三体磨粒磨损中摩擦副表面粗糙度预测研究

为了实现动态机械设计,对预测摩擦副表面粗糙度的变化进行了研究．在三体磨损状态下,建立了摩擦副表面轮廓高度概率分布密度的预测模型．算例表明：表面形貌的变化不仅与磨程而且与所考察的轮廓线沿２ 个表面相对运动方向的位置有关,其预测结果与实验结果相符合     

温度对10CrMn2NiSiCuAl极地破冰船用钢板干摩擦行为的影响

采用Bruker UMT-3Tribolab摩擦磨损仪测试了与宝山钢铁股份有限公司共同开发的破冰船用低温钢板10CrMn2NiSiCuAl在不同环境温度下的摩擦磨损性能,利用轮廓扫描仪和扫描电子显微镜表征了磨痕及磨屑的表面形貌,采用电子能谱(EDS)以及X射线衍射谱(XRD)分析了磨屑表面的化学元素及成分,进而推断其磨损机制。结果表明:环境温度对摩擦磨损的性能有显著影响,当环境温度为20℃时,摩擦磨损形式以疲劳失效、氧化磨损和黏着磨损为主,磨痕表面的过渡层能够降低摩擦系数,减少磨损量,表面磨损产物主要为Fe_2O_3和Fe_3O_4;随着环境温度降低至-20℃,磨损机制转变为微切削作用下的磨粒磨损和塑性变形,磨痕表面出现犁沟形貌,磨损产物主要为Fe元素,磨屑的长宽比减小,出现球形磨屑,磨损量急剧增加。     

水压马达配流副仿生非光滑表面摩擦学性能

为探究剩余压紧力条件下具有仿生非光滑表面结构的水压马达配流副的摩擦学性能,选取431不锈钢和碳纤维增强PEEK作为摩擦副配对材料,在保持凹坑面积占有率相同的情况下,设计和制造了三种不同截面且直径分别为0.8 mm、1.0 mm、1.3 mm和1.7 mm的仿生非光滑表面凹坑试件,通过摩擦磨损试验获得了摩擦副摩擦系数、试件摩擦表面微观情况、试件摩擦表面粗糙度分布及磨损量等结果。结果表明,造成配流副磨损的摩擦机理主要有磨粒磨损、粘着磨损和沟犁磨损;配流副间设计的凹坑型非光滑表面都起到了降低摩擦系数、加快摩擦系统平衡和减少磨损量的作用;开口直径为1.0 mm的圆锥形凹坑能起到更好地降低摩擦系数的效果;开口直径为1.0 mm的圆锥形凹坑能起到更好地减少磨损的作用。     

磨合试验与表面形貌变化规律的分形表征

为了研究和掌握真实磨合过程中表面形貌的变化规律,在自制的摩擦磨损试验机上进行了更换摩擦副的磨合磨损试验,用T1000表面轮廓测量仪对试件表面形貌进行在线测量,进而运用分形理论对磨合过程中表面形貌的变化规律进行表征研究.结果表明:采用同一表面性质的一组试件进行磨合过程试验比传统的磨合试验方法科学合理,其试验结果具有客观性;随着磨合过程的进行,磨损表面粗糙度值Ra和尺度系数C逐渐减小,分形维数D与特征粗糙度Ra*逐渐增大,当达到磨合状态时它们都将达到稳定的数值.且特征粗糙度Ra*在反映磨合表面形貌的变化时不但具有与分形维数D和尺度系数C一样的规律性,而且表现出更高的灵敏性.     

人工滑液成分对UHMWPE人工关节材料的生物摩擦学性能的影响

采用自行研制的往复摩擦磨损试验机,研究了不同成分人工滑液润滑的实验条件下UH-MWPE/Ti6Al4关节材料的生物摩擦学性能,并利用扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌.结果表明,不同成分人工滑液润滑条件下的UHMWPE/Ti6Al4摩擦副的摩擦系数以及UHMWPE试样的体积磨损量有明显差异:去离子水润滑性很差,因其润滑的UHMWPE/Ti6Al4V摩擦副的摩擦系数以及UHMWPE试样的体积磨损量都最大;Hank's液的减磨性虽然较好,但是润滑性很差;小牛血清去离子水溶液的浓度在20%～40%(V/V)时,UHMWPE/Ti6Al4V摩擦副的摩擦系数以及UHMWPE试样的体积磨损量都很小.     

磁场强度对45钢摩擦磨损性能的影响

采用销-环接触方式,在自制的摩擦磨损试验机上,研究了不同磁场强度对铁磁性材料45钢干滑动摩擦磨损性能的影响。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和三维形貌仪等仪器对磨损表面形貌及磨屑进行了表征。试验结果表明:施加磁场明显影响了45钢的摩擦磨损性能。随着磁场强度的增大,摩擦因数逐渐增大,磨损率逐渐减小,磨损表面粗糙度逐渐降低。磨屑参与摩擦过程的方式不仅影响其自身粒度的大小,而且影响摩擦表面接触状态,以至于对45钢的摩擦磨损性能产生了显著影响。磁场促进磨损表面及磨屑的氧化并吸附磨屑反复参与摩擦过程,在磨损表面形成磨屑层,从而改变45钢的摩擦磨损性能。     

减振材料的摩擦磨损特性及影响因素

对部分新的和常用的货车摩擦减振器材料进行了比较系统的摩擦磨损试验,分析了7组不同配副材料的摩擦磨损性能及其影响因素.结果表明,T10与针状铸铁、高分子复合材料及少合金ADI球铁/ADI球铁配副的摩擦系数均小于45钢与ADI球铁配副;试验的所有摩擦副的重量磨损量均比传统的45钢与ADI摩擦副的磨损量小,T10与高分子复合材料配对的摩擦副磨损量最小;影响摩擦副摩擦磨损特性的主要因素有摩擦速率、摩擦表面的状况、材料的导热和蓄热能力及摩擦副材料的相溶性等.     

45钢在永磁体磁场作用下的摩擦磨损特性

通过增加或减少永磁体的个数控制磁感应强度,分析了磁场对45钢摩擦磨损性能的影响.实验结果表明,在相同的磨损时间和载荷条件下,与无磁场作用下的磨损量相比,有磁场作用时45钢试样的磨损量明显降低,并且随着磁感应强度的增加而减小.微观分析表明,磁场作用下45钢试样的摩擦副表面生成了更多的氧化膜,磁场直接促进摩擦副表面及磨屑的氧化,从而使磨损量减小.     

层状硅酸钠的油酸改性及摩擦学性能研究

用油酸对层状硅酸钠表面进行改性,得到改性层状硅酸钠,用沉降体积、红外光谱对改性效果进行表征．把改性层状硅酸钠作为润滑添加剂分散到500SN基础油中,用HQ-1摩擦磨损试验机考察了其摩擦学性能,用扫描电子显微镜观察了磨痕表面形貌,探讨了改性层状硅酸钠的减摩抗磨机理．结果表明：改性层状硅酸钠在150SN基础油中具有良好的分散稳定性;改性层状硅酸钠作为润滑添加剂可以显著提高500SN基础油的减摩性能,在质量分数为0．8％时,摩擦因数最小,油样温升最小,试块磨损量最小;层状硅酸钠晶层之间的滑动有效降低了摩擦副的摩擦磨损．     

WC-Ni/SiC摩擦副滑动摩擦性能

以WC-(5,7,9)Ni硬质合金与SiC陶瓷材料为摩擦副,在MMU-10型屏显式材料端面摩擦磨损试验机上,研究该摩擦副材料在干摩擦条件下,不同压强、不同滑动速度时的摩擦磨损行为,利用扫描电子显微镜观察磨损后的表面形貌.结果表明:当压强一定时,随着滑动速度的增加,WC-Ni/SiC摩擦副的摩擦因数逐渐下降,并趋于平稳;当滑动速度一定时,随着试验压强P的增加,摩擦因数逐渐减小;摩擦因数还随合金中Ni含量的增加而增大;硬质合金的磨损量随材料的硬度降低而增大;当滑动速度0.95 m/s时,摩擦副材料的磨损机制与合金成分和试验压强P有关,当p=0.015 MPa时,WC-5Ni/SiC为粘着磨损,WC-7Ni/SiC和WC-9Ni/SiC表现为粘着和磨粒磨损综合作用机制;当p=0.60 MPa时,3种摩擦副的磨损机制主要是磨粒磨损.     

ART对45钢表面改性的研究

运用改装的摩擦实验机对45钢——灰铸铁摩擦副做旋转对磨实验,探索ART对45钢摩擦副表面改性的机理和耐磨规律。实验结果表明,磨损试样表面有大量小质点镶嵌,微区亦增添了来自矿物粉体中的元素;显微硬度明显提高,粗糙度显著降低。ART起到了良好的减摩耐磨效果。     

基体表面粗糙度对低温磁控溅射TiN的影响研究

研究了在低温磁控溅射沉积TiN薄膜过程中,基体表面粗糙度对成膜过程以及摩擦学性能的影响.研究结果表明,低温磁控溅射沉积处理一般不改变基体原始表面形貌,对基体的机加工状态有遗传性或复制性.摩擦磨损试验表明,随着基体的表面加工精度提高,表面粗糙度降低,摩擦副的磨损明显减小,摩擦因数也有减小的趋势.     

工况周期波动下深海推进器密封摩擦副性能研究

针对深海推进器用机械密封在工况周期波动下磨损失效现象,在机械密封PV试验机上进行拟实工况测试,建立不同材质摩擦副配对在工况周期波动和定工况下的对照性试验,测试摩擦副实时摩擦系数、形貌演变、表面磨损等数据。试验结果表明:工况周期波动下的SSiC-M106K摩擦系数振幅频率高于恒定工况,且表面粗糙度由0.026μm上升至1.08μm,产生的磨粒对M106K表面造成二次磨损;另一方面,在3种不同材质的摩擦副配对中,SSiC-WC在工况周期波动下的摩擦系数最小且始终稳定在0.012～0.027范围。经SEM电镜测试后发现:以SSiC为动环的SSiC-WC摩擦副磨损程度较小,未出现犁沟效应,而SSiC-M106K表面出现明显磨痕,这是由于在滑动接触过程中磨料在石墨表面转移而导致磨损加剧。因此,SSiC-WC的摩擦配副更适应工况周期波动的服役环境。     

纯钛在蒸馏水和Saline溶液中的微动腐蚀行为

采用液压高精度微动试验机研究了球／平面接触纯钛摩擦副在蒸馏水和Saline溶液介质中的微动腐蚀特性,在动力学特性分析的基础上,用激光共焦扫描显微镜（LCSM）观察了磨痕表面形貌并测量了磨损体积。结果表明：蒸馏水和Saline溶液降低了摩擦系数,改变了微动运行区域;干态下的体积磨损量最小,3种介质中的摩擦系数与磨损体积均随位移的增大而增大,微动磨损机制主要表现为粘着与剥落;水基介质中,磨损与腐蚀的交互作用显著加速了钛的材料流失。     

碳化钨涂层高温摩擦磨损行为

采用爆炸喷涂技术制备了碳化钨涂层,利用HT-1000高温摩擦磨损试验机研究了碳化钨涂层高温下摩擦磨损性能,通过扫描电子显微镜和X射线衍射分析了涂层磨损表面形貌、元素分布和相结构.结果表明:碳化钨涂层由雪花片状颗粒堆叠而成,如山地状,结合紧密.定温条件下,摩擦因数随着试验温度升高而减小,试验温度为550℃时,摩擦因数最小;磨损量随着温度升高而增大,550℃时,磨损量由于配副材料的转移出现了负增加.温度低于350℃时,磨损表面具有撕裂、轻微黏着和磨粒磨损痕迹;在550℃时,磨损表面发生了剥落、严重黏着和氧化磨损.连续升温条件下,温度低于300℃时,摩擦因数较小,在350~550℃范围内,摩擦因数波动较大;磨损表面以剥层、黏着和氧化磨损为主.     

中重型车辆离合器摩擦副材料的高温摩擦磨损性能

为了探讨离合器摩擦副材料在高温下的摩擦磨损机制,采用30CrSiMoVM钢作为与铜基粉末冶金摩擦片配对使用的对偶钢片,在MMU-10G高温端面摩擦磨损试验机上,研究30CrSiMoVM钢和摩擦片组成的摩擦副在室温到600℃之间的摩擦磨损性能。研究结果表明:随着温度升高,材料的强度逐渐降低,摩擦界面氧化膜不断形成与脱落,使摩擦副摩擦因数和磨损量总体趋势逐渐增大。在温度为300~500℃时,摩擦副摩擦因数和磨损量均平稳增大,表明摩擦副材料在此温度段摩擦磨损性能较稳定,磨损机制表现为磨粒磨损、氧化磨损和疲劳磨损;在600℃时,摩擦副材料表层软化,摩擦片摩擦因数和磨损量急剧增大,对偶钢片因表层黏着磨损严重,相对磨损量较小,磨损机制表现为黏着磨损、氧化磨损和疲劳磨损。     

表面接触分形模型对滑动摩擦副磨损的预测

根据实际滑动摩擦学系统中摩擦副表面的粗糙度特点，利用具有单向粗糙度表面接触的分形模型，推导出滑动摩擦副的粘着磨损分形方程式，从而得出滑动摩擦副粘着磨损的变化规律，为分析滑动摩擦学系统中摩擦副表面的磨损问题提供了新的途径。     

滑动电接触表面微观形貌影响因素分析

为研究滑动电接触中粗糙度参数和粗糙面磨损均匀程度与摩擦副表面粗糙度的关系,在不同条件下开展载流实验,分析接触电流、接触压力、滑动速度和运行时间对摩擦副表面粗糙度的影响.研究结果表明:在相同条件下,运行时间越长、滑动速度越大,接触面粗糙度值越大,磨损越不均匀;接触压力越大,接触面粗糙度值越小,磨损越不均匀;随着接触电流的增加,接触面的粗糙度值呈现先减小后略微增加的变化趋势,磨损越来越均匀.     

配副体积比对干滑动摩擦学特性与表面形貌的影响

由于摩擦热介入摩擦过程 ,金属干摩擦副双方的相对体积比影响材料的干摩擦磨损性能。试验结果表明 :在铸铁 /40Cr钢干滑动摩擦配副中 ,随着盘 /销体积的增大 ,配副的摩擦因数降低 ,磨损率增大 ;不同配副体积比条件下的摩擦表面具有不同的形貌特征 ,高的盘 /销体积比具有犁沟型表面形貌。这种形貌不利于摩擦热从摩擦表面的有效导出 ,从而使摩擦表面具有更高的温度 ;在实际运行条件下 ,对火车闸瓦的磨损速率检测也证明 :配副体积比对闸瓦磨损速率的影响与销盘试验所得研究结果具有相同的规律     

滚压对碳钢微动磨损性能的影响

为了提高碳钢的微动磨损特性,采用不同参数的滚压工艺对45号钢试样进行表面处理,通过表面形貌测量仪、维氏显微硬度计和扫描电镜(SEM)考察在不同参数下,滚压工艺对钢的表面粗糙度、显微硬度、硬化层的厚度等的影响,然后在SRV IV摩擦磨损试验机上对比研究各工艺处理试样的微动磨损特性。研究结果表明:滚压工艺使试样表面形成一定厚度的硬化层,可以降低试样表面的粗糙度,提高表层显微硬度;滚压工艺使试样的磨损量和摩擦因数显著减小;未处理试样的磨损形式主要为黏着磨损和疲劳磨损,滚压后试样以磨粒磨损为主,并伴随轻微的疲劳剥落;不同的滚压参数对45号钢表面性能和微动性能影响较大,滚压工艺使45号钢试样的抗微动磨损性能更加优异。