂在使用过程中通常存在冷却性能差,易造成环境污染等问题,近年来绿色环保的水基润滑逐渐受到科学家们的关注. 水由于自身黏度低且易挥发等特点,其作为润滑剂时润滑效果不佳,因此亟待发展高效的水基润滑添加剂来改善其摩擦磨损性能. 在本文中,作者综述了近年来石墨烯基纳米材料的功能化改性及其作为水基润滑添加剂的最新研究进展,总结了其在摩擦过程中的润滑机理,并对目前石墨烯水基润滑添加剂存在的问题及今后重点研究内容进行了展望.      

基于承载接触特性的直齿面齿轮滑动摩擦啮合效率研究

为了解决直齿面齿轮滑动摩擦啮合效率的问题,基于弹性流体动力润滑理论,提出了一种计算直齿面齿轮啮合效率的方法.首先,运用轮齿接触分析(TCA)和轮齿承载接触分析技术(LTCA)对直齿面齿轮承载啮合过程进行数值仿真;其次,运用非牛顿准稳态热弹流理论建立滑动摩擦系数的计算模型,从而建立直齿面齿轮啮合效率的计算模型,最后分析了输入扭矩、转速等对啮合效率的影响.结果表明:滑动摩擦系数是影响齿轮啮合效率的重要因素;齿面不同位置滑动摩擦系数也不相同;滑动摩擦系数受输入转速、输入扭矩的影响.该方法为直齿面齿轮的进一步优化计算提供一定的理论依据.     

羽状氮化碳水润滑剂对环氧树脂-不锈钢配副摩擦学性能的影响

随着人们环保意识的逐渐增强,对可能存在污染或破坏环境且造成资源浪费的生产活动以及设备的更新升级提出了新的更高的要求. 对于介质润滑领域,尤其是应用广泛且节能环保的水润滑领域,相比传统的润滑油,水作为润滑剂除了安全性高和具有冷却作用外,最大特点就是绿色环保、节约资源且成本低廉. 但是,纯水本身具有一些不足之处,比如黏度低、耐极压能力差、承载和润滑性能差等,导致纯水不适合直接作为润滑剂,这在很大程度上限制了涉及水润滑相关产业的发展. 基于此,在本文中以柠檬酸和尿素为原料,采用一步水热法合成了羽状氮化碳材料. 此方法的特点在于可将氮化碳原位分散于水中,制成水基润滑剂,既实现了溶质的均匀分散和有效抑制团聚,同时可以制备微米级分布的水溶性氮化碳材料. 将其作为水润滑剂,利用环-块摩擦磨损试验机,以逐滴滴加的方式考察了不同质量分数羽状氮化碳对环氧树脂-不锈钢配副在苛刻边界润滑条件下的摩擦学性能. 材料的微观形貌表征结果表明:体相氮化碳在水热条件下直接发生了层间剥离,生成了层间结构蓬松的羽状结构材料. 由于水热条件下的高温和高压环境,导致其层间结合强度显著降低. 同时,蓬松的层间结构有利于氮化碳材料在摩擦过程中向界面转移,在界面形成薄而连续的转移膜. 界面转移物质的拉曼分析结果表明:相较于单纯去离子水,以羽状氮化碳为水润滑剂时,金属对偶表面转移的含碳物质的有序化程度显著提高,而且有序化程度随着水润滑剂中氮化碳含量的增加而逐步提高,间接表明氮化碳材料在界面形成了结构有序的转移膜. 而且氮化碳基转移膜的承载能力和润滑性能俱佳,它可有效保护环氧树脂(EP)-不锈钢配副,避免单纯去离子水润滑时因其承载和润滑性能差导致EP严重磨损的发生. 纯去离子水作为润滑剂时,配副的摩擦系数和EP磨损量分别为0.56和2.92×10?4 mm3/(N·m). 而逐滴添加质量分数20%的羽状氮化碳水润滑剂,上述配副的摩擦系数和EP磨损量分别下降了71.4%和78.1%. 原位水基羽状氮化碳作为一种新型绿色环保水润滑剂,在聚合物-金属配副的润滑设计和使用寿命延长方面具有一定的研究价值和应用潜力.      

超高分子量聚乙烯/Al_2O_3生物摩擦学特性的研究

在自制销 -盘摩擦磨损试验机上评价了超高分子量聚乙烯 (UHMWPE)与 Al2 O3陶瓷摩擦副在干摩擦和生理盐水、蒸馏水及人血浆润滑条件下的摩擦学特性 ,用扫描电镜观察试样磨损表面形貌并分析磨损机理 .结果表明 :在干摩擦和生理盐水及蒸馏水润滑条件下的起始摩擦系数较接近 ,血浆润滑条件下的起始摩擦系数最低 ;稳态摩擦系数在干摩擦时最大 ,蒸馏水润滑条件下最小 ,生理盐水和人血浆润滑条件下较接近并比蒸馏水润滑下的高 ;干摩擦下UHMWPE的磨损率最大 ,血浆润滑条件下的最小 .干摩擦下 UHMWPE磨损表面可见大量不规则的细小纤维状磨屑 ,蒸馏水润滑下 UHMWPE磨损表面可见明显的塑性变形和疲劳剥落迹象 ,而血浆润滑条件下 UHMWPE磨损表面则可见大量的疲劳微裂纹     

样品粗糙度对材料SHPB动态压缩性能的影响

有效消减样品端面摩擦力是保证分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）实验结果有效性和准确性的必要条件。为了研究样品粗糙度和润滑效果对端面摩擦力和最终实验结果的影响,以应变率效应不敏感且性能稳定的紫铜为研究对象,通过机械加工配合酸蚀的方法制备了3种典型表面粗糙度的紫铜样品,分别在二硫化钼（MoS₂）充分润滑和完全不润滑的条件下各自开展高精度的SHPB重复动态压缩实验研究。结果表明,通常认为能够有效消减金属样品端面摩擦力的MoS₂仅能够在样品粗糙度不大于0.8 μm的情况下起到较好的润滑效果,随着紫铜样品粗糙度的增加,MoS₂的润滑效果不断降低,端面摩擦力不断增大,实验结果的分散性也显著增加。样品端面粗糙度为1.6 μm时,MoS₂已不能有效消减端面摩擦力;样品端面粗糙度达到3.2 μm时,MoS₂的润滑效果几乎为零。SHPB实验中使用MoS₂润滑金属样品时,压杆和样品实验端面的粗糙度需达到0.8 μm;腐蚀液处理后的金属样品外表面粗糙度难以达到0.8 μm,实验过程中需对样品端面进行比MoS₂润滑效果更好的润滑处理,或对实验结果进行扣除端面摩擦力的修正才能够保证实验结果的有效性和准确性。     

干摩擦和水润滑条件下芳纶浆粕/环氧树脂复合材料摩擦磨损性能研究

研究了芳纶浆粕纤维增强环氧复合材料在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能,探讨了纤维含量对复合材料摩擦磨损性能的影响,并分析了复合材料的磨损机理.结果表明:芳纶浆粕纤维能够大幅度提高环氧树脂的摩擦磨损性能;当纤维体积分数为40%时,复合材料的比磨损率最小;在水润滑条件下,复合材料的摩擦系数和磨损率均比干摩擦下的明显降低,这是由于水起到了润滑和冷却作用;干摩擦时的磨损机理为粘着磨损和塑性变形,水润滑时主要为犁削和轻微的磨粒磨损.     

牙科用抗菌性金属烤瓷材料的摩擦磨损性能研究

采用口腔烤瓷制作工艺制备出添加和未添加抗菌剂的牙科用金属烤瓷材料,考察了2种金属烤瓷材料的力学性能,在Optimol SRV型摩擦磨损试验机上评价2种金属烤瓷材料在人工唾液润滑条件下与3种常用牙科修复材料对摩时的摩擦磨损性能.结果表明,添加质量分数为2%的抗菌剂,可以提高金属烤瓷材料的显微硬度、弯曲强度和断裂韧性,同时改善金属烤瓷材料的摩擦磨损性能,其磨损机理与偶件材料相关.含LZB-GC抗菌剂的金属烤瓷材料是临床应用中较为理想的牙科材料.     

热氧化改性TC4合金在液体润滑条件下的摩擦学行为研究

应用热氧化表面处理技术,在TC4表面制备了金红石型的TiO_2氧化膜.考察了热氧化改性TC4合金分别在去离子水和PAO10润滑条件下的摩擦学特性,并通过磨损表面分析讨论了其在不同条件下的减摩抗磨机理.结果表明:经过热氧化改性的TC4合金,无论在PAO10润滑条件还是去离子水润滑条件下,都表现出优异的摩擦学性能.相较于未处理的TC4表面,改性TC4合金在PAO10和去离子水润滑条件下磨损率分别下降了99%(50 N,5 cm/s)和98%(10 N,9 cm/s).