不同粗糙度条件下硅橡胶表面织构润滑特性的研究

为了研究表面织构在不同粗糙度条件下的润滑特性,使用球-盘式摩擦实验机,以具有不同粗糙度和表面织构的硅橡胶(PDMS)试样盘为下试样、GCr15轴承钢球为上试样进行摩擦实验,润滑液采用体积分数为60%的甘油-水溶液.实验结果表明,在较低的滑行速度下,表面织构会增大光滑PDMS试样的摩擦因数,但却降低粗糙PDMS试样的摩擦因数.当摩擦副处于混合润滑状态时,试样表面粗糙度有一个最优值范围,在该范围内织构化的试样具有最优的摩擦性能,如在滑行速度为1mm/s、织构面积率为10.4%的情况下,粗糙度为230nm的试样比粗糙度为20、280和360nm的试样具有更低的摩擦因数.     

表面织构流体动压润滑性能的研究进展

表面织构技术是指通过一定的加工技术在摩擦副表面加工制备出具有一定尺寸、形状和排列的微观结构的技术,是改善摩擦副摩擦学性能的有效手段.合理的表面织构设计可以显著改善机械零件表面的摩擦学性能,流体润滑条件下的表面织构优化设计是目前国内外研究的重点.文中在分析当前表面织构技术发展现状的基础上,较详细地论述了表面织构的形态特征及作用机制,讨论了表面织构形状和方向、表面织构分布、表面织构参数、表面粗糙度、速度和载荷等因素对织构化表面流体动压润滑性能的影响,总结了表面织构流体润滑理论的研究现状,并指出了当前表面织构化存在的问题和发展方向.     

表面织构对巴氏合金轴承材料摩擦学性能影响

为了改善滑动轴承混合润滑时的摩擦学性能,在锡基巴氏合金表面加工出矩形阵列和发射线阵列的圆坑织构.采用销-盘式摩擦实验机和数值模拟对织构的润滑性能及机理进行分析,研究不同滑动速度和载荷下表面织构的摩擦系数,并数值模拟了表面织构的油膜压力分布.实验结果表明:表面织构能降低混合润滑的摩擦系数.随着滑动速度的增加,表面织构的减摩性能更佳;但是随着接触压力的增加,表面织构的减摩性能降低.相对于发射线阵列织构,矩形阵列织构的摩擦系数更低并且稳定性更好.面密度为8.6%的矩形织构阵列(3#)具有较优的摩擦学特性,在滑动速度0.3m/s、载荷5.0 MPa下的摩擦系数为0.015.模拟结果表明:相对于发射线型阵列织构,矩形阵列织构的油膜压力分布能减小润滑油泄漏,从而获得较好的摩擦学特性.     

轴向柱塞泵配流副低压区织构化试验研究

摘要为研究低压区织构化轴向柱塞泵配流副的摩擦磨损性能,设计了配流副的摩擦磨损试验机,对织构化配流副进行了试验研究,并与无织构配流副的摩擦磨损情况进行对比．研究结果表明：低压区织构化的配流副能够有效减小摩擦系数,最大减摩率可达29．11％;低压区织构化的配流副比无织构的平均磨损体积要小,且整个摩擦面磨损较为均匀,降低了配流副的偏磨．初步磨损试验表明：平均磨损体积量对表面织构面积率和直径较为敏感,最小平均磨损体积量出现在微凹坑直径100~200μm范围内．     

菱形孔织构端面的润滑性能研究

在充分供液的条件下,通过试验研究了菱形孔织构的尺寸、排布方式以及深度对摩擦系数的影响规律及其机理分析。结果表明:具有同样排布方式和倾斜角度的菱形孔织构端面,孔的深度和孔型面积比的大小对摩擦副表面的摩擦性能影响较大;在研究的工况下,并不是所有的大菱形孔织构的Stribeck曲线在流体动力润滑阶段呈现出单调上升的趋势,而是产生波动现象;同条件下,随着载荷的增加,两端面间液膜厚度变薄,摩擦状态由流体润滑状态逐渐转化为混合摩擦状态,导致摩擦系数的不断减小。     

过盈配合织构界面间渗流润滑对拆解损伤的影响

过盈配合件拆解时极易发生摩擦损伤,研究发现在过盈配合界面上添加激光凹坑织构,可显著降低拆解损伤。但由于添加织构的过盈配合界面拆解仍为干摩擦拆解状态,当过盈量过大时,织构化界面仍会形成较严重的拆解损伤。为此,基于岩石渗流原理,文章采用渗流试验将润滑剂引入配合面,实现过盈配合面的润滑拆解,并通过拆解实验分析大过盈量拆解时配合面的损伤情况。结果表明：过盈配合界面上加工出保留熔融层的凹坑织构,在一定渗流条件下可以将润滑油引入配合面中,形成边界润滑或混合润滑状态,且蜂窝织构的渗流效果较为突出;在大过盈量状态下,当接触压力为200 MPa时,有熔融层蜂窝织构干摩擦拆解相较于无织构拆解能够减小拆解损伤,但最大损伤深度仍有76.7μm;而有熔融层蜂窝织构渗流润滑拆解与有熔融层蜂窝织构干摩擦拆解相比,拆解损伤明显降低,可达到无损拆解。     

载荷、往复滑动频率及其交互作用对35CrMo?GCr15钢磨损的影响

采用UMT-2MT多功能摩擦磨损试验机,利用全因子设计方法,研究载荷、往复滑动频率及其交互作用对35CrMo/GCr15摩擦副在3#锂基润滑脂润滑下的往复滑动磨损的影响.磨损体积的方差分析表明,根据影响率,对35CrMo/GCr15摩擦副的磨损具有影响的因素依次为载荷、交互作用和往复滑动频率.结合SEM和EDS分析微观磨损形貌,认为在不同的磨损条件下,氧化磨损、黏着磨损、磨粒磨损和剥层磨损等不同的磨损机制同时存在.     

二氧化钛涂层/钢的摩擦磨损性能

在室温下对二氧化钛涂层/GCr15钢、20Cr钢/GCr15钢进行了油润滑情况下的球盘式摩擦磨损试验.研究了速度、载荷等外部因素对摩擦系数、磨损率等的影响.结果表明,涂层的显微硬度(HV)基本维持在685,气孔率很低,具有较高的致密性和较好的加工性能,可以更好地满足耐磨工艺的需要;TiO2涂层/GCr15钢摩擦副在试验条件下抗磨损性能优于20Cr钢/GCr15钢.     

混合润滑条件金属基旋转摩擦元件界面温度场研究

针对机械传动湿式摩擦副热负荷异常导致的元件变形失效问题,基于弹性流体混合润滑理论,增加考虑粗糙界面弹塑性变形带来的影响,建立湿式摩擦副混合润滑热力学模型,并通过摩擦磨损试验机验证其正确性.基于粗糙接触面积、局部压强分布和局部温度分布的仿真结果,分析一定工况下的湿式摩擦副界面状态变化规律,探究接触面压和滑动速率对温度场细观分布的影响.结果表明：随着面压的提升,粗糙接触面积和局部压强逐渐升高,最高温度与平均温度的差距拉大,说明了压力提升可以激化界面承压分配的两极分化;随着滑摩速度的提升,粗糙接触面积和局部压强逐渐下降,界面最高温度先迅速升高后又明显下降,极值出现在0.1 m/s～1.0 m/s区间内.     

牙轮钻头滑动轴承仿生鲨鱼皮织构化表面润滑性能

牙轮钻头在超深井和大水平井的使用受到广泛关注,由于地层环境复杂化,为了使牙轮钻头有更高的稳定工作性。通过对合金材料表面织构化处理减摩效果的研究,结合鲨鱼皮减阻润滑的优势,针对牙轮钻头薄弱环节滑动轴承摩擦结合面进行了仿生鲨鱼皮织构化处理,基于所选取仿生织构的形貌参数构建滑动轴承流动润滑理论模型,采用有限差分法求解,获取润滑油的油压分布、承载能力及滑动轴承摩擦力,并探究阶跃冲击载荷下滑动轴承动压油膜的响应情况。结果表明：牙轮钻头滑动轴承流体润滑状态下,深径比大于0.3且面积率大于0.25的仿生表面织构对油膜承载力有增强效果;仿生表面织构在较低油膜压力下对油膜摩擦力影响突出,油膜摩擦力提高了14.12%;偏心率越大仿生表面织构对油膜承载力的提升效果越好,在偏心率为0.8时承载力提高效果达到200.45%;同时仿生织构的对滑动轴承流体润滑的轴向稳定性有提升效果。牙轮钻头滑动轴承仿生织构化处理有效地改善了滑动轴承润滑性能。可见,合适的织构尺寸能进一步提高滑动轴承处于流体润滑的适用工况范围,提高牙轮钻头的使用寿命。     

氧化石墨烯对GCr15-Si_3N_4摩擦副润滑效应试验

目的研究氧化石墨烯添加剂对GCr15-Si_3N_4摩擦副润滑效应影响,提高陶瓷球轴承的运行特性.方法以GCr15圆盘和Si_3N_4球组成摩擦副,选用40℃时黏度为79.43 mm~2/s的润滑油作为基础油,并添加氧化石墨烯.使用摩擦磨损试验机球面接触式旋转环块考察氧化石墨烯作为润滑油添加剂在GCr15-Si_3N_4摩擦副中的润滑效应;用摩擦磨损试验系统自动记录摩擦系数,温升检测系统实时记录摩擦位置温升,利用电镜对磨痕进行表征;试验分析转速、载荷及氧化石墨烯含量对GCr15-Si_3N_4摩擦副摩擦系数、温升及表面磨痕的影响.结果氧化石墨烯的质量分数为0.15%时对低转速及高载荷有较好的润滑效果;氧化石墨烯的质量分数为0.3%时对高转速的温升有较好的控制作用,温升降低了3.55℃.结论转速、载荷及氧化石墨烯含量对GCr15-Si_3N_4摩擦副的摩擦系数、温升及表面磨痕均有影响.在润滑油中添加适当的氧化石墨烯后可以起到减磨作用,对低转速有较好的润滑效果,对高转速温升有较好的冷却作用.     

变密度微圆坑表面织构在往复运动下的减摩作用

为了研究变密度微圆坑表面织构在往复运动下的减摩效果,根据活塞-缸套往复运动的变速特点,在模拟缸套的块试件的滑动接触表面行程上加工出不同均匀密度组合的微圆坑织构,与模拟活塞的销试件进行往复滑动摩擦试验.结果表明:与其他均匀密度织构相比,在较低载荷下,密度为0.1的均匀织构表面在较宽的滑动速度范围内表现出最佳的减摩效果,在较高载荷下,低速时的减摩效果较显著;中间区域为低密度、两端区域为高密度的变密度织构表面具有润滑减摩效果,反之设计的变密度织构表面则具有增大摩擦系数的作用;密度组合为0.3-0.1-0.3的变密度织构在较高载荷和滑动速度时能达到最佳的润滑减摩效果.因此,变密度织构在往复运动摩擦副接触表面设计中应该是低密度织构在中间,高密度织构在两端,密度的高低应该有一个合适的范围.     

低黏度润滑油与织构对活塞环-缸套摩擦特性的影响

针对活塞环-缸套系统的摩擦行为建立了模型并进行数值求解,考虑了气穴现象和混合润滑的影响,研究了低黏度润滑油条件下织构对活塞环-缸套系统摩擦特性的影响,对比了在低黏度润滑油SAE0W20和SAE5W20的条件下活塞环表面含半径30μm、深度3μm的球形织构与不含织构的活塞环-缸套系统摩擦特性.结果表明:织构的作用与润滑油黏度密切相关;在润滑油SAE0W20的条件下,球形织构起到了一定的减摩作用;在润滑油SAE5W20的条件下,球形织构增大了系统的摩擦功率损失和摩擦平均有效压力.     

椭圆形截面织构的最优参数设计模型

为建立流体润滑状态下表面织构的最优参数设计模型,采用求解表面织构润滑计算模型的方法研究织构参数和工况参数对摩擦因数的影响规律.研究结果表明:最优织构直径越大,其对应的最优织构深度也越大;深径比参数不能作为织构尺寸参数对摩擦因数影响的唯一表征,即织构直径和深度2个参数应分别进行研究,但当深径比在0.005～0.01之间时,不论织构直径和深度如何,其对应的摩擦因数均较小;最优织构面积比与织构尺寸参数及工况参数无关;载荷越大,速度越小,对应的最优织构深度越小,而最优织构直径越大.在仿真结果的基础上,建立椭圆形截面织构的最优参数设计模型,并对模型进行试验验证和应用分析.     

双侧驱动轴向柱塞泵/马达配流副摩擦转矩影响因数分析

为考察双侧驱动轴向柱塞泵/马达配流副结构参数和性能参数对其摩擦转矩特性的影响,在考虑油液黏压特性下,建立配流副物理模型,推导全膜润滑摩擦转矩公式,仿真分析压力、油膜厚度、密封带宽度、腰型槽中心角以及转速对摩擦转矩的影响。结果表明:配流副间摩擦转矩随压力增大而稍有增大,腰型槽中心角对摩擦转矩的影响较小;摩擦转矩随油膜厚度增大而减小,在增大到10μm后摩擦转矩趋于稳定;减小密封带宽度、降低转速能有效减小摩擦转矩。研究可为改善双侧驱动轴向柱塞泵/马达配流副润滑效果提供基础。     

不锈钢表面条纹织构倾斜角对摩擦性能的影响

利用电加工的方法在不锈钢表面分别制备了垂直织构和倾斜织构两种条纹织构试样,利用UMT-3摩擦磨损仪研究了具有不同倾斜角表面织构试样的摩擦性能,考察了在干摩擦和油润滑条件下摩擦接触副在织构区摩擦系数的变化情况,分析了条纹织构倾斜角对摩擦性能的影响.结果表明,钢球在织构表面区域滑动过程中,摩擦系数经历了一个先降低后增高的过程,即织构的存在导致了摩擦系数的波动.与垂直织构相比,倾斜织构会导致更明显的摩擦系数波动,且波动幅度与织构倾斜方向有关.当摩擦方向与织构倾斜方向相同时,摩擦系数的变化幅度较反方向更大.     

不同环境介质中TC4合金微动磨损机理研究

采用SRV-IV微动磨损试验机探究GCr15/TC4合金配副在空气介质和纯水环境中混合滑移状态下的微动磨损特性.使用激光共聚焦显微镜和扫描电镜表征三维形貌、磨损体积、磨损表面形貌,结合摩擦系数曲线和微动图探究在不同环境介质中TC4合金在混合滑移状态下微动磨损机制.结果表明:混合状态下,摩擦系数曲线在3种介质中变化趋势基本一致.干摩擦条件下,25 ℃空气环境中摩擦系数较高而且波动程度较大,磨损体积最大,磨损机制主要为粘着磨损和轻微的氧化磨损;300 ℃大气环境中,摩擦系数和波动程度最小,高温和摩擦热加速了磨粒的氧化形成第三体,揭示了TC4合金具有高温耐磨特性,磨损机制为粘着磨损和氧化磨损.与干摩擦相比,水覆环境中摩擦系数、波动程度以及磨损率介于两者之间,水介质起到润滑和减摩作用,磨损机制为磨粒磨损.     

缸套表面复合织构润滑性能理论及试验研究

通过建立织构化缸套活塞环混合润滑理论计算模型,基于织构协同润滑机理模拟分析,设计、计算了槽腔及交叉沟槽2种复合织构,同时结合摩擦学性能试验,研究了复合织构对摩擦副润滑性能的影响。结果表明,复合织构润滑性能明显优于单一织构,较槽腔复合织构而言,交叉沟槽织构在改善润滑摩擦性能方面效果更好。复合织构改善润滑的原理是:在上止点处通过协同叠加形成局部高压油膜,从而缩小了混合润滑范围;在行程中部区域通过协同互补有效地弥补了空化区域的油膜压力衰减,从而延展了有效承载面积。相比单一凹腔织构,槽腔复合织构在各行程中部区域的最小膜厚比可增加34.3%左右,交叉沟槽织构可增加57.6%,槽腔复合织构的循环摩擦功耗可降低8.2%,交叉沟槽织构可降低19.7%。摩擦磨损试验结果显示,相对于未经织构试样,织构试样表面的润滑性能可得到显著改善,尤其是交叉沟槽织构,其摩擦系数最大可降低48.1%。     

织构直径对45钢摩擦磨损性能的影响

用激光加工的方法在45钢表面加工4种直径分别为10μm、50μm、100μm、150μm的凹坑。以球-盘副在UMT-2型多功能摩擦磨损试验机上,考察凹坑直径在干摩擦和乏油条件下织构对45钢摩擦磨损性能的影响。研究结果表明:在干摩擦条件下,平均摩擦因数随着凹坑直径的增大先增大后减小,在50μm时最大,为0.67;在乏油条件下,凹坑直径10μm时平均摩擦因数为0.15,明显小于其他试样。两种条件下织构面与未织构面相比均表现出更好的耐磨性。与无织构试样相比,织构化试样的磨损率均降低,干摩擦条件下凹坑直径越大磨损率降低越明显,乏油条件下凹坑直径对磨损率影响复杂。     

17-4 PH不锈钢表面草酸盐膜润滑性能的影响因素

对17-4PH不锈钢制成的圆盘试样表面进行草酸盐处理,采用球-盘摩擦试验测定摩擦因数,考察原试样表面粗糙度、接触应力及摩擦速度对草酸盐膜润滑性能的影响.结果表明:当原表面粗糙度为0.046μm时,试样经过草酸盐处理后表面润滑性能最好;表面接触应力对草酸盐处理表面的润滑性能影响较大,当接触应力小于1 045 MPa时,可以获得较好的润滑效果;在试验范围内,摩擦速度对草酸盐处理表面的润滑性能影响不大.