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doi: 10.16078/j.tribology.2019158
摘要:
分别利用疏油薄膜和梳齿形凹槽队列织构，在钢表面的润滑轨道上围成了两类条状亲油区. 试验表明，两类条状亲油区对置于其上的润滑油滴有明显约束作用，限制润滑油向润滑轨道之外的区域铺展. 在有限供油条件下，对两类条状亲油区表面与钢球组成的摩擦副进行了测量，结果表明两类表面在混合润滑区均具有较低的摩擦力和磨损. 将试验结果归因于条状亲油区边界处润滑油所受的表面力不同，从而润滑轨道自集油能力得到增强. 最后，用光弹流试验证实了条状亲油区对摩擦副供油的改善.
分别利用疏油薄膜和梳齿形凹槽队列织构，在钢表面的润滑轨道上围成了两类条状亲油区. 试验表明，两类条状亲油区对置于其上的润滑油滴有明显约束作用，限制润滑油向润滑轨道之外的区域铺展. 在有限供油条件下，对两类条状亲油区表面与钢球组成的摩擦副进行了测量，结果表明两类表面在混合润滑区均具有较低的摩擦力和磨损. 将试验结果归因于条状亲油区边界处润滑油所受的表面力不同，从而润滑轨道自集油能力得到增强. 最后，用光弹流试验证实了条状亲油区对摩擦副供油的改善.
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doi: 10.16078/j.tribology.2019177
摘要:
磨粒磨损是各类机械橡塑密封装备的一种典型失效形式. 本文中开展了水润滑条件下磨粒尺寸对O型橡胶密封配副摩擦学行为的影响研究，分析了不同颗粒尺寸下的摩擦系数时变特性，探讨了不同运行阶段下的磨损形貌、颗粒运动特性和损伤失效机制. 结果表明：颗粒尺寸对橡胶/金属密封副的摩擦学性能有重要影响；研究发现了影响摩擦系数和损伤机制的两个颗粒尺寸临界值；当颗粒尺寸约大于临界值75 μm时，颗粒难以穿过密封界面，但少数颗粒能嵌入到摩擦副的接触区两侧，犁削作用下的金属表面产生较深的犁沟；当颗粒尺寸介于两临界值内时，接触副两侧形成“颗粒嵌入带”，颗粒以单独或颗粒群形式嵌入到橡胶内，尽管犁削了配副金属但也起到了良好的承载作用，表现出较低的摩擦系数并减缓了橡胶的磨损；当颗粒尺寸约小于另一临界值12.5 μm时，颗粒能较自由地通过摩擦界面，对配副金属表面起到了抛光效应，但也加速了橡胶的冲蚀磨损，橡胶磨损表面呈现“突脊-犁沟-突脊”交替特征，因此工程上应尽量避免此类现象的发生.
磨粒磨损是各类机械橡塑密封装备的一种典型失效形式. 本文中开展了水润滑条件下磨粒尺寸对O型橡胶密封配副摩擦学行为的影响研究，分析了不同颗粒尺寸下的摩擦系数时变特性，探讨了不同运行阶段下的磨损形貌、颗粒运动特性和损伤失效机制. 结果表明：颗粒尺寸对橡胶/金属密封副的摩擦学性能有重要影响；研究发现了影响摩擦系数和损伤机制的两个颗粒尺寸临界值；当颗粒尺寸约大于临界值75 μm时，颗粒难以穿过密封界面，但少数颗粒能嵌入到摩擦副的接触区两侧，犁削作用下的金属表面产生较深的犁沟；当颗粒尺寸介于两临界值内时，接触副两侧形成“颗粒嵌入带”，颗粒以单独或颗粒群形式嵌入到橡胶内，尽管犁削了配副金属但也起到了良好的承载作用，表现出较低的摩擦系数并减缓了橡胶的磨损；当颗粒尺寸约小于另一临界值12.5 μm时，颗粒能较自由地通过摩擦界面，对配副金属表面起到了抛光效应，但也加速了橡胶的冲蚀磨损，橡胶磨损表面呈现“突脊-犁沟-突脊”交替特征，因此工程上应尽量避免此类现象的发生.
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doi: 10.16078/j.tribology.2019160
摘要:
为了制备性能优异的聚醚醚酮(PEEK)基自润滑耐磨材料，本文中通过挤出、注塑成型制备了碳纤维(CF)填充PEEK/聚四氟乙烯(PTFE)复合材料，研究了CF的含量、长度及其在复合材料中的取向对复合材料摩擦磨损性能的影响，采用扫描电子显微镜观察了磨痕的微观形貌，并分析了磨损机理. 研究结果表明：复合材料的平均摩擦系数和体积磨损率随CF添加量的增大均呈现先降低后升高的趋势. 当添加的CF质量分数大于10%时，长CF所填充复合材料的平均摩擦系数明显低于短CF填充复合材料. 当固定CF质量分数为10%时，复合材料在不同CF取向方向上的滑动摩擦磨损行为存在较大差异：x向(熔体流动方向)上滑动时，滑动方向与CF取向排列方向一致，平均摩擦系数较低，但体积磨损率较高；在Y滑动方向上(X的垂直方向)滑动时，平均摩擦系数较高，但体积磨损率较低.
为了制备性能优异的聚醚醚酮(PEEK)基自润滑耐磨材料，本文中通过挤出、注塑成型制备了碳纤维(CF)填充PEEK/聚四氟乙烯(PTFE)复合材料，研究了CF的含量、长度及其在复合材料中的取向对复合材料摩擦磨损性能的影响，采用扫描电子显微镜观察了磨痕的微观形貌，并分析了磨损机理. 研究结果表明：复合材料的平均摩擦系数和体积磨损率随CF添加量的增大均呈现先降低后升高的趋势. 当添加的CF质量分数大于10%时，长CF所填充复合材料的平均摩擦系数明显低于短CF填充复合材料. 当固定CF质量分数为10%时，复合材料在不同CF取向方向上的滑动摩擦磨损行为存在较大差异：x向(熔体流动方向)上滑动时，滑动方向与CF取向排列方向一致，平均摩擦系数较低，但体积磨损率较高；在Y滑动方向上(X的垂直方向)滑动时，平均摩擦系数较高，但体积磨损率较低.
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doi: 10.16078/j.tribology.2019156
摘要:
本研究中选取CRH380A型高速动车组服役中的制动闸片作为研究对象，利用微观分析测试手段分析了该闸片摩擦粒子的损伤特征及其原因，得出摩擦粒子的主要损伤特征为剥落和裂纹. 根据闸片摩擦粒子形貌和成分分析结果，结合不同制动时刻摩擦粒子的应力分布状态，分析了形成以上两种主要损伤的原因和机理. 结果表明：闸片摩擦粒子材料加工过程中形成的气穴、不同组元的硬度和耐磨性差异等应是导致其发生块状剥落的主要原因；而制动闸片切入端的摩擦粒子应力较大，这可能是导致制动闸片偏磨的主要原因之一，且摩擦粒子的中心圆孔附近存在应力集中现象，导致了裂纹更容易在圆孔周边萌生，同时材料加工过程中形成的气穴、不同组元之间结合强度不足等原因也导致了裂纹的萌生与扩展.
本研究中选取CRH380A型高速动车组服役中的制动闸片作为研究对象，利用微观分析测试手段分析了该闸片摩擦粒子的损伤特征及其原因，得出摩擦粒子的主要损伤特征为剥落和裂纹. 根据闸片摩擦粒子形貌和成分分析结果，结合不同制动时刻摩擦粒子的应力分布状态，分析了形成以上两种主要损伤的原因和机理. 结果表明：闸片摩擦粒子材料加工过程中形成的气穴、不同组元的硬度和耐磨性差异等应是导致其发生块状剥落的主要原因；而制动闸片切入端的摩擦粒子应力较大，这可能是导致制动闸片偏磨的主要原因之一，且摩擦粒子的中心圆孔附近存在应力集中现象，导致了裂纹更容易在圆孔周边萌生，同时材料加工过程中形成的气穴、不同组元之间结合强度不足等原因也导致了裂纹的萌生与扩展.
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doi: 10.16078/j.tribology.2019162
摘要:
针对高速工况下的液膜润滑螺旋槽端面机械密封，建立了其湍流润滑模型，采用有限单元法结合松弛迭代技术实现了润滑方程和液膜湍流模型的数值求解，对比分析了层流模型和湍流模型下不同螺旋槽几何参数和工况参数对密封性能的影响. 结果表明：液膜湍流效应显著提升了螺旋槽机械密封端面液膜的动力润滑效应，密封的开启力、泄漏率和刚度明显大于层流模型预测值. 在不同条件下，比较而言螺旋槽内产生更加明显的湍流效应，其内液膜流动行为远不同于层流模型. 以开启力为优化目标，湍流模型获得的优化螺旋槽几何参数在螺旋角、槽深明显不同于层流模型. 在高速和低黏度介质下，机械密封的湍流效应不可忽略.
针对高速工况下的液膜润滑螺旋槽端面机械密封，建立了其湍流润滑模型，采用有限单元法结合松弛迭代技术实现了润滑方程和液膜湍流模型的数值求解，对比分析了层流模型和湍流模型下不同螺旋槽几何参数和工况参数对密封性能的影响. 结果表明：液膜湍流效应显著提升了螺旋槽机械密封端面液膜的动力润滑效应，密封的开启力、泄漏率和刚度明显大于层流模型预测值. 在不同条件下，比较而言螺旋槽内产生更加明显的湍流效应，其内液膜流动行为远不同于层流模型. 以开启力为优化目标，湍流模型获得的优化螺旋槽几何参数在螺旋角、槽深明显不同于层流模型. 在高速和低黏度介质下，机械密封的湍流效应不可忽略.
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doi: 10.16078/j.tribology.2019163
摘要:
在甲烷气氛下，利用不同材质摩擦副与非晶碳(a-C)基薄膜构成不同的自配副与非自配副摩擦体系，构建出不同的滑动界面，通过研究非晶碳(a-C)基薄膜与不同摩擦副对摩时的摩擦学行为，分析探索滑动界面对体系摩擦学行为的作用机理. 结果表明：摩擦副对a-C薄膜的摩擦学行为影响较为明显，主要通过影响滑动界面碳悬键的再杂化形式来引起体系摩擦学行为差异；甲烷解离基团对碳悬键的钝化能够有效降低体系摩擦系数，但过多的钝化形成多聚a-C:H，对体系造成不利影响. 研究结果为烃类下提高DLC薄膜的减磨作用提供参考.
在甲烷气氛下，利用不同材质摩擦副与非晶碳(a-C)基薄膜构成不同的自配副与非自配副摩擦体系，构建出不同的滑动界面，通过研究非晶碳(a-C)基薄膜与不同摩擦副对摩时的摩擦学行为，分析探索滑动界面对体系摩擦学行为的作用机理. 结果表明：摩擦副对a-C薄膜的摩擦学行为影响较为明显，主要通过影响滑动界面碳悬键的再杂化形式来引起体系摩擦学行为差异；甲烷解离基团对碳悬键的钝化能够有效降低体系摩擦系数，但过多的钝化形成多聚a-C:H，对体系造成不利影响. 研究结果为烃类下提高DLC薄膜的减磨作用提供参考.
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doi: 10.16078/j.tribology.2019168
摘要:
为考察水介质对二硫化钼(MoS2)薄膜结构和摩擦学性能的影响，采用沸腾蒸馏水对溅射MoS2薄膜进行水浴处理，并对水浴处理前后薄膜的微观结构、摩擦学性能进行了研究. 研究发现，薄膜中同时存在晶体结构和非晶结构. 随着水浴处理时间的延长，XRD分析结果中观察到薄膜中非晶相减少，微晶相增加，同时晶粒尺寸先减小后增大. 另外，薄膜的枝状晶上产生了更多的细小枝状晶. 薄膜中的残余应力也随水浴时间延长而发生明显变化. 薄膜的摩擦学性能受到水浴的明显影响，当水浴处理时间为20 min时，MoS2薄膜的耐磨寿命达到未水浴处理薄膜的约2倍. 分析认为，水浴处理导致溅射MoS2薄膜内应力、组织结构和晶体结构的变化，引起了其摩擦学性能的变化.
为考察水介质对二硫化钼(MoS2)薄膜结构和摩擦学性能的影响，采用沸腾蒸馏水对溅射MoS2薄膜进行水浴处理，并对水浴处理前后薄膜的微观结构、摩擦学性能进行了研究. 研究发现，薄膜中同时存在晶体结构和非晶结构. 随着水浴处理时间的延长，XRD分析结果中观察到薄膜中非晶相减少，微晶相增加，同时晶粒尺寸先减小后增大. 另外，薄膜的枝状晶上产生了更多的细小枝状晶. 薄膜中的残余应力也随水浴时间延长而发生明显变化. 薄膜的摩擦学性能受到水浴的明显影响，当水浴处理时间为20 min时，MoS2薄膜的耐磨寿命达到未水浴处理薄膜的约2倍. 分析认为，水浴处理导致溅射MoS2薄膜内应力、组织结构和晶体结构的变化，引起了其摩擦学性能的变化.
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doi: 10.16078/j.tribology.2019151
摘要:
采用水热合成法分别制备了含1，10-菲啰啉和油酸两种配体的稀土铈配合物，以及作为对照组的只含一种配体的配合物. 利用傅里叶变换红外光谱仪、紫外-可见分光光度仪和热重分析仪对配合物的组成及结构进行了表征和分析，利用SRV-IV型微动摩擦磨损试验机对含有不同质量分数目标产物的润滑油的摩擦学性能进行了研究. 结果表明：以Ce3+为中心离子，1，10-菲啰啉作为第一配体，油酸作为第二配体所制备的稀土有机配合物可以显著提高基础油(PAO8)的极压性能和抗磨损性能，并且使润滑油的使用寿命得以延长.
采用水热合成法分别制备了含1，10-菲啰啉和油酸两种配体的稀土铈配合物，以及作为对照组的只含一种配体的配合物. 利用傅里叶变换红外光谱仪、紫外-可见分光光度仪和热重分析仪对配合物的组成及结构进行了表征和分析，利用SRV-IV型微动摩擦磨损试验机对含有不同质量分数目标产物的润滑油的摩擦学性能进行了研究. 结果表明：以Ce3+为中心离子，1，10-菲啰啉作为第一配体，油酸作为第二配体所制备的稀土有机配合物可以显著提高基础油(PAO8)的极压性能和抗磨损性能，并且使润滑油的使用寿命得以延长.
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doi: 10.16078/j.tribology.2019100
摘要:
通过在原有的球-盘接触光干涉润滑油膜测量装置上增设摩擦力测量单元，实现了任意滑滚比下油膜厚度和摩擦系数的同步测量与润滑状态的直观识别. 采用FVA3参考油，分析了不同滑滚比、速度和载荷下的摩擦系数变化规律，并结合油膜干涉图明确了润滑状态与热效应机制，推断出摩擦系数曲面在较低速工况存在混合润滑区域；通过采用基于恢复时间的流变模型对FVA3油品的流变润滑进行数值模拟，并与同等工况下的试验结果进行定量对比，两者取得了良好的吻合性，验证了试验测量的准确性和流变模型的适用性.
通过在原有的球-盘接触光干涉润滑油膜测量装置上增设摩擦力测量单元，实现了任意滑滚比下油膜厚度和摩擦系数的同步测量与润滑状态的直观识别. 采用FVA3参考油，分析了不同滑滚比、速度和载荷下的摩擦系数变化规律，并结合油膜干涉图明确了润滑状态与热效应机制，推断出摩擦系数曲面在较低速工况存在混合润滑区域；通过采用基于恢复时间的流变模型对FVA3油品的流变润滑进行数值模拟，并与同等工况下的试验结果进行定量对比，两者取得了良好的吻合性，验证了试验测量的准确性和流变模型的适用性.
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doi: 10.16078/j.tribology.2019148
摘要:
为提高狭缝节流气浮支承静态特性，在有腔狭缝节流气浮支承的基础上增加了表面节流均压槽，均压槽呈放射状，周向截面为扇形，径向截面为椭圆，并对其进行了仿真分析. 结果表明：增加放射状椭圆截面的均压槽作为表面节流方式能够优化其承载力以及刚度，但会增加耗气量. 增加均压槽高度、放射角度、数量和半径均能增加气浮支承的承载力. 刚度峰值对应的气膜厚度会随均压槽高度增加但峰值基本保持不变；刚度峰值对应的气膜厚度会随均压槽辐射角度增加且峰值也会略微增加；当均压槽数量大于4时，随着均压槽数量的增加，刚度峰值均出现在气膜厚度h2为13 μm附近，但刚度峰值会随均压槽数量的增加而产生较大增幅；刚度峰值对应的气膜厚度会随均压槽半径的增加而减小，但峰值会随均压槽半径的增加而增加.
为提高狭缝节流气浮支承静态特性，在有腔狭缝节流气浮支承的基础上增加了表面节流均压槽，均压槽呈放射状，周向截面为扇形，径向截面为椭圆，并对其进行了仿真分析. 结果表明：增加放射状椭圆截面的均压槽作为表面节流方式能够优化其承载力以及刚度，但会增加耗气量. 增加均压槽高度、放射角度、数量和半径均能增加气浮支承的承载力. 刚度峰值对应的气膜厚度会随均压槽高度增加但峰值基本保持不变；刚度峰值对应的气膜厚度会随均压槽辐射角度增加且峰值也会略微增加；当均压槽数量大于4时，随着均压槽数量的增加，刚度峰值均出现在气膜厚度h2为13 μm附近，但刚度峰值会随均压槽数量的增加而产生较大增幅；刚度峰值对应的气膜厚度会随均压槽半径的增加而减小，但峰值会随均压槽半径的增加而增加.
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doi: 10.16078/j.tribology.2019105
摘要:
选用钴基合金粉末和铁基合金粉末，利用CO2多模激光器对轮轨材料进行激光熔覆处理. 分析了钴基合金涂层和铁基合金涂层的微观组织、成分、硬度与应力状态. 未处理试样表面残余应力为拉应力，激光熔覆处理后，涂层表面残余应力为压应力. 利用MJP-30A滚动接触疲劳试验机对激光熔覆处理前后轮轨试样进行滚动摩擦磨损试验. 结果表明：激光熔覆处理后轮轨试样磨损率明显降低，其中激光熔覆钴基合金后，轮轨试样磨损率分别降低96.7%和98.9%，激光熔覆铁基合金后，轮轨试样磨损率分别降低81.7%和93.5%. 未处理轮轨试样表面损伤为疲劳损伤；钴基合金涂层表面损伤最轻微，磨痕表面光滑，出现轻微的小块剥落；铁基合金涂层表面出现细小裂纹和犁沟.
选用钴基合金粉末和铁基合金粉末，利用CO2多模激光器对轮轨材料进行激光熔覆处理. 分析了钴基合金涂层和铁基合金涂层的微观组织、成分、硬度与应力状态. 未处理试样表面残余应力为拉应力，激光熔覆处理后，涂层表面残余应力为压应力. 利用MJP-30A滚动接触疲劳试验机对激光熔覆处理前后轮轨试样进行滚动摩擦磨损试验. 结果表明：激光熔覆处理后轮轨试样磨损率明显降低，其中激光熔覆钴基合金后，轮轨试样磨损率分别降低96.7%和98.9%，激光熔覆铁基合金后，轮轨试样磨损率分别降低81.7%和93.5%. 未处理轮轨试样表面损伤为疲劳损伤；钴基合金涂层表面损伤最轻微，磨痕表面光滑，出现轻微的小块剥落；铁基合金涂层表面出现细小裂纹和犁沟.
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doi: 10.16078/j.tribology.2019037
摘要:
高速列车车轮多边形磨耗是我国高速列车自2008年开行以来出现的最严重的问题之一，直接影响到高速列车的运行安全. 利用高速轮轨滚动试验机试验研究了研磨子的增黏作用和局部缺陷修复作用，探讨了其作用机制. 建立了由轮对、钢轨和整体道床组成的轮轨系统滑动摩擦自激振动模型，研究了轮轨黏着和滑动工况下的轮轨系统摩擦自激振动发生趋势，指出研磨子抑制高速列车车轮多边形磨耗的主要机理在于以下两个方面：(1)研磨子的增黏作用，使轮轨系统制动和牵引时不容易发生滑动，消除了车轮多边形发生的条件；(2)研磨子中硬质颗粒能够有效地将车轮踏面的微观缺陷及时打磨清除，从而有效抑制车轮多边形、异常磨耗及接触疲劳裂纹的产生.
高速列车车轮多边形磨耗是我国高速列车自2008年开行以来出现的最严重的问题之一，直接影响到高速列车的运行安全. 利用高速轮轨滚动试验机试验研究了研磨子的增黏作用和局部缺陷修复作用，探讨了其作用机制. 建立了由轮对、钢轨和整体道床组成的轮轨系统滑动摩擦自激振动模型，研究了轮轨黏着和滑动工况下的轮轨系统摩擦自激振动发生趋势，指出研磨子抑制高速列车车轮多边形磨耗的主要机理在于以下两个方面：(1)研磨子的增黏作用，使轮轨系统制动和牵引时不容易发生滑动，消除了车轮多边形发生的条件；(2)研磨子中硬质颗粒能够有效地将车轮踏面的微观缺陷及时打磨清除，从而有效抑制车轮多边形、异常磨耗及接触疲劳裂纹的产生.
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2020, 40(1): 1 -11
doi: 10.16078/j.tribology.2019066
摘要:
基于弹射试验装置，借助高速摄像机捕捉不同入射条件下单个菱形颗粒冲击金属表面的动态过程，同时结合试验过程建立菱形颗粒冲击金属表面的FEM-SPH耦合数值模型，通过对比试验现象与仿真结果优化数值模型参数，最后借助数值模型进一步分析菱形颗粒在临界冲击、自身初始旋转以及重复冲击等工况下的运动行为及预测的凹坑轮廓形态. 结果表明：优化后的模型能够很好地捕捉颗粒冲击过程中金属表面凹坑的产生及演化规律，并能详细记录颗粒的入射行为及反弹规律，测得颗粒反弹速度和反弹角度误差均在14%以内. 临界冲击工况下颗粒动能损失最大，且冲击角越高，残余动能越少；颗粒初始旋转能够改变其反弹后的运动行为及金属表面材料的失效方式；颗粒重复冲蚀对材料表面的作用机制与后续颗粒的入射条件有密切关系，模型成功捕捉到重复冲蚀导致的材料破坏加深和破坏减缓两种特殊现象.
基于弹射试验装置，借助高速摄像机捕捉不同入射条件下单个菱形颗粒冲击金属表面的动态过程，同时结合试验过程建立菱形颗粒冲击金属表面的FEM-SPH耦合数值模型，通过对比试验现象与仿真结果优化数值模型参数，最后借助数值模型进一步分析菱形颗粒在临界冲击、自身初始旋转以及重复冲击等工况下的运动行为及预测的凹坑轮廓形态. 结果表明：优化后的模型能够很好地捕捉颗粒冲击过程中金属表面凹坑的产生及演化规律，并能详细记录颗粒的入射行为及反弹规律，测得颗粒反弹速度和反弹角度误差均在14%以内. 临界冲击工况下颗粒动能损失最大，且冲击角越高，残余动能越少；颗粒初始旋转能够改变其反弹后的运动行为及金属表面材料的失效方式；颗粒重复冲蚀对材料表面的作用机制与后续颗粒的入射条件有密切关系，模型成功捕捉到重复冲蚀导致的材料破坏加深和破坏减缓两种特殊现象.
2020, 40(1): 12 -20
doi: 10.16078/j.tribology.2019139
摘要:
将氧化石墨烯(GO)原位引入4.4′-二氨基二苯醚(ODA)和3.3′,4.4′-联苯四甲酸二酐(BPDA)制备的聚酰亚胺中，得到氧化石墨烯/聚酰亚胺复合材料. 利用扫描电镜、红外光谱仪、高温同步热分析仪、万能试验机以及纳米划痕仪对所制备材料的形貌、组成以及热力学性能进行表征；利用多功能摩擦磨损试验机对比考察聚酰亚胺和氧化石墨烯/聚酰亚胺复合材料摩擦学性能. 结果表明：氧化石墨烯的加入显著提高了聚酰亚胺的模量和硬度；当GO的质量分数为0.1%和0.3%，复合材料的摩擦学性能较好. 研究发现，摩擦过程中金属对偶表面形成的转移膜对聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能起重要作用.
将氧化石墨烯(GO)原位引入4.4′-二氨基二苯醚(ODA)和3.3′,4.4′-联苯四甲酸二酐(BPDA)制备的聚酰亚胺中，得到氧化石墨烯/聚酰亚胺复合材料. 利用扫描电镜、红外光谱仪、高温同步热分析仪、万能试验机以及纳米划痕仪对所制备材料的形貌、组成以及热力学性能进行表征；利用多功能摩擦磨损试验机对比考察聚酰亚胺和氧化石墨烯/聚酰亚胺复合材料摩擦学性能. 结果表明：氧化石墨烯的加入显著提高了聚酰亚胺的模量和硬度；当GO的质量分数为0.1%和0.3%，复合材料的摩擦学性能较好. 研究发现，摩擦过程中金属对偶表面形成的转移膜对聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能起重要作用.
2020, 40(1): 21 -29
doi: 10.16078/j.tribology.2019097
摘要:
为探究动载荷作用下变位齿轮系统的热弹流润滑特性，综合考虑齿轮变位和时变啮合刚度的影响，基于动力学理论，建立了齿轮的六自由度摩擦动力学模型，分析振动与静载荷作用下变位齿轮系统的热弹流润滑特性. 研究表明：与其他传动类型相比，正传动齿轮系统的润滑效果最佳，轮齿间可以形成较厚的润滑油膜，轮齿间的摩擦系数、油膜的最高温升最小，并且，随着两齿轮变位系数和的增大，润滑状况不断得到改善，热胶合承载能力增强；变位系数增加使齿轮系统的刚度增大，但同时降低了油膜的刚度.
为探究动载荷作用下变位齿轮系统的热弹流润滑特性，综合考虑齿轮变位和时变啮合刚度的影响，基于动力学理论，建立了齿轮的六自由度摩擦动力学模型，分析振动与静载荷作用下变位齿轮系统的热弹流润滑特性. 研究表明：与其他传动类型相比，正传动齿轮系统的润滑效果最佳，轮齿间可以形成较厚的润滑油膜，轮齿间的摩擦系数、油膜的最高温升最小，并且，随着两齿轮变位系数和的增大，润滑状况不断得到改善，热胶合承载能力增强；变位系数增加使齿轮系统的刚度增大，但同时降低了油膜的刚度.
2020, 40(1): 30 -39
doi: 10.16078/j.tribology.2019110
摘要:
使用四种长链胺分别对多层、少层氧化石墨烯(MGO、FGO)进行表面功能化修饰，得到八种改性石墨烯(MGO-OAM、MGO-ODA、MGO-PIB、MGO-PEPA、FGO-OAM、FGO-ODA、FGO-PIB、FGO-PEPA). 使用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、拉曼光谱仪(Raman)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)分别表征功能化过程对GO的微观形貌和分子结构的影响. 考察改性GO在 150SN基础油中的分散稳定性以筛选最优改性方法，并使用多功能摩擦磨损试验机评价改性GO在150SN矿物油中的摩擦学性能，结合磨损表面金相显微镜照片和拉曼光谱仪对磨损机制进行分析. 结果表明：通过酰胺化反应可在MGO、FGO表面成功接枝四种长链胺改性剂；改性MGO的分散稳定性优于改性FGO，其中 MGO-OAM、MGO-PIB的分散稳定性更佳；FGO的抗磨减摩性能优于MGO，且在一定载荷和添加量范围内，改性MGO均能有效提升150SN矿物油的摩擦学性能；改性GO在不同工况时的磨损机制主要表现为塑性变形、磨粒磨损和黏着磨损.
使用四种长链胺分别对多层、少层氧化石墨烯(MGO、FGO)进行表面功能化修饰，得到八种改性石墨烯(MGO-OAM、MGO-ODA、MGO-PIB、MGO-PEPA、FGO-OAM、FGO-ODA、FGO-PIB、FGO-PEPA). 使用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、拉曼光谱仪(Raman)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)分别表征功能化过程对GO的微观形貌和分子结构的影响. 考察改性GO在 150SN基础油中的分散稳定性以筛选最优改性方法，并使用多功能摩擦磨损试验机评价改性GO在150SN矿物油中的摩擦学性能，结合磨损表面金相显微镜照片和拉曼光谱仪对磨损机制进行分析. 结果表明：通过酰胺化反应可在MGO、FGO表面成功接枝四种长链胺改性剂；改性MGO的分散稳定性优于改性FGO，其中 MGO-OAM、MGO-PIB的分散稳定性更佳；FGO的抗磨减摩性能优于MGO，且在一定载荷和添加量范围内，改性MGO均能有效提升150SN矿物油的摩擦学性能；改性GO在不同工况时的磨损机制主要表现为塑性变形、磨粒磨损和黏着磨损.
2020, 40(1): 40 -48
doi: 10.16078/j.tribology.2019096
摘要:
使用环境可控的摩擦磨损试验机，以不锈钢球作为对摩副，探究了不同水分环境下(干燥、相对湿度RH20%、RH50%、RH70%和液态水) 核废料硼硅酸盐玻璃的磨损规律和机理. 研究发现：硼硅酸盐玻璃基底和不锈钢球的稳态摩擦系数、磨损量和次表面损伤随着环境湿度的增加逐渐减小，而在液态水环境中，玻璃界面的稳态摩擦系数、磨损量以及次表面损伤深度均远小于干燥和潮湿空气. 核废料硼硅酸盐玻璃在干燥环境下的磨损形式以黏着磨损和磨粒磨损为主；在潮湿和液态水环境下，玻璃的磨损行为由水分诱导的摩擦化学磨损主导. 玻璃表面吸附水分子诱导的摩擦化学作用和润滑作用，造成了玻璃在液态水环境中的磨损量和次表面损伤均远小于干燥和潮湿环境下.
使用环境可控的摩擦磨损试验机，以不锈钢球作为对摩副，探究了不同水分环境下(干燥、相对湿度RH20%、RH50%、RH70%和液态水) 核废料硼硅酸盐玻璃的磨损规律和机理. 研究发现：硼硅酸盐玻璃基底和不锈钢球的稳态摩擦系数、磨损量和次表面损伤随着环境湿度的增加逐渐减小，而在液态水环境中，玻璃界面的稳态摩擦系数、磨损量以及次表面损伤深度均远小于干燥和潮湿空气. 核废料硼硅酸盐玻璃在干燥环境下的磨损形式以黏着磨损和磨粒磨损为主；在潮湿和液态水环境下，玻璃的磨损行为由水分诱导的摩擦化学磨损主导. 玻璃表面吸附水分子诱导的摩擦化学作用和润滑作用，造成了玻璃在液态水环境中的磨损量和次表面损伤均远小于干燥和潮湿环境下.
2020, 40(1): 49 -59
doi: 10.16078/j.tribology.2019082
摘要:
利用激光熔覆技术在45钢表面制备了纳米Sm2O3增强TiC/Co基复合涂层，系统研究了纳米Sm2O3对TiC/Co基复合涂层宏观形貌、微观组织和耐磨性能的影响. 结果表明：纳米Sm2O3增强TiC/Co基复合涂层主要由γ-Co、Cr23C6、TiC、Co3Ti和Fe7Sm相组成. 纳米Sm2O3增强TiC/Co基复合涂层呈现出与基体形成更加优良的冶金结合和优良的润湿性，显微组织明显细小均匀. 随着纳米Sm2O3含量增加，复合涂层的显微硬度和耐磨性能均先增加后降低，当纳米Sm2O3质量分数为1.5%时，复合涂层的显微硬度和耐磨性能分别提高了10.1%和17.1%. 添加纳米Sm2O3的复合涂层的磨损机理均为磨粒磨损. 应用多元统计分析的结果也表明纳米Sm2O3对TiC/Co基合金涂层有着显著影响.
利用激光熔覆技术在45钢表面制备了纳米Sm2O3增强TiC/Co基复合涂层，系统研究了纳米Sm2O3对TiC/Co基复合涂层宏观形貌、微观组织和耐磨性能的影响. 结果表明：纳米Sm2O3增强TiC/Co基复合涂层主要由γ-Co、Cr23C6、TiC、Co3Ti和Fe7Sm相组成. 纳米Sm2O3增强TiC/Co基复合涂层呈现出与基体形成更加优良的冶金结合和优良的润湿性，显微组织明显细小均匀. 随着纳米Sm2O3含量增加，复合涂层的显微硬度和耐磨性能均先增加后降低，当纳米Sm2O3质量分数为1.5%时，复合涂层的显微硬度和耐磨性能分别提高了10.1%和17.1%. 添加纳米Sm2O3的复合涂层的磨损机理均为磨粒磨损. 应用多元统计分析的结果也表明纳米Sm2O3对TiC/Co基合金涂层有着显著影响.
2020, 40(1): 60 -72
doi: 10.16078/j.tribology.2019175
摘要:
本文中采用多弧离子镀系统在Ti-6Al-4V合金(TC4)上沉积TiSiN/Ag纳米多层涂层. 使用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描型电子显微镜(SEM)表征涂层的成分和结构，并使用纳米压痕测试其硬度. 用Rtec MFT500摩擦磨损试验机对涂层在海水环境中的摩擦磨损性能进行测试. 结果表明：涂层具有致密的结构和清晰的多层界面，TiSiN层与Ag层交替沉积，涂层中包含TiN、Ag和Si3N4相，非晶Si3N4包裹纳米晶TiN. 相比TC4合金基体，沉积TiSiN/Ag纳米多层涂层后，摩擦系数在大气环境和海水环境均能下降0.15以上，磨损率降低两个数量级. 人工海水中摩擦状态下材料出现腐蚀摩擦交互作用，主要损耗形式为腐蚀对磨损的促进，TiSiN/Ag纳米多层涂层的耐磨蚀性能远优于基体材料.
本文中采用多弧离子镀系统在Ti-6Al-4V合金(TC4)上沉积TiSiN/Ag纳米多层涂层. 使用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描型电子显微镜(SEM)表征涂层的成分和结构，并使用纳米压痕测试其硬度. 用Rtec MFT500摩擦磨损试验机对涂层在海水环境中的摩擦磨损性能进行测试. 结果表明：涂层具有致密的结构和清晰的多层界面，TiSiN层与Ag层交替沉积，涂层中包含TiN、Ag和Si3N4相，非晶Si3N4包裹纳米晶TiN. 相比TC4合金基体，沉积TiSiN/Ag纳米多层涂层后，摩擦系数在大气环境和海水环境均能下降0.15以上，磨损率降低两个数量级. 人工海水中摩擦状态下材料出现腐蚀摩擦交互作用，主要损耗形式为腐蚀对磨损的促进，TiSiN/Ag纳米多层涂层的耐磨蚀性能远优于基体材料.
2020, 40(1): 73 -81
doi: 10.16078/j.tribology.2019121
摘要:
本文中研究了不同固溶处理后7055铝合金在3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀行为，在3.5%NaCl溶液下进行了静态腐蚀试验及腐蚀磨损试验，并通过扫描电子显微镜对磨痕形貌进行分析. 结果表明：固溶处理后试样的耐腐蚀性能均有不同程度的提高，其中以双级固溶处理试样的耐腐蚀性能最好. 在动极化、开路电位以及阴极保护和阳极加速腐蚀试验中，固溶处理后材料自腐蚀电位正移，腐蚀电流密度减小，耐腐蚀磨损性能提高. 在不同加载电位下，腐蚀电流密度和磨损率随着电位的增加而增大，在−1.2 V时摩擦系数最小. 同时随着电位的升高，腐蚀作用促进了合金的磨损. 在较低电位时，合金的腐蚀磨损机制主要是磨粒磨损；而较高电位下，合金的腐蚀磨损机制主要是黏着磨损和腐蚀磨损.
本文中研究了不同固溶处理后7055铝合金在3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀行为，在3.5%NaCl溶液下进行了静态腐蚀试验及腐蚀磨损试验，并通过扫描电子显微镜对磨痕形貌进行分析. 结果表明：固溶处理后试样的耐腐蚀性能均有不同程度的提高，其中以双级固溶处理试样的耐腐蚀性能最好. 在动极化、开路电位以及阴极保护和阳极加速腐蚀试验中，固溶处理后材料自腐蚀电位正移，腐蚀电流密度减小，耐腐蚀磨损性能提高. 在不同加载电位下，腐蚀电流密度和磨损率随着电位的增加而增大，在−1.2 V时摩擦系数最小. 同时随着电位的升高，腐蚀作用促进了合金的磨损. 在较低电位时，合金的腐蚀磨损机制主要是磨粒磨损；而较高电位下，合金的腐蚀磨损机制主要是黏着磨损和腐蚀磨损.
2020, 40(1): 82 -88
doi: 10.16078/j.tribology.2019094
摘要:
采用等离子增强化学气相沉积系统制备了含氢非晶碳膜. 加热到相应温度(200、250、300、350和400 ℃)后，对薄膜进行液氮激冷处理，并研究其结构、机械及摩擦性能的变化. 结果表明：薄膜硬度在200~300 ℃温度下液氮激冷后，其硬度随热处理温度增加，C-C sp2键逐渐增加；在350~400 ℃温度下液氮激冷处理后，薄膜的硬度逐渐减小，薄膜呈石墨化趋势；而其弹性恢复在整个处理过程(200~400 ℃)中随温度升高持续增大，和C-C sp2键变化趋势一致. 液氮激冷处理后，含氢非晶碳膜的摩擦系数及磨损量均得到改善，在300 ℃激冷处理的含氢非晶碳膜具备最低的摩擦系数及磨损量.
采用等离子增强化学气相沉积系统制备了含氢非晶碳膜. 加热到相应温度(200、250、300、350和400 ℃)后，对薄膜进行液氮激冷处理，并研究其结构、机械及摩擦性能的变化. 结果表明：薄膜硬度在200~300 ℃温度下液氮激冷后，其硬度随热处理温度增加，C-C sp2键逐渐增加；在350~400 ℃温度下液氮激冷处理后，薄膜的硬度逐渐减小，薄膜呈石墨化趋势；而其弹性恢复在整个处理过程(200~400 ℃)中随温度升高持续增大，和C-C sp2键变化趋势一致. 液氮激冷处理后，含氢非晶碳膜的摩擦系数及磨损量均得到改善，在300 ℃激冷处理的含氢非晶碳膜具备最低的摩擦系数及磨损量.
2020, 40(1): 89 -96
doi: 10.16078/j.tribology.2019088
摘要:
采用一步水热法制备了阳离子表面活性剂修饰改性的α-磷酸锆(α-ZrP)纳米片. 利用X-射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、拉曼光谱仪、场发射扫描电镜和透射电子显微镜对α-ZrP纳米片在表面活性剂修饰前后的组成、晶体结构以及微观形貌进行了表征分析和观察，并对改性前后的α-ZrP在合成基础油PAO-6中的分散稳定性进行了对比分析，利用SRV-Ⅳ型微动摩擦磨损试验机对含有改性α-ZrP纳米片的PAO-6润滑油的摩擦学性能进行了研究. 结果表明：表面改性的α-ZrP纳米片在PAO-6润滑油中具有良好的分散稳定性，其作为添加剂时可显著提高润滑油的极压性能和抗磨损性能.
采用一步水热法制备了阳离子表面活性剂修饰改性的α-磷酸锆(α-ZrP)纳米片. 利用X-射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、拉曼光谱仪、场发射扫描电镜和透射电子显微镜对α-ZrP纳米片在表面活性剂修饰前后的组成、晶体结构以及微观形貌进行了表征分析和观察，并对改性前后的α-ZrP在合成基础油PAO-6中的分散稳定性进行了对比分析，利用SRV-Ⅳ型微动摩擦磨损试验机对含有改性α-ZrP纳米片的PAO-6润滑油的摩擦学性能进行了研究. 结果表明：表面改性的α-ZrP纳米片在PAO-6润滑油中具有良好的分散稳定性，其作为添加剂时可显著提高润滑油的极压性能和抗磨损性能.
2020, 40(1): 97 -106
doi: 10.16078/j.tribology.2019107
摘要:
为了快速识别润滑油中添加剂种类和含量，将添加剂硫化异丁烯(T321)、烷基二苯胺(T534)、硫代磷酸胺盐(T307)以不同配比混合在基础油中，使用极限学习机(ELM)对油样的红外光谱数据构建模型进行训练测试，并采用贪心算法、遗传算法(GA)对输入波段优化，筛选出最优波段区间组合以剔除相关性过高的波段从而提高运算效率. 测试结果表明：ELM模型可对润滑油添加剂进行有效的种类识别和含量预测，相比于传统理化检测方法是一种经济快速的新型润滑油添加剂检测手段；且经GA波段筛选优化后模型输出结果更具优势，对三种添加剂的种类识别准确率均达到100%、含量预测决定系数(R2)分别提升了43.8%、39.0%和24.4%.
为了快速识别润滑油中添加剂种类和含量，将添加剂硫化异丁烯(T321)、烷基二苯胺(T534)、硫代磷酸胺盐(T307)以不同配比混合在基础油中，使用极限学习机(ELM)对油样的红外光谱数据构建模型进行训练测试，并采用贪心算法、遗传算法(GA)对输入波段优化，筛选出最优波段区间组合以剔除相关性过高的波段从而提高运算效率. 测试结果表明：ELM模型可对润滑油添加剂进行有效的种类识别和含量预测，相比于传统理化检测方法是一种经济快速的新型润滑油添加剂检测手段；且经GA波段筛选优化后模型输出结果更具优势，对三种添加剂的种类识别准确率均达到100%、含量预测决定系数(R2)分别提升了43.8%、39.0%和24.4%.
2020, 40(1): 107 -116
doi: 10.16078/j.tribology.2019122
摘要:
采用自主研制的试验装置，研究了铜镁合金在不同电流强度条件下的弯曲微动疲劳损伤演变规律. 运用红外线热成像仪测试电流条件下微动接触区温度分布情况；利用白光干涉仪、扫描电镜、电子探针、X射线光电子能谱仪对试样接触损伤区的微观形貌和化学行为进行分析. 试验结果表明：在相同循环次数下，随着电流强度的增加，铜镁合金弯曲微动疲劳寿命逐渐降低，接触区温度逐渐上升，接触损伤区尺寸增大，剥落层逐渐细化，接触损伤区氧化程度越来越严重，氧化磨屑的主要成分为CuO和Cu2O；主要损伤机制为氧化磨损、黏着磨损和剥落.
采用自主研制的试验装置，研究了铜镁合金在不同电流强度条件下的弯曲微动疲劳损伤演变规律. 运用红外线热成像仪测试电流条件下微动接触区温度分布情况；利用白光干涉仪、扫描电镜、电子探针、X射线光电子能谱仪对试样接触损伤区的微观形貌和化学行为进行分析. 试验结果表明：在相同循环次数下，随着电流强度的增加，铜镁合金弯曲微动疲劳寿命逐渐降低，接触区温度逐渐上升，接触损伤区尺寸增大，剥落层逐渐细化，接触损伤区氧化程度越来越严重，氧化磨屑的主要成分为CuO和Cu2O；主要损伤机制为氧化磨损、黏着磨损和剥落.
2020, 40(1): 117 -127
doi: 10.16078/j.tribology.2019119
摘要:
研究了型孔形状和方向性对孔型阻尼密封泄漏特性的影响. 建立了孔型阻尼密封流场特性CFD数值模型，对比分析了不同转速和密封间隙下圆孔阻尼密封、蜂窝密封、迷宫密封和光滑面密封的泄漏特性，研究不同转速下型孔形状、超椭圆系数和倾斜角对广义孔型阻尼密封泄漏特性的影响规律，探讨了方向性型孔阻尼密封阻流控漏机制. 结果表明：紧密排列的孔型阻尼密封相较于迷宫密封和光滑面密封具有显著优异的密封性能；倾斜角为30°、超椭圆系数为2且边数为2的类椭圆型孔阻尼密封在静止时具有最小的泄漏率，且可通过减小周向或轴向排列间距进一步减小泄漏；一定倾斜角条件下，超椭圆系数较大的类椭圆型孔出口尖端附近能形成明显的低速阻流区，从而达到阻流控漏的效果.
研究了型孔形状和方向性对孔型阻尼密封泄漏特性的影响. 建立了孔型阻尼密封流场特性CFD数值模型，对比分析了不同转速和密封间隙下圆孔阻尼密封、蜂窝密封、迷宫密封和光滑面密封的泄漏特性，研究不同转速下型孔形状、超椭圆系数和倾斜角对广义孔型阻尼密封泄漏特性的影响规律，探讨了方向性型孔阻尼密封阻流控漏机制. 结果表明：紧密排列的孔型阻尼密封相较于迷宫密封和光滑面密封具有显著优异的密封性能；倾斜角为30°、超椭圆系数为2且边数为2的类椭圆型孔阻尼密封在静止时具有最小的泄漏率，且可通过减小周向或轴向排列间距进一步减小泄漏；一定倾斜角条件下，超椭圆系数较大的类椭圆型孔出口尖端附近能形成明显的低速阻流区，从而达到阻流控漏的效果.
2020, 40(1): 128 -134
doi: 10.16078/j.tribology.2019146
摘要:
应用轮轨型面测量仪测量实际运用中的磨耗后机车车轮，基于标准与磨耗后机车车轮型面，建立轮轨接触三维有限元模型，计算分析不同横移量下的接触斑和等效应力. 搭建轮轨接触试验台，使用取自现场的车轮与钢轨试块进行试验，分析不同横移量下轮轨接触状态. 针对磨耗前后车轮与标准钢轨接触的有限元计算与试验进行对比分析. 结果表明：横移量对轮轨接触状态有着显著的影响，横移量过大会加速机车车轮的磨耗；与标准型面相比，磨耗后车轮型面与标准钢轨接触时的接触斑面积较大，最大等效应力较小；通过轮轨接触试验台所得接触斑形状和大小与仿真计算所得结果一致性较好，证明了有限元仿真计算的可靠性.
应用轮轨型面测量仪测量实际运用中的磨耗后机车车轮，基于标准与磨耗后机车车轮型面，建立轮轨接触三维有限元模型，计算分析不同横移量下的接触斑和等效应力. 搭建轮轨接触试验台，使用取自现场的车轮与钢轨试块进行试验，分析不同横移量下轮轨接触状态. 针对磨耗前后车轮与标准钢轨接触的有限元计算与试验进行对比分析. 结果表明：横移量对轮轨接触状态有着显著的影响，横移量过大会加速机车车轮的磨耗；与标准型面相比，磨耗后车轮型面与标准钢轨接触时的接触斑面积较大，最大等效应力较小；通过轮轨接触试验台所得接触斑形状和大小与仿真计算所得结果一致性较好，证明了有限元仿真计算的可靠性.
2020, 40(1): 135 -142
doi: 10.16078/j.tribology.2019087
摘要:
天然酯绝缘油兼具了环保、消防安全两大优势，是当前变压器绝缘油研究与应用的热点. 本文中简要回顾了绝缘油及天然酯绝缘油的技术以及国内外行业标准的发展进程；介绍了天然酯用作变压器绝缘油的黏度、倾点、水含量、酸值和氧化安定性等理化性能，以及材料相容性、电气绝缘指标、气体溶解和绝缘纸板特性等电气性能，分析了天然酯绝缘油的各项性能优势及存在的问题；展望了天然酯的发展前景并对后续的研究方向提出了建议.
天然酯绝缘油兼具了环保、消防安全两大优势，是当前变压器绝缘油研究与应用的热点. 本文中简要回顾了绝缘油及天然酯绝缘油的技术以及国内外行业标准的发展进程；介绍了天然酯用作变压器绝缘油的黏度、倾点、水含量、酸值和氧化安定性等理化性能，以及材料相容性、电气绝缘指标、气体溶解和绝缘纸板特性等电气性能，分析了天然酯绝缘油的各项性能优势及存在的问题；展望了天然酯的发展前景并对后续的研究方向提出了建议.
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