滑动速度对织构化表面润滑状态的影响

为了研究滑动速度对织构化摩擦副的润滑状态的影响,采用Nd:YAG固体脉冲激光对GCr15钢盘表面进行织构化处理,形成直径约150μm、深度约30~40μm的环形排列的微孔。在摩擦试验机上对Al_2O_3陶瓷球/GCr15钢盘进行摩擦学性能测试,并基于Stribeck曲线和弹流理论研究滑动速度对织构化表面润滑状态的影响。研究结果表明:在油润滑条件下,试样的摩擦因数随滑动速度的增大而减小。当滑动速度大于2 m/s,润滑状态从混合润滑逐渐进入到流体润滑区域;而经过织构化处理的配副能在较低的速度下实现由混合润滑向流体润滑状态过渡。根据磨损形貌比对可以看出:在流体润滑状态下,织构可以增加摩擦配副间的润滑膜厚度,使流体产生额外动压,提高油膜承载能力,减少磨痕宽度。     

表面织构技术改善发动机曲轴轴承摩擦学性能

表面织构技术是通过在材料表面制备出具有一定排列规则的几何阵列的技术,通过表面织构技术改性的材料能够有效改善机械零件、微零件材料的摩擦学性能,现已越来越广泛地用于众多工程领域。近些年汽车发动机正向高功率、高速的方向发展,将表面织构技术应用于汽车发动机以改善曲轴轴承摩擦副的摩擦学性能,保证发动机在各种工况下也能够保持良好的性能起着重要作用。本文首先介绍了近年来表面织构技术在摩擦学领域的主要成果;之后从表面纹理形状、深度、面积占有率、排列方式等不同方面进行了分类综述;根据摩擦系数、磨损量体现材料表面织构改性后的减摩抗磨性能。为提升发动机的性能,使汽车发动机在恶劣条件下的使用寿命得到提高。最后对表面织构应用于汽车发动机曲轴的今后发展趋势进行了展望与预测。     

织构化的铝合金表面摩擦学特性研究

本文利用精密加工方法在铝合金表面加工出不同的织构,通过摩擦磨损试验研究了表面织构形态对试样动压润滑、摩擦磨损特性的影响。结果表明,铝合金表面织构化可以有效地改善其摩擦学特性。条纹状织构深度越深,动压润滑效果越好,摩擦系数越小,磨损深度越浅;当网状织构夹角由小变大时,试件表面摩擦系数呈现抛物线变化,磨损深度随之增大。     

轴向柱塞泵柱塞副的摩擦学特性及其表面织构化研究进展

【目的】为提升柱塞泵的性能、寿命与安全运行提供参考。【方法】从理论计算及仿真的角度综述了柱塞副的油膜特性，针对其厚度场、压力场和温度场进行了分析，概述了柱塞副的摩擦学特性、润滑介质和匹配材料对其摩擦学行为的影响，列举了具有更低磨损率的柱塞副匹配材料，阐述了表面织构的润滑减摩机理及表面织构的形状、面积率和尺寸及分布方式等因素对柱塞副摩擦学性能的影响。【结论】轴向柱塞泵是液压装备的核心元件，被称作液压系统的“心脏”。柱塞泵关键摩擦副服役状态下的磨损严重威胁着装备的可靠运行和长寿命服役安全，更是制约柱塞泵发展和应用的技术瓶颈。柱塞副是轴向柱塞泵中数量最多、最为关键的摩擦副之一，其摩擦学性能直接决定了柱塞泵的服役寿命。当柱塞副油膜润滑不良时，轴向柱塞泵会严重损坏。     

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.     

织构对称性对润滑减磨性能影响的仿真和实验研究

基于雷诺方程建立单一织构动压理论模型,通过对理论模型求解研究织构对称特性对动压润滑性能的影响差异.此外,开展压裂泵柱塞密封副销、盘单元摩擦学实验,对比单元摩擦学实验结果讨论织构对称特性的影响.数值计算结果表明,不同对称特性下,动压润滑性能与织构最长边长和速度的夹角关系及速度的方向有关.摩擦实验结果表明,基于捕获磨屑、补充润滑介质的作用机理,不同织构对称特性条件下,均表现为织构垂直速度方向边长越长、织构表面的摩擦磨损性能越好.     

液压缸活塞微织构化表面动压润滑性能理论研究

为研究液压缸活塞微织构化表面的动压润滑性能,在液压缸活塞表面加工开口形状为圆形、椭圆形、正方形、正六边形的微织构,利用雷诺方程对活塞表面与液压缸缸筒内圆之间的流场进行数学建模,并采用MATLAB软件进行仿真计算,研究微织构开口形状、活塞运动速度及微织构深径比对活塞表面动压润滑性能的影响。结果表明,在活塞表面加工4种不同开口形状的微织构均可改善活塞表面的动压润滑性能,其中椭圆形微织构的改善效果略差;随着活塞运动速度的提高,不同形貌微织构表面的摩擦因数均增大,活塞表面动压润滑性能变差;圆形微织构的深径比为0.009时,活塞表面的动压润滑性能较佳。     

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%。     

表面织构化改善摩擦学性能研究综述

表面织构技术已得到国内外科研人员的广泛关注.理论研究和工程实践表明,表面织构化可以显著改善接触表面的摩擦学性能,从表面织构的减摩机理和应用2个方面对织构化提高表面摩擦学性能的研究进展进行了综述,并对其发展趋势进行展望和预测.     

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.     

多库酯类离子液体作为基础油添加剂对镁合金的润滑性能研究

目的 将5种多库酯类离子液体作为非极性基础油液体石蜡(LP)和极性基础油聚乙二醇(PEG400)的添加剂,研究其作为钢/镁合金摩擦副润滑剂的摩擦学性能,并分析润滑作用机理.方法采用离子交换法合成离子液体添加剂,并利用SRV-V微动振动摩擦磨损试验机、三维表面轮廓仪考察其摩擦学性能,采用X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜和石英晶体微天平对润滑作用机制进行探究.结果 5种多库酯类离子液体作为添加剂具有良好的减摩抗磨性能;添加量为1% 可以有效改善基础油LP的摩擦学性能,而离子液体作为基础油PEG400添加剂在3% 含量可以起到一定的减摩抗磨效果;XPS结果表明在摩擦过程中润滑剂与镁合金表面发生了摩擦化学反应,形成了MgO ,Mg3 (PO4 )2和MgSO4等物质的摩擦化学反应膜.结论 多库酯类离子液体作为非极性基础油LP和极性基础油PEG400的添加剂,均可以改善其对钢/镁合金摩擦副的润滑性能,且物理吸附膜和摩擦化学反应膜共同决定了其润滑性能.     

多圆弧与三角形复合织构表面的动压润滑性能

合理的表面织构能有效地改善摩擦副的动压润滑性能.建立了由多圆弧及三角形复合构成的织构表面的几何模型及流体力学控制方程;应用基于N-S方程的CFD软件FLUENT,对该复合织构表面的动压润滑性能进行数值分析.结果表明,复合织构表面的压力分布更加合理,举升力明显大于两种单一织构表面产生的举升力之和,即复合织构表面动压润滑效果更好.     

锆基非晶合金激光微织构处理及摩擦磨损性能

研发了一种基于纳秒激光表面微织构的功能化表面制备工艺.此工艺将激光表面加工与低温热处理相结合,先使用一定工艺窗口下的激光加工过程实现非晶合金表面微观形貌的织构化,再使用低温热处理过程调控激光织构非晶合金的表面能/表面化学.研究结果表明:激光加工与低温热处理共同作用下制备的非晶合金表面展现出了表面微纳结构与表面化学的改变,从而实现了超亲水向超疏水特性的转变.同时,微摩擦实验结果表明激光织构化超疏水表面可以在润滑介质的帮助下有效提升其抗摩擦磨损性能.     

动压密封技术界面微尺度效应研究现状及其有效利用思路探讨

动压密封技术广泛应用于工业生产中的各个相关领域,密封摩擦副表面的粗糙度及其纹理对流体的流动、减摩或动压产生有较大影响.介绍了流体润滑中动压机械密封界面微尺度效应的影响方式及作用机理,重点阐述了表面织构和表面粗糙度微尺度效应对流体动压机械密封性能的影响.合理的表面织构有助于提高流体动压密封的稳定性,依据相关研究结论及课题...     

织构化表面固体润滑性能试验

采用激光表面织构技术,在45#钢试样表面加工微凹坑形貌,将固体润滑剂MoS2压填至微凹坑内,利用UMT-2型多功能摩擦磨损试验机,考察其在不同载荷条件下,不同间距微凹坑试样的摩擦磨损特性,并通过扫描电镜与能量色散谱仪对磨损表面进行测试分析.结果表明:集成运用激光微织构技术与固体润滑技术,能有效提高表面润滑性能;与未织构光滑试样相比,激光表面织构试样摩擦系数显著降低;一定范围内,随着织构密度增加,表面摩擦系数减小,耐磨、抗擦伤性能明显提高,较佳的织构面积占有率为19.6%~30.0%;微凹坑中预埋的固体润滑剂在摩擦过程中能有效涂覆到试样接触表面,形成稳定可靠的固体润滑膜.     

凹坑型微织构对不锈钢/皮质骨摩擦副摩擦性能的影响

采用MMW-1型立式万能摩擦磨损试验机研究了凹坑型微织构在微量润滑条件下对4cr13不锈钢/猪骨皮质骨摩擦副的滑动摩擦性能的影响.利用激光加工技术在4cr13不锈钢盘上加工出不同尺寸的凹坑型微织构.在相同载荷、转速情况下,分析有无微织构对摩擦副摩擦系数的影响,以及凹坑型微织构的直径、间距、深度对微织构减摩性能的影响.结果表明,在试验参数范围内,微织构参数中凹坑的间距对摩擦系数的影响最显著,深度次之,直径对摩擦系数影响最小.     

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。     

线接触副球墨铸铁表面激光织构对摩擦学特性的影响

为研究线接触情况下激光表面织构对球墨铸铁摩擦学特性的影响,采用调Q半导体泵浦YAG激光器,利用单脉冲同点间隔多次激光加工工艺,对球墨铸铁试样端面进行表面织构化处理.制备出4种不同深度、不同面积占有率的环形阵列分布微凹腔,并在滚滑复合运动的圆柱销与圆盘端面线接触式摩擦磨损试验机上,进行摩擦学试验.结果表明:在相同试验条件下,与光滑试样进行对比,微凹腔试样表面具有较好的减摩效果;对不同深度及面积占有率的微凹腔试样进行摩擦性能试验,结果显示:均存在优化设计值使得织构化表面的摩擦因数最小,并表现出良好的抗擦伤性能.     

仿雨滴织构拉刀减磨润滑机制

采用激光加工技术在键槽拉刀后刀面加工了仿雨滴形状的表面微织构,进行了45#钢负载拉削试验研究,同时,基于N-S方程与润滑理论,建立雨滴织构拉刀减磨润滑数学分析模型,求解拉刀润滑油液的流动特性,剖析微织构拉刀的减磨润滑机制.研究表明,微织构拉刀能够有效降低拉削负载,提高刀具响应性能,减缓刀具磨损,改善拉削性能;拉削过程中,雨滴形状微织构可以有效减小润滑液流动阻力,加快润滑液流动速度,使得润滑液在单位时间内可以带走更多的热量,降低拉削温度,提高拉削效率与加工精度;同时微织构槽可存储微量拉削液,在微润滑状态下可补充局部拉削液断层的不足.     

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。