CO2环境下DLC与不同对偶的摩擦学机理分析

高硬度、高耐磨以及良好化学稳定性的类金刚石(DLC)薄膜具有低摩擦行为.采用非平衡磁控溅射技术制备DLC薄膜,在CSM高-低温真空摩擦试验机上进行摩擦学测试,并且基于第一性原理建模计算,分析真空和CO_2气氛与DLC薄膜同Al和ZrO_2配副之间相互作用的摩擦机理.结果表明:真空环境下,DLC同Al和ZrO_2配副对磨的摩擦系数分别为0.8和0.28;CO_2气氛环境下的摩擦系数分别为0.051和0.011.理论计算揭示,真空环境下Al/DLC和ZrO_2/DLC的相互作用界面分别形成Al—C和O—C共价键和大的界面分离功,导致摩擦系数偏高;然而,CO_2饱和了DLC表面的C悬键,且在Al/DLC-CO_2和ZrO_2/DLC-CO_2摩擦副的界面处形成了Al—O和O—O的高能反键态,导致界面分离功降低,从而呈现出较低的摩擦系数.表明ZrO_2/DLC摩擦副的摩擦性能更优;更重要的是,CO_2气氛可以显著降低两种摩擦副的摩擦系数.     

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.     

卵磷脂润滑对CoCrMo合金摩擦行为的影响

选用卵磷脂作为研究介质,通过三种分散方法制备了不同粒径的脂质体润滑剂,借助销盘式摩擦磨损试验分析了脂质体粒径和浓度对人工关节用CoCrMo合金摩擦行为的影响.在此基础上,进一步分析了不同载荷作用下脂质体润滑性能的变化,结果表明:通过组合超声分散方法制备的脂质体平均粒径尺寸最小(约为217.2 nm),其润滑作用下的配副摩擦系数约为0.11,相对于牛血清白蛋白(BSA)润滑下的摩擦系数降低了26%;当脂质体质量浓度在0.1~0.5 mg/mL之间变化时,配副摩擦系数随着质量浓度增加而降低(由0.27降至0.11);在不同载荷(2~10 N)作用下,脂质体表现出良好的承载性能及润滑效果,配副的摩擦系数均在0.10左右波动,接触界面吸附的脂质膜发挥了减摩耐磨作用.     

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.     

两种等离子体化学气相沉积制备类金刚石薄膜摩擦性研究

采用平行板电容耦合射频辉光放电化学气相沉积(RF-PECVD)装置,在镀有TiN/Ti过渡层的碳钢表面制备类金刚石膜(DLC),以及直接在基材表面制备掺氮的类金刚石膜,研究成膜内应力减小机理.通过对成膜表面的傅里叶变换红外光谱(FTIR)、激光Raman光谱、X射线光电子能谱(XPS)的测试,分析成膜表面的组分和微观结构对薄膜的性能影响.以薄膜表面摩擦因数的大小,初步评估试样的耐磨程度,研究α-C:H及α-C:H(N)薄膜的摩擦学性能与其结构的关系.     

氯化胆碱作为润滑剂研究

研究了氯化胆碱在钢-钢摩擦副表面上不同速度不同载荷条件下的润滑特性.在利痕试验机和销盘式摩擦磨损试验机上测定不同速度不同载荷条件下的摩擦系数,分析其润滑特性;通过测试摩擦副表面粗糙度、润滑剂吸附力,研究其润滑机理;结果表明,用氯化胆碱作为润滑剂,钢-钢摩擦副之间能出现低的摩擦系数,但在摩擦一段时间之后,润滑剂会失去,摩...     

柴油机全浮式活塞销连接副的运动及润滑特性研究

基于弹流润滑理论、平均流量模型及微凸峰接触理论,综合采用基于模态压缩法的多柔性体和有限差分法耦合求解了某柴油机全浮式活塞销连接副的运动特性及混合润滑特性,并考察了结构表面粗糙度对活塞销轴承摩擦损失功率的影响.结果表明:活塞销的转动角速度较小,在整个做功冲程几乎为0;工作过程中,活塞销轴承大多处于混合润滑状态,仅在吸气冲程和排气冲程连杆摆角最大的时刻附近处于流体润滑状态;可适当减小活塞销（孔）轴承的表面粗糙度来提高活塞销的转速,以显著降低活塞销轴承摩擦损失功率,继而改善润滑状况.      

T10钢表面HVOF喷涂WC-10Co-4Cr涂层的耐磨性研究

采用超音速火焰喷涂(HVOF)工艺在T10钢表面制备了WC-10Co-4Cr涂层,用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)观察了喷涂粉末和涂层的微观结构,用摩擦磨损试验机测试涂层在无润滑及油润滑条件下的摩擦磨损行为。结果表明:WC-10Co-4Cr涂层的未融颗粒较多,涂层微观结构致密,孔隙率约为0.8%;涂层表面显微硬度呈现常规的单模分布,而涂层-基体截面显微硬度呈现双态分布,涂层表面硬度高于截面硬度,且更为稳定;在干摩擦和油润滑条件下,涂层的摩擦系数随加载力的增大而减小,基体的摩擦系数也随加载力的增大而减小;WC-10Co-4Cr涂层的磨损深度约为T10基体磨损深度的1/3;WC-10Co-4Cr涂层的磨损机制为磨粒磨损,T10基体的磨损机制为黏着磨损。     

沉积偏压对2024铝合金表面类金刚石薄膜结构及性能的影响

利用等离子体增强化学气相沉积技术,在2024铝合金表面制备类金刚石(DLC)薄膜,以改善铝合金表面机械性能。利用拉曼光谱及红外光谱,对不同沉积偏压下制备DLC薄膜的成分及结构进行表征;利用摩擦磨损试验机、纳米压痕仪及台阶仪等,分别对不同沉积偏压下制备DLC薄膜的耐磨性、硬度、弹性模量及薄膜厚度进行检测,并探讨了沉积偏压对薄膜结构及性能的影响规律及影响机制。研究表明:随着沉积偏压增大(1 800～2 600 V),薄膜厚度、硬度及弹性模量均先增大后减小。当沉积偏压为2 400 V时,DLC薄膜厚度最厚,硬度及弹性模量最高。当沉积偏压为2 600 V时,薄膜的H/(Ef)最高,并且摩擦系数从基体的0.492降低至0.095 8。     

边缘修形织构化N、Si共掺杂类金刚石碳膜在空气中的摩擦磨损性能

采用激光加工和抛光方法,在镜面抛光的4Cr13不锈钢基板上制备了凸起面积密度分别为35%、44%和58%的边缘未修形和边缘经圆滑修形处理的圆柱凸起织构,并采用溅射和射频化学气相法在织构表面沉积N、Si共掺杂类金刚石碳(N-Si-DLC)膜;采用球-盘式往复摩擦磨损试验机研究了边缘未修形和边缘修形的凸起织构化N-Si-DLC膜与316L不锈钢球在不同相对湿度(RH=15%,45%,75%)空气中的摩擦磨损性能;同时,基于有限元法分析了稳定摩擦阶段静态接触应力的分布情况.结果表明:边缘修形织构化N-Si-DLC膜的摩擦系数和磨损率均显著低于边缘未修形织构化N-Si-DLC膜,边缘修形效果与织构凸起面积密度有关,并影响织构的摩擦磨损性能;凸起面积密度为44%的边缘修形织构化DLC膜的减摩耐磨效果最佳;织构化DLC膜的摩擦磨损性能与织构边缘的最大接触应力密切相关,采用边缘修形可以大幅减小凸起织构边缘的最大接触应力,从而达到减摩耐磨的效果.     

不同试验条件下C/C复合材料的摩擦磨损性能

利用MM-W1型立式万能摩擦磨损试验机测试C/C复合材料在不同载荷(0.5, 1.0,1.5 MPa)及不同润滑(干态、水润滑、油润滑)条件下的摩擦磨损性能,借助扫描电子显微镜对不同状态下的磨损表面形貌进行观察分析.结果表明:摩擦系数均随摩擦时间的增加而增大至一定范围内保持稳定;随着载荷的增大,干态条件下的摩擦系数不断减小;相同载荷下,干态摩擦试样的摩擦系数最大,磨损率最小;干态条件下能形成完整、光滑的磨屑膜,有效隔离了材料与对磨销之间的接触,降低了磨损率;油润滑和水润滑条件下形成的液态膜具有润滑作用,降低了摩擦系数,但不利于磨屑膜的形成,导致磨损率较大.     

凸轮-挺柱摩擦副涂层的性能分析

凸轮-挺柱摩擦副的摩擦磨损对发动机性能具有重要影响。为了研究不同涂层下凸轮-挺柱摩擦副的摩擦磨损,分别针对WC(碳化钨)耐磨涂层、Ni Cr-Cr3C2减摩涂层及不添加涂层3种情况进行摩擦学性能试验。在相同涂层情况下,对具有不同形貌的样件进行磨损试验,得到摩擦系数、磨损质量以及磨损比重等试验曲线和数据。在分析试验数据的基础上,确定凸轮-挺柱摩擦副采用Ni Cr-Cr3C2涂层后,其使用寿命得到提高,并且表面粗糙度大,可起到改善摩擦特性的作用。     

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.     

离心铸造高铅锡青铜合金摩擦磨损性能研究

采用离心铸造方法制备了高铅锡青铜(ZCu Pb22Sn1.5)合金,研究了载荷和摩擦速度对其摩擦磨损性能的影响及摩擦磨损机理.研究发现:在0.05 m/s摩擦速度下,随着载荷的增加,高铅锡青铜合金摩擦系数减小,磨损率增加,当载荷增加到120 N后,摩擦系数趋于稳定;在100 N载荷下,随着摩擦速度的增加,摩擦系数逐渐减小,磨损率增加,摩擦速度增加到0.10 m/s以后,摩擦系数迅速减小,到0.20 m/s以后摩擦系数趋于稳定;当继续增加载荷和摩擦速度时,由于铅润滑膜的破坏而增加了磨损率.在摩擦磨损过程中容易在摩擦表面形成软质铅润滑膜从而起到耐磨作用.     

磨削参数对工件表面形貌及其摩擦性能的影响

为了实现基于磨削参数预测工件的摩擦性能,并减少测量真实表面形貌和开展摩擦磨损试验等环节,在考虑砂轮磨粒切削刃与工件运动干涉的条件下,结合单点金刚石修整和参数设定建立了磨削后的工件表面形貌模型,并利用混合润滑雷诺方程分析不同磨削形貌下的压力分布及摩擦系数.同时,以机床导轨磨削平面的润滑特性为例验证了所建模型的有效性.结果表明,当磨削表面上、下纹理方向夹角均为0°时,摩擦副的摩擦系数最大.     

聚L-赖氨酸接枝聚乙二醇刷状共聚物添加剂摩擦学性能研究

研究了刷状共聚物聚L-赖氨酸接枝聚乙二醇水润滑添加剂在Si3N4陶瓷表面的吸附特性及其在不同速度、不同应用载荷条件下的润滑特性。采用X射线光电子能谱仪、椭圆偏光仪研究其吸附特性。在销盘式摩擦磨损试验机上测定不同速度、不同应用载荷条件下的摩擦系数,分析其润滑特性。在原子力显微镜下观察Si3N4陶瓷表面磨痕形貌。结果表明,聚L-赖氨酸接枝聚乙二醇共聚物添加剂能在摩擦副表面形成刷状吸附膜,在高速、低速和不同应用载荷条件下,都能明显减小摩擦副表面的摩擦系数。     

提高无油缝纫机高速运动零件耐磨性能的试验研究

为提高缝纫质量,无油化成为高速缝纫机技术发展的一个重要方向,但高速缝纫机针具等部件运行速度非常高,无油润滑会导致磨损严重。文章介绍了在20Cr基体材料上复合自润滑金刚石涂层(DLC)的设计方法和涂层制备工艺,以及生成的SP3和SP2键结合的类金刚石薄膜和SP3为主的涂层组织结构。试验表明,涂层耐磨性、涂层与基体结合强度及稳定性等性能和质量指标均能满足使用要求。     

类金刚石膜在钢丝圈上的应用

钢领和钢丝圈长期不停地进行干摩擦运转,导致国内钢丝圈使用周期一般只有10 ～ 15 d.通过在钢丝圈表面制备类金刚石膜的方法,使钢丝圈表面具有高硬度、强耐磨性和较低的粗糙度,以降低钢丝圈磨损.在室温下对类金刚石涂层进行干摩擦情况下的球盘式摩擦磨损试验,试验模拟钢丝圈高速低载荷的工作环境,通过改变速度、载荷等外部因素,测试摩擦系数等的变化以及工作的稳定性.试验结果表明,与其他类型的钢丝圈相比,类金刚石膜摩擦系数、磨损率均极低,其性能极大地满足了钢丝圈在低载高速的工作环境下的使用要求,且在改变工作条件的情况下可保持较好的稳定性,保证了这类钢丝圈的使用寿命.     

碳纤维/石墨-铜基自润滑耐磨复合涂层的摩擦学性能

为提高45~#钢的摩擦学性能,采用热压烧结技术,在45~#钢表面制备了以Ni为中间连接层的铜基自润滑耐磨复合涂层。采用扫描电镜和能谱仪对涂层表面及截面的微结构进行了分析;采用球-盘式摩擦磨损试验机与GCr15球配副,在不同载荷和速度下,研究了铜基自润滑耐磨复合涂层和基体的干摩擦学性能,并分析了磨损机理。结果表明:在所有试验条件下,含4wt%碳纤维和2wt%石墨样品的摩擦系数和磨损率均比45~#钢低,且在15 N载荷、500 r/min转速下显示出最优的摩擦学性能。     

具有中间层结构DLC耐磨特性的研究及应用

为研究一种硬度高、自润滑性能良好、具有中间层结构的类金刚石复合型涂层材料,采用试验研究的方法,使用原子力显微镜和扫描电镜等设备分析其表面及断层形貌,测量摩擦系数,定性分析结合力大小,搭载变速箱台架耐久试验(TEDD)考核带涂层零件的耐久摩擦性能。结果表明:该涂层的纳米硬度可以达到2 000~2 800 HV,摩擦系数较普通模具钢下降40%~45%,带涂层零件的耐久能力是不带涂层零件耐久能力的200倍以上。