表面涂层摩擦机理研究

详细分析了表面涂层的摩擦机理。其中涂层的摩擦机理主要可分为油层参数影响原理．摩擦化学原理．摩擦物理原理与材料转移原理等．涂层参数是指涂层及基体的硬度值．涂层犀度和基体表面粗糙度．摩擦化学原理包括涂层表面化学保护层的生成、涂层的氧化等方面的理论．而材料转移原理是指由于摩擦界面之同形成材料转移层而导致摩擦界面的摩擦特性的改变。     

涂层材料特性对滚动轴承接触性能的影响

使用半解析法求解涂层材料的接触问题. 对于接触压力的求解采用共轭梯度法;而表面弹性变形以及次表层应力,通过解析法得到影响系数,并采用离散卷积-快速傅里叶变换加速求解. 结果表明,薄涂层对表面压力的改变很小,主要由基体承受载荷,对于滚子轴承而言,涂层不能消除边缘压力集中;最大Von-Mises应力的大小和位置与涂层材料、涂层厚度以及摩擦因数有关;与软涂层相比,硬涂层具有较大的界面剪切应力,涂层剥落、黏着失效更易发生,随着涂层厚度的增加,最大界面剪切应力先增加后减小.      

真空度对消失模铸造表面陶瓷层形成过程影响

研究了消失模镁合金表面陶瓷层的制备工艺,选用AZ91D作为基体合金,低熔点的玻璃粉作为陶瓷化材料,分析了真空度对表面陶瓷层微观形貌的影响和陶瓷层与基体之间结合界面的状况.结果表明:在其他参数固定的条件下,真空度的大小对涂层和界面结合质量影响很大;当真空度从-0.02MPa变化到-0.06MPa时,基体表面形成的陶瓷涂层变得更加致密、均匀,当真空度为-0.08MPa时,涂层和基体的界面变得凹凸不平.通过对铸件表面消失模涂料以及在浇注过程中泡沫模样状态的分析,建立了消失模镁合金表面陶瓷涂层形成过程模型.     

超音速火焰喷涂WC涂层替代电镀硬铬：疲劳和摩擦磨损性能

以WC涂层在飞机起落架的应用作为研究背景,对300 M超高强钢基体上电镀硬铬和超音速火焰喷涂WC-17Co和WC-10Co4Cr涂层的疲劳及与Al—Ni—Bronze合金的摩擦磨损性能进行了研究。结果表明,有WC涂层300 M钢的疲劳寿命与无涂层300 M钢的疲劳极限和过载下的疲劳寿命相当,WC涂层对300 M钢的疲劳寿命不会产生不良影响;而电镀硬铬使300 M钢的疲劳极限降低120 MPa,疲劳寿命则降低70 %～90 %。疲劳失效分析表明, WC涂层中的疲劳裂纹在界面上发生偏斜,转向沿界面扩展,因此对基体的疲劳寿命没有影响;而电镀硬铬中的的疲劳裂纹扩展到基体表面,显著降低基体的疲劳寿命。10#航空液压油润滑下涂层与Al—Ni—Bronze合金的摩擦磨损表明,与电镀硬铬对磨时,Al—Ni—Bronze合金发生明显的磨损,同时因质量转移而导致电镀硬铬的质量显著增加;而WC涂层仅略有失重,相应地Al—Ni—Bronze合金的失重仅为与电镀硬铬层磨损失重的1/50～1/100。WC涂层与Al—Ni—Bronze合金的磨损机理主要为磨粒磨损;电镀硬铬与Al—Ni—Bronze合金的磨损机理主要为黏着磨损。     

氮化硅表面生长金刚石薄膜及其摩擦磨损性能研究

目的研究金刚石耐磨涂层的摩擦磨损性能,以提高工件的使用寿命.方法利用微波等离子体化学气相沉积技术在氮化硅陶瓷基体表面制备金刚石薄膜.采用扫描电子显微镜、原子力显微镜和拉曼光谱仪对不同参数的金刚石薄膜进行结构表征,利用球-盘式摩擦磨损试验机在干摩擦条件下对薄膜的摩擦学性能进行研究.结果制备的金刚石薄膜表面粗糙度小,结合力良好;金刚石涂层有效降低了氮化硅表面的摩擦因数与磨损率,摩擦因数约为0.12~0.25.在微波功率8 k W、腔体气压6 k Pa、甲烷体积分数8%的参数下制得的涂层具有最低的摩擦因数(0.12)和磨损率(1.18×10-7mm3/(N·m)).结论在氮化硅基体表面沉积金刚石薄膜可以提高氮化硅材料的摩擦磨损性能,提高工件寿命.     

阴极弧离子镀TiAlSiN涂层摩擦与磨损行为

采用阴极弧离子镀法在GH4169合金表面制备了TiAlSiN涂层,通过扫描电镜和能谱仪分析了其表面和界面的形貌和能谱,用轮廓仪测试了涂层表面粗糙度.在往复式摩擦磨损试验机上进行了涂层摩擦与磨损实验,通过能谱仪分析了涂层表面磨损后点能谱和面能谱,考察了TiAlSiN涂层的摩擦因数和磨损性能,对其磨损机理进行了讨论.实验结果显示涂层表面组织结构较为致密,表面粗糙度为194.57 nm;涂层主要成分为Ti、Al、Si和N元素,Si原子细化了TiN和AlN晶粒;涂层结合界面发生了化学反应和成分的相互扩散,其结合形式为化学结合;涂层摩擦因数平均值为0.493,磨损形式为磨粒磨损;磨损痕迹面扫描结果表明,磨损后Al和Ti形成的氮化物减少,Si和N原子无明显的减少现象,涂层耐磨性增强主要依赖于Si和N形成的化合物.     

38CrMoAl与多种涂层材料的结合性能分析

利用ANSYS workbench软件对涂层与基体进行建模,采用有限元方法分析38CrMoAl基材与TiN、TiC、SiC和DLC涂层材料之间的结合力情况,研究了结合力随涂层不同及施加载荷不同的变化.结果表明:当TiN、TiC、SiC涂层与基体结合时,残余应力主要集中在涂层与基体的结合处,在涂层表面与基体内部的分布较为均匀,而DLC涂层由于具有较好的导热性,能够快速的将残余应力导向基体中;残余应力与扩散距离的关系在涂层表面处呈现非线性的变化,而在涂层界面和涂层整体则是随着应力扩散距离的增加,先急速减少再到基本保持不变.所以,采用适当的涂层制备工艺,对残余应力的改变与材料的使用性能会有很大的影响.     

电弧喷涂铝涂层阳极氧化后表面-截面结构分析

采用电弧喷涂工艺在S355钢表面制备Al涂层,并对其进行阳极氧化处理,通过SEM,EDS和XRD等技术分析试样表面-截面形貌、化学元素分布和物相组成,探讨氧化膜-Al涂层-基体的结合机理。实验结果表明:阳极氧化膜中Al与O出现富集现象,以Al2_O_3形式存在;Al与O原子在氧化膜中为高浓度分布,构成氧化膜-Al涂层-基体的复合防腐蚀体系;Al涂层为富Al层,原子含量较高,而基体中Fe原子在界面处发生扩散现象;Al涂层中少量Al原子扩散进入基体,在界面处与Fe反应生成Fe-Al化合物,提高电弧喷涂Al涂层的结合强度。     

基于光弹实验与有限元法的涂层/基体接触应力分析

表面涂层处理常用于保护机械零件表面、减少磨损和提高使用寿命,涂层上的应力分布对零件表面破坏有着重要的影响.文中以聚碳酸酯/环氧树脂为涂层/基体材料,采用光弹实验对受载的涂层/基体进行光弹条纹采集,根据实验条件利用Abaqus软件建立涂层/基体的有限元模型,分析不同涂层厚度和载荷下的应力分布情况.实验和数值分析结果表明:在接触应力场中,最大剪切应力出现在材料的次表层而非表层,随着加载量的增大,最大应力值逐渐向基体扩展;不同涂层厚度下,应力场在结合界面处出现较大的突变,主要是由涂层与基体的材料物理性能不一致导致;光弹实验和有限元法得到的应力分布基本上是一致的.     

螺栓固结界面接触刚度的虚拟材料建模

提出一种基于统计学模型的粗糙接触界面虚拟材料建模方法,将螺栓固结界面等效为局部的虚拟材料,虚拟材料与两侧接触基体固定连接。基于螺栓固结界面粗糙形貌的Greenwood-Williamson统计学模型描述,推导虚拟材料的弹性模量、泊松比、密度和厚度等材料参数的解析表达式,建立虚拟材料的材料参数与粗糙界面属性参数之间的关系式,分析螺栓固结界面的表面粗糙形貌、基体材料属性对虚拟材料的材料参数和界面接触刚度的影响特性。采用模态实验测试和基于虚拟材料的有限元仿真分析方法,验证粗糙接触界面虚拟材料建模方法的准确性。研究结果表明:虚拟材料的材料参数与法向载荷、界面粗糙度和接触基体弹性模量相关:随法向载荷和基体弹性模量的增加,虚拟材料的弹性模量增大,泊松比和厚度减少;随界面粗糙度的增加,弹性模量和泊松比减少,而厚度增大。螺栓固结界面接触刚度随法向载荷增大而递增,随界面粗糙增大而减小。     

带开槽结构的多孔表面沸腾换热的双孔隙模型

为研究开槽对多孔表面沸腾传热过程的影响 ,把不均匀多孔结构内的两相流动和传热视为在大尺度上的均匀介质内的流动和传递过程 ,用一种当量的双孔隙方法导出了双孔隙多孔介质汽液两相流动的一维模型 ,分析了双孔隙结构介质两相流动特性 ,讨论了结构参数对毛隙压力作用下的沸腾传热的影响。确立了最佳开槽密度与多孔层高度、渗透率和流体物性的关系 ,所得结果更接近实验值     

Boundary lubrication under water

Boundary lubrication, in which the rubbing surfaces are coated with molecular monolayers, has been studied extensively for over half a century. Such monolayers generally consist of amphiphilic surfactants anchored by their polar headgroups; sliding occurs at the interface between the layers, greatly reducing friction and especially wear of the underlying substrates. This process, widespread in engineering applications, is also predicted to occur in biological lubrication via phospholipid films, though few systematic studies on friction between surfactant layers in aqueous environments have been carried out. Here we show that the frictional stress between two sliding surfaces bearing surfactant monolayers may decrease, when immersed in water, to as little as one per cent or less of its value in air (or oil). We attribute this to the shift of the slip plane from between the surfactant layers, to the surfactant/substrate interface. The low friction would then be due to the fluid hydration layers surrounding the polar head groups attached to the substrate. These results may have implications for future technological and biomedical applications.     

几种涂料的红外吸收光谱的分析——红外干燥聚氨脂清漆涂层的探讨

<正> 红外辐射对物质有热效应,但并不是所有波长的红外辐射对每一样品都有相同的热效应。由于各样品的分子结构不同,对各种波长有选择性吸收的特性。当一定频率的红外线辐射到样品时,就被样品分子中相同振动频率的键吸收,这种选择性吸收称特征吸收。吸收的结果,依样品分子的振动、转动加剧,振幅加大(频率不变),分子间的摩擦加剧,从而使分子振动动能、转动动能转变成分子的平动动能,使样品的温度升高,加速溶剂分子的蒸发、挥发或加速涂料的缩合、聚化、固化,达到涂层的干燥。本试验就是根据红外干燥的这一机理测试各涂料的最佳干燥波长。 某一键的伸缩振动频率可根据公式计算。由于绝大多数具有非对称性分子结构的物质(如水、有机物、油漆、树脂等)的化学键振动的基频均出现在中红外区域,因此,我们选择中红外区域(λ=2.5-25μm或ν=4000-400cm~(-1))作红外吸收光谱测试。     

三种大管径翅管式换热器传热与阻力特性的试验研究

为考察不同翅片形式以及管排数对空气侧强化传热的影响，分别对9排和12排带平直、开缝、纵向涡3种翅片形式共6个翅片管换热器元件空气侧的传热及阻力性能进行了试验研究，发现开缝翅片管换热器的传热性能高于带纵向涡翅片管换热器和平直翅片管换热器，但阻力相应也增加，带纵向涡发生器的翅片传热性能略低于开缝翅片，但阻力却只比平直翅片稍大，这表明采用这种翅片形式可获得较好的综合性能．不同管排数的同一片型换热器的努塞尔数及阻力因子相差很小，可以认为与管排数无关．在试验的雷诺数范围内针对各个试件整理出了传热和阻力的经验关联式，可为相关的理论研究和工程应用提供参考．     

Molecular dynamics simulations of atomic-scale friction in diamond-silver sliding system

Molecular dynamics simulations have been performed to explore the atomic-scale sliding friction, especially the stick-slip friction, in a system consisting of a diamond slider and a silver substrate. The mechanisms of the stick-slip behavior are investigated by considering sliding speeds between 10 m/s and 200 m/s.The analyses of the shear distance between the upmost layer and the downmost layer and displacements of a column of atoms in the slider show that shearing deformation of the slider is the main cause of the stick-slip phenomenon. Our simulations also present that a commensurate fit between the two contact surfaces is unimportant for the stick-slip friction.     

木材表面SiO2/环氧树脂/氟硅烷复合超疏水膜的构建

【目的】为获得具有良好机械耐磨性的超疏水木材,构建了木材表面SiO₂/环氧树脂/氟硅烷复合超疏水膜。【方法】采用两步法在木材表面构建有机/无机复合超疏水涂层,在木材基底预置透明环氧树脂底层以覆盖木材表面天然微沟槽结构,然后构建SiO₂/环氧树脂/氟硅烷(FAS)复合超疏水薄膜。采用场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜以及傅里叶红外光谱仪对超疏水涂层的微观形貌和化学组成进行表征,并测试其疏水、疏油和机械耐磨性能。【结果】木材表面复合超疏水涂层具有精细的微/纳米二元粗糙结构,该结构协同低表面能物质FAS,使木材表面不仅具有良好的超疏水性能(水静态接触角为153°,滚动角低于4°),而且疏油(乙二醇接触角为146°,滚动角低于11°); 经砂纸多次磨擦后木材表面水接触角和滚动角基本不变,超疏水性能保持稳定,超疏水涂层的微纳米结构及疏水物质依然保留,表现出良好的机械耐磨性。【结论】有机/无机复合超疏水涂层体系中,环氧树脂由于黏结作用使得SiO₂纳米粒子与木材基底形成牢固的结合,从而赋予涂层良好的机械稳定性。     

基于原位反应制备CuO/PPS复合涂层的热性能和摩擦学性能

利用原位反应方法在PPS涂料中掺杂CuO,通过浸涂制备了CuO/PPS复合涂层.利用热重分析仪测试了涂层的热性能,选用销盘式磨损实验机测试了涂层的摩擦学性能,采用SEM观察分析了磨损表面,并在此基础上探讨了磨损机理.研究结果表明,涂层表面平整光洁,复合涂层热稳定性较PPS树脂有所提高,热分解温度提高;CuO的加入使PP...     

La2O3对Ni基合金激光熔覆层组织和耐磨性的影响

在Ｎｉ基自熔合金粉末中添加不同量的Ｌａ２Ｏ３,并利用激光形成熔覆层。利用扫描电镜、Ｘ射线能谱仪、Ｘ射线衍射仪、显微硬度计和环块摩擦磨损实验机等对激光熔覆层显微组织、化学成分、相结构、显微硬度和摩擦磨损性能进行了研究。结果表明,在激光熔覆层中添加Ｌａ２Ｏ３能细化和净化显微组织;降低基材对熔覆层的稀释率;减小固溶体的晶格常数;提高熔覆层的显微硬度;降低熔覆层摩擦系数并提高其耐磨性能。该文还探讨了Ｌａ２Ｏ３作用的机理。     

Tribological behavior of CrN-coated Cr-Mo-V steels used as die materials

DIN 1.2343 and 1.2367 steels are commonly used as die materials in aluminum extrusion, and single/duplex/multi-coatings enhance their surface properties. The design of an appropriate substrate/coating system is important for improving the tribological performance of these steels under service conditions because the load-carrying capacity of the system can be increased by decreasing the plastic deformation of the substrate. In this study, the tribological behavior of CrN-coated Cr-Mo-V steels (DIN 1.2343, 1.2367, and 1.2999 grades) was investigated using different setups and tribological pairs at room and elevated temperatures. The aim of this study was to reveal the wear resistance of a suggested system (1.2999/CrN) not yet studied and to understand both the wear and the failure characteristics of coated systems. The results showed that (i) among the steels studied, the DIN 1.2999 grade steel exhibited the lowest friction coefficient because it had the highest load-carrying capacity as a result of secondary hardening at elevated temperatures; (ii) at room temperature, both abrasive tracks and adhesive layers were observed on the worn surfaces; and (iii) a combination of chemical reactions and progressive oxidation caused aluminum adhesion on the worn surface, and the detachment of droplets and microcracking were the characteristic damage mechanisms at high temperatures.     

硫、磷系添加剂在菜子油中的响应性

以菜子油为基础油,在四球摩擦磨损实验机上分别考察了硫系添加剂T321与T307以及磷系添加剂P120对菜子油的耐磨性和极压性能的影响·结果表明,在菜子油中分别加入T321、P120和T307能够降低磨损、提高润滑油膜的承载能力和极压载荷·对钢球表面的能谱分析结果表明,在摩擦磨损过程中,含上述添加剂的菜子油在摩擦过程中发生了摩擦化学变化,生成了由菜子油三甘油酯和添加剂化学产物组成的边界润滑膜,从而改善抗磨性能并提高承载能力·