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doi: 10.16078/j.tribology.2020202
摘要:
摩擦学转变结构层是轮轨系统滚动接触过程中形成的典型损伤特征，其发生、发展及其演变过程对轮轨界面失效具有重要的影响. 本文作者分析了轮轨界面摩擦学转变结构层[TTS，包括白色浸蚀层(WEL)、棕色浸蚀层(BEL)以及塑性变形层(PDL)]的典型特征和微观结构，重点讨论了当前轮轨界面TTS的研究现状及在形成机制上的分歧和争论，并介绍了近年来国内外学者应用先进分析测试手段开展TTS研究的相关进展；归纳总结了TTS对轮轨界面损伤的主要贡献，最后重申了TTS在轮轨摩擦学研究中的重要性并提出了今后研究的发展方向.
摩擦学转变结构层是轮轨系统滚动接触过程中形成的典型损伤特征，其发生、发展及其演变过程对轮轨界面失效具有重要的影响. 本文作者分析了轮轨界面摩擦学转变结构层[TTS，包括白色浸蚀层(WEL)、棕色浸蚀层(BEL)以及塑性变形层(PDL)]的典型特征和微观结构，重点讨论了当前轮轨界面TTS的研究现状及在形成机制上的分歧和争论，并介绍了近年来国内外学者应用先进分析测试手段开展TTS研究的相关进展；归纳总结了TTS对轮轨界面损伤的主要贡献，最后重申了TTS在轮轨摩擦学研究中的重要性并提出了今后研究的发展方向.
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doi: 10.16078/j.tribology.2020126
摘要:
为深入了解纳米金属多层膜在沉积法交替制备中, 因晶格失配制备出不同半共格界面的金属多层膜受载诱导的力学特性差异的机制，本文作者基于经典力学的分子动力学法，对半共格Cu基Ni膜和Ni基Cu膜两种界面结构的力学性能展开探析，揭示出多层膜半共格界面失配位错网与压痕诱导产生可动位错的相互作用规律. 研究发现: 铜镍双层膜半共格界面结构可有效提升力学性能，归因于铜镍半共格界面受载产生的柏氏矢量Shockley分位错的差异. Cu基Ni膜半共格界面上的失配位错网对压痕中产生的可动位错表现为排斥，有利于位错穿透半共格区域进入铜基中，对外表现为强化作用；Ni基Cu膜半共格界面上的失配位错网对压痕中产生的可动位错表现为吸引，阻碍位错穿透半共格区域进入镍基中，对外表现为软化作用，增强了材料抵抗变形的能力、耐磨性和韧性. 该性质差异可用Koehler提出的两种不同材料模量间镜像力理论解释. 此研究结果对铜镍多层膜作为涂层应用于微机电系统、海洋装备和航空航天等重大战略领域有着重要理论指导意义与借鉴价值.
为深入了解纳米金属多层膜在沉积法交替制备中, 因晶格失配制备出不同半共格界面的金属多层膜受载诱导的力学特性差异的机制，本文作者基于经典力学的分子动力学法，对半共格Cu基Ni膜和Ni基Cu膜两种界面结构的力学性能展开探析，揭示出多层膜半共格界面失配位错网与压痕诱导产生可动位错的相互作用规律. 研究发现: 铜镍双层膜半共格界面结构可有效提升力学性能，归因于铜镍半共格界面受载产生的柏氏矢量Shockley分位错的差异. Cu基Ni膜半共格界面上的失配位错网对压痕中产生的可动位错表现为排斥，有利于位错穿透半共格区域进入铜基中，对外表现为强化作用；Ni基Cu膜半共格界面上的失配位错网对压痕中产生的可动位错表现为吸引，阻碍位错穿透半共格区域进入镍基中，对外表现为软化作用，增强了材料抵抗变形的能力、耐磨性和韧性. 该性质差异可用Koehler提出的两种不同材料模量间镜像力理论解释. 此研究结果对铜镍多层膜作为涂层应用于微机电系统、海洋装备和航空航天等重大战略领域有着重要理论指导意义与借鉴价值.
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doi: 10.16078/j.tribology.2020175
摘要:
采用激光表面纹理化在WC-8Co上制备了微沟槽织构，通过往复式摩擦磨损试验对其与Ti6Al4V接触的耐磨性进行分析，并以无表面微沟槽织构的WC-8Co为对比样品，研究了表面微织构对WC-8Co粘结-扩散磨损特性的影响，揭示了摩擦过程中表面微织构的磨损机理. 结果表明：WC-8Co上的微沟槽对摩擦接触面具有抗粘结作用，在高接触载荷下，这种效应更为明显. 织构表面的抗粘结机制是由微沟槽包裹的碎屑产生的. 此外，与无表面微织构的WC-8Co不同，表面织构化的WC-8Co的磨损最初来源于微沟槽边缘的断裂，随后扩展到摩擦表面. 这种磨损特性归因于微沟槽边缘的高热载荷和机械应力集中，以及激光加工过程中WC晶粒长大与摩擦过程中粘结剂Co扩散的协同效应.
采用激光表面纹理化在WC-8Co上制备了微沟槽织构，通过往复式摩擦磨损试验对其与Ti6Al4V接触的耐磨性进行分析，并以无表面微沟槽织构的WC-8Co为对比样品，研究了表面微织构对WC-8Co粘结-扩散磨损特性的影响，揭示了摩擦过程中表面微织构的磨损机理. 结果表明：WC-8Co上的微沟槽对摩擦接触面具有抗粘结作用，在高接触载荷下，这种效应更为明显. 织构表面的抗粘结机制是由微沟槽包裹的碎屑产生的. 此外，与无表面微织构的WC-8Co不同，表面织构化的WC-8Co的磨损最初来源于微沟槽边缘的断裂，随后扩展到摩擦表面. 这种磨损特性归因于微沟槽边缘的高热载荷和机械应力集中，以及激光加工过程中WC晶粒长大与摩擦过程中粘结剂Co扩散的协同效应.
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doi: 10.16078/j.tribology.2020150
摘要:
利用双盘滚动摩擦磨损试验机进行了贝氏体车轮钢的滚动磨损试验，采用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)分析不同接触应力条件下贝氏体车轮钢次表层微观组织演变. 结果表明：在滚动磨损条件下，磨损机制由黏着磨损转变为疲劳磨损，增大接触应力对黏着磨损阶段的磨损量影响不大，但会显著增加疲劳磨损阶段的磨损量；贝氏体车轮钢在塑性变形的过程中，贝氏体铁素板条中位错逐渐增值、先累积形成小角度晶界，而后形成大角度晶界，使贝氏体铁素体发生细化；接触应力的大小影响表层组织的演变，当接触应力增至1 150 MPa时，晶粒细化为超细等轴晶，继续增加接触应力，组织变化并不明显. 接触应力大小会影响贝氏体车轮钢的表面硬度. 接触应力增加使贝氏体车轮钢的表面硬度增高，硬化层深度增大.
利用双盘滚动摩擦磨损试验机进行了贝氏体车轮钢的滚动磨损试验，采用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)分析不同接触应力条件下贝氏体车轮钢次表层微观组织演变. 结果表明：在滚动磨损条件下，磨损机制由黏着磨损转变为疲劳磨损，增大接触应力对黏着磨损阶段的磨损量影响不大，但会显著增加疲劳磨损阶段的磨损量；贝氏体车轮钢在塑性变形的过程中，贝氏体铁素板条中位错逐渐增值、先累积形成小角度晶界，而后形成大角度晶界，使贝氏体铁素体发生细化；接触应力的大小影响表层组织的演变，当接触应力增至1 150 MPa时，晶粒细化为超细等轴晶，继续增加接触应力，组织变化并不明显. 接触应力大小会影响贝氏体车轮钢的表面硬度. 接触应力增加使贝氏体车轮钢的表面硬度增高，硬化层深度增大.
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doi: 10.16078/j.tribology.2020198
摘要:
高速球铣加工表面通常具有一定的残留形貌，采用Matlab形貌仿真与切削加工试验研究了高速球铣加工表面微沟槽形貌的形成方法；并基于流体动压润滑理论，通过Fluent流体仿真与润滑工况下的滑动摩擦试验，研究了表面微沟槽形貌的承载能力关于滑动速度和径向切深的响应规律，并分析了减摩机理. 结果表明：当给定每齿进给量后，随着径向切深的增大，可以获得具有微沟槽特征的表面形貌. 微沟槽承载能力随着滑动速度的提高而逐渐增大；随着径向切深的提高，承载能力呈现先增后减的趋势，这是由于其与楔形效应和逆流现象交互作用影响相关，当径向切深较小时，楔形效应占主导地位，承载能力较强，随着径向切深的进一步增大，逆流现象会严重减弱楔形效应，导致微沟槽承载能力下降.
高速球铣加工表面通常具有一定的残留形貌，采用Matlab形貌仿真与切削加工试验研究了高速球铣加工表面微沟槽形貌的形成方法；并基于流体动压润滑理论，通过Fluent流体仿真与润滑工况下的滑动摩擦试验，研究了表面微沟槽形貌的承载能力关于滑动速度和径向切深的响应规律，并分析了减摩机理. 结果表明：当给定每齿进给量后，随着径向切深的增大，可以获得具有微沟槽特征的表面形貌. 微沟槽承载能力随着滑动速度的提高而逐渐增大；随着径向切深的提高，承载能力呈现先增后减的趋势，这是由于其与楔形效应和逆流现象交互作用影响相关，当径向切深较小时，楔形效应占主导地位，承载能力较强，随着径向切深的进一步增大，逆流现象会严重减弱楔形效应，导致微沟槽承载能力下降.
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doi: 10.16078/j.tribology.2020158
摘要:
基于工程应用中微点蚀与热胶合随机发生现象，阐述了两种失效模式的损伤机理，分析了两者发生模式转变的关联规律，并提出了大扭矩宽速域传动齿轮微点蚀与热胶合竞争性失效机制的理念；在润滑油膜厚度和瞬时啮合温度计算方法的基础之上，建立了两者强度校核的统一评价准则，并基于试验测试，验证了本文中所采用技术原理的合理性与正确性，最终确定了18CrNiMo7-6与普通矿物油组合的抗微点蚀与抗胶合承载能力关联校核方法；同时，结合计算分析与试验测试，给出了热胶合发生的极限啮合温度，并通过油膜厚度和表面粗糙度的比较，推荐了微点蚀设计合理的最小安全系数. 基于本文所得结论，希望能为高功率密度、宽旋转速域齿轮传动的设计提供一种分析方法.
基于工程应用中微点蚀与热胶合随机发生现象，阐述了两种失效模式的损伤机理，分析了两者发生模式转变的关联规律，并提出了大扭矩宽速域传动齿轮微点蚀与热胶合竞争性失效机制的理念；在润滑油膜厚度和瞬时啮合温度计算方法的基础之上，建立了两者强度校核的统一评价准则，并基于试验测试，验证了本文中所采用技术原理的合理性与正确性，最终确定了18CrNiMo7-6与普通矿物油组合的抗微点蚀与抗胶合承载能力关联校核方法；同时，结合计算分析与试验测试，给出了热胶合发生的极限啮合温度，并通过油膜厚度和表面粗糙度的比较，推荐了微点蚀设计合理的最小安全系数. 基于本文所得结论，希望能为高功率密度、宽旋转速域齿轮传动的设计提供一种分析方法.
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doi: 10.16078/j.tribology.2020199
摘要:
石墨烯的微观结构在其摩擦学性能中起到重要作用，而微观结构又与其合成方法密切相关. 因此，理清石墨烯的合成方法、微观结构调控策略、摩擦学性能以及润滑机理之间的关系对于开发高性能的石墨烯润滑添加剂具有重要意义. 本文作者从石墨烯润滑添加剂的合成与结构调控出发，综述了多种调控石墨烯微观结构的合成方法，归纳了石墨烯稳定分散的合成策略，阐述了石墨烯润滑添加剂的微观结构对其摩擦学性能的影响，探讨了石墨烯的微观结构演变与润滑机理，最后总结并指出石墨烯作为高性能润滑添加剂仍需研究的问题及未来的发展趋势.
石墨烯的微观结构在其摩擦学性能中起到重要作用，而微观结构又与其合成方法密切相关. 因此，理清石墨烯的合成方法、微观结构调控策略、摩擦学性能以及润滑机理之间的关系对于开发高性能的石墨烯润滑添加剂具有重要意义. 本文作者从石墨烯润滑添加剂的合成与结构调控出发，综述了多种调控石墨烯微观结构的合成方法，归纳了石墨烯稳定分散的合成策略，阐述了石墨烯润滑添加剂的微观结构对其摩擦学性能的影响，探讨了石墨烯的微观结构演变与润滑机理，最后总结并指出石墨烯作为高性能润滑添加剂仍需研究的问题及未来的发展趋势.
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doi: 10.16078/j.tribology.2020185
摘要:
为了研究微织构尺寸对滑动轴承摩擦磨损性能的影响，基于滑动轴承摩擦磨损理论模型及摩擦磨损试验，通过设计不同的微织构尺寸，研究了滑动轴承的摩擦磨损性能随微织构尺寸的变化规律. 结果表明：在摩擦磨损理论模型中，随着微织构尺寸的增加，滑动轴承润滑性能呈先提高后降低趋势，在无量纲微织构半径是\begin{document}$ \sqrt{2} $\end{document} ![]()
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为了研究微织构尺寸对滑动轴承摩擦磨损性能的影响，基于滑动轴承摩擦磨损理论模型及摩擦磨损试验，通过设计不同的微织构尺寸，研究了滑动轴承的摩擦磨损性能随微织构尺寸的变化规律. 结果表明：在摩擦磨损理论模型中，随着微织构尺寸的增加，滑动轴承润滑性能呈先提高后降低趋势，在无量纲微织构半径是
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doi: 10.16078/j.tribology.2020162
摘要:
以胆碱和杂环二酸为原料，在去离子水中原位制备了添加剂[Ch]2[Hdc]，并研究了它们的摩擦学性能、腐蚀性、水生生物毒性与分子结构之间的构效关系. 研究发现，水溶液的运动黏度随着水中生成的[Ch]2[Hdc]浓度的增加而增大，并且当[Ch]2[Hdc]的分子结构对称性较低、极性较大时，水的黏度增加值相对较大. 这是由于添加剂分子极性较大时，分子间相互作用力较大，导致溶液的黏度增幅更大. 摩擦学性能测试发现，当[Ch]2[Hdc]的浓度相对较低时，水溶液的减摩抗磨性能与[Ch]2[Hdc]分子在摩擦副表面的吸附能力有关，分子极性较大，吸附能力较强的[Ch]2[Hdc]可在摩擦副表面形成更为牢固的润滑保护膜，因而能有效改善水的减摩抗磨性能，反之则不能. 当[Ch]2[Hdc]的浓度相对较高时，水溶液的减摩性能与其黏度呈反相关关系，抗磨性能则与其黏度呈正相关关系. 这是由于润滑剂黏度相对较大时，其内摩擦力较大，因而表现出较高的摩擦系数，即较差的减摩性能；然而，黏度相对较大的润滑剂则可以在摩擦副表面形成更为牢固的润滑保护膜，因而表现出较低的磨损体积，即较好的抗磨性能. 腐蚀试验结果表明，[Ch]2[Hdc]可显著降低水对金属基底材料的腐蚀性. 毒性试验显示[Ch]2[Hdc]的对绿藻和海虾毒性远远小于传统离子液体L-B104.
以胆碱和杂环二酸为原料，在去离子水中原位制备了添加剂[Ch]2[Hdc]，并研究了它们的摩擦学性能、腐蚀性、水生生物毒性与分子结构之间的构效关系. 研究发现，水溶液的运动黏度随着水中生成的[Ch]2[Hdc]浓度的增加而增大，并且当[Ch]2[Hdc]的分子结构对称性较低、极性较大时，水的黏度增加值相对较大. 这是由于添加剂分子极性较大时，分子间相互作用力较大，导致溶液的黏度增幅更大. 摩擦学性能测试发现，当[Ch]2[Hdc]的浓度相对较低时，水溶液的减摩抗磨性能与[Ch]2[Hdc]分子在摩擦副表面的吸附能力有关，分子极性较大，吸附能力较强的[Ch]2[Hdc]可在摩擦副表面形成更为牢固的润滑保护膜，因而能有效改善水的减摩抗磨性能，反之则不能. 当[Ch]2[Hdc]的浓度相对较高时，水溶液的减摩性能与其黏度呈反相关关系，抗磨性能则与其黏度呈正相关关系. 这是由于润滑剂黏度相对较大时，其内摩擦力较大，因而表现出较高的摩擦系数，即较差的减摩性能；然而，黏度相对较大的润滑剂则可以在摩擦副表面形成更为牢固的润滑保护膜，因而表现出较低的磨损体积，即较好的抗磨性能. 腐蚀试验结果表明，[Ch]2[Hdc]可显著降低水对金属基底材料的腐蚀性. 毒性试验显示[Ch]2[Hdc]的对绿藻和海虾毒性远远小于传统离子液体L-B104.
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doi: 10.16078/j.tribology.2021157
摘要:
微动疲劳是矿井提升钢丝绳主要失效形式之一，在钢丝微动疲劳过程中，微动磨损严重影响钢丝微动疲劳裂纹扩展特性，进而制约钢丝微动疲劳断裂机制，故开展考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测研究至关重要. 运用自制钢丝微动疲劳试验机开展钢丝微动疲劳试验和拉伸断裂试验，通过高速度数码显微系统揭示微动疲劳过程中钢丝微动磨损演化、裂纹萌生和扩展及断裂特性，基于摩擦学和断裂力学理论，运用有限元法、循环迭代法和虚拟裂纹闭合技术建立了考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测模型，并进行试验验证. 结果表明：采用微动疲劳过程稳定阶段磨损系数预测钢丝微动磨损演化可保证预测正确性，微动疲劳过程中钢丝主要为I型裂纹扩展模式，考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测值和试验值吻合较好，验证了预测模型正确性.
微动疲劳是矿井提升钢丝绳主要失效形式之一，在钢丝微动疲劳过程中，微动磨损严重影响钢丝微动疲劳裂纹扩展特性，进而制约钢丝微动疲劳断裂机制，故开展考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测研究至关重要. 运用自制钢丝微动疲劳试验机开展钢丝微动疲劳试验和拉伸断裂试验，通过高速度数码显微系统揭示微动疲劳过程中钢丝微动磨损演化、裂纹萌生和扩展及断裂特性，基于摩擦学和断裂力学理论，运用有限元法、循环迭代法和虚拟裂纹闭合技术建立了考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测模型，并进行试验验证. 结果表明：采用微动疲劳过程稳定阶段磨损系数预测钢丝微动磨损演化可保证预测正确性，微动疲劳过程中钢丝主要为I型裂纹扩展模式，考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测值和试验值吻合较好，验证了预测模型正确性.
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doi: 10.16078/j.tribology.2020143
摘要:
建立迷宫-蜂窝混合型密封三维数值分析模型，研究密封在阻塞/非阻塞流动状态及不同偏心率下静态稳定性与泄漏特性，并与传统迷宫密封进行对比分析. 结果表明：两种不同结构型式的密封泄漏量均随偏心率的增大而增加，但迷宫-蜂窝混合型密封相较于传统迷宫密封有更好的封严性能. 在阻塞与非阻塞状态下，两种密封均表现为负的静态刚度系数，系统易产生静态失稳现象. 与传统迷宫密封相比，迷宫-蜂窝混合型密封静态刚度系数绝对值较小，稳定性较高.
建立迷宫-蜂窝混合型密封三维数值分析模型，研究密封在阻塞/非阻塞流动状态及不同偏心率下静态稳定性与泄漏特性，并与传统迷宫密封进行对比分析. 结果表明：两种不同结构型式的密封泄漏量均随偏心率的增大而增加，但迷宫-蜂窝混合型密封相较于传统迷宫密封有更好的封严性能. 在阻塞与非阻塞状态下，两种密封均表现为负的静态刚度系数，系统易产生静态失稳现象. 与传统迷宫密封相比，迷宫-蜂窝混合型密封静态刚度系数绝对值较小，稳定性较高.
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doi: 10.16078/j.tribology.2020180
摘要:
针对工业领域对新型高强高耐磨金属材料的需求，制备了(CuMnNi)100-xAlx (x＝0, 5, 10, 15)系列高熵铜合金，研究了Al含量对高熵铜合金的物相组成、显微组织、力学性能和摩擦磨损性能的影响. 结果表明：CuMnNi高熵合金仅由面心立方结构(FCC)的高熵固溶体相组成，Al元素的添加对合金基体FCC相产生了强烈的固溶强化作用，并促进了体心立方(BCC)相形成. FCC相具有良好的塑性和韧性，而BCC相具有高强度和高硬度，两者共同作用使(CuMnNi)100-xAlx系列高熵铜合金的强度随Al含量增加而提高，而塑性和韧性不断降低. 其中，(CuMnNi)90Al10高熵铜合金中FCC相和BCC相的含量达到最佳匹配，使其具有优异的综合力学性能. 室温下，得益于优异的力学性能和硬质BCC相良好的抗磨作用，(CuMnNi)90Al10高熵铜合金的耐磨性优于常规耐磨铝青铜C6161，磨粒磨损为其主要磨损机制.
针对工业领域对新型高强高耐磨金属材料的需求，制备了(CuMnNi)100-xAlx (x＝0, 5, 10, 15)系列高熵铜合金，研究了Al含量对高熵铜合金的物相组成、显微组织、力学性能和摩擦磨损性能的影响. 结果表明：CuMnNi高熵合金仅由面心立方结构(FCC)的高熵固溶体相组成，Al元素的添加对合金基体FCC相产生了强烈的固溶强化作用，并促进了体心立方(BCC)相形成. FCC相具有良好的塑性和韧性，而BCC相具有高强度和高硬度，两者共同作用使(CuMnNi)100-xAlx系列高熵铜合金的强度随Al含量增加而提高，而塑性和韧性不断降低. 其中，(CuMnNi)90Al10高熵铜合金中FCC相和BCC相的含量达到最佳匹配，使其具有优异的综合力学性能. 室温下，得益于优异的力学性能和硬质BCC相良好的抗磨作用，(CuMnNi)90Al10高熵铜合金的耐磨性优于常规耐磨铝青铜C6161，磨粒磨损为其主要磨损机制.
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doi: 10.16078/j.tribology.2020087
摘要:
提出了一种固体表面热变形求解新方法(ITD)，由此研究了热变形对高速点接触弹流润滑行为的影响. 为此，基于计入流体惯性项的Reynolds方程获得了油膜压力，采用追赶法对润滑剂和接触固体的温度进行了求解，进而研究了不同工况下有无热变形的高速点接触非牛顿热弹流润滑性能. 采用有限元法和离散累加法对ITD法进行了验证，通过中心膜厚试验验证了考虑热变形的正确性. 结果表明：ITD法可准确快速地计算表面热变形；考虑热变形后，油膜厚度降低且向油膜出口倾斜，考虑热变形后的中心膜厚更接近试验结果.
提出了一种固体表面热变形求解新方法(ITD)，由此研究了热变形对高速点接触弹流润滑行为的影响. 为此，基于计入流体惯性项的Reynolds方程获得了油膜压力，采用追赶法对润滑剂和接触固体的温度进行了求解，进而研究了不同工况下有无热变形的高速点接触非牛顿热弹流润滑性能. 采用有限元法和离散累加法对ITD法进行了验证，通过中心膜厚试验验证了考虑热变形的正确性. 结果表明：ITD法可准确快速地计算表面热变形；考虑热变形后，油膜厚度降低且向油膜出口倾斜，考虑热变形后的中心膜厚更接近试验结果.
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doi: 10.16078/j.tribology.2020200
摘要:
使用离子液体[EMIm]BF4分散多壁碳纳米管(MWCNTs)，再以[EMIm]BF4-阿拉伯树胶(GA)为添加剂分散二硫化钼(MoS2)，二者的水溶液复配得到复合纳米流体. 采用拉曼光谱分析了MWCNTs的改性度，通过吸光度和粒度对复合纳米流体的分散与悬浮稳定性进行了表征. 对不同纳米颗粒配比的复合纳米流体润湿性能和摩擦学性能进行测试，结果表明：MWCNTs和MoS2质量分数为0.6%、1.2%时复合纳米流体的铺展成膜能力最好，其接触角约为63.04°，相比于去离子水降低了23.55%. 摩擦磨损测试结果也表明此配比下的减摩抗磨性能最佳，平均摩擦系数为0.073，比去离子水降低了61.98%，同时体积磨损率降低了67.87%. 磨痕形貌观测表明，最优配比下磨痕浅，且表面光滑、无犁沟. X射线光电子能谱(XPS)表明MWCNTs和MoS2共同参与摩擦并在基底成膜，由此协同实现了高效润滑.
使用离子液体[EMIm]BF4分散多壁碳纳米管(MWCNTs)，再以[EMIm]BF4-阿拉伯树胶(GA)为添加剂分散二硫化钼(MoS2)，二者的水溶液复配得到复合纳米流体. 采用拉曼光谱分析了MWCNTs的改性度，通过吸光度和粒度对复合纳米流体的分散与悬浮稳定性进行了表征. 对不同纳米颗粒配比的复合纳米流体润湿性能和摩擦学性能进行测试，结果表明：MWCNTs和MoS2质量分数为0.6%、1.2%时复合纳米流体的铺展成膜能力最好，其接触角约为63.04°，相比于去离子水降低了23.55%. 摩擦磨损测试结果也表明此配比下的减摩抗磨性能最佳，平均摩擦系数为0.073，比去离子水降低了61.98%，同时体积磨损率降低了67.87%. 磨痕形貌观测表明，最优配比下磨痕浅，且表面光滑、无犁沟. X射线光电子能谱(XPS)表明MWCNTs和MoS2共同参与摩擦并在基底成膜，由此协同实现了高效润滑.
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doi: 10.16078/j.tribology.2020137
摘要:
通过固液界面摩擦力测试装置研究了微液滴在PDMS软基体表面运动时的动态摩擦学行为，并对微液滴体积、滑移速度及软基体力学性能对固液界面动态摩擦行为的影响进行了分析. 结果表明：微液滴在软基体表面运动时表现出最大静摩擦力和动态摩擦力. 最大静摩擦力与微液滴黏度和速度梯度呈正比，动态摩擦力与微液滴体积、滑动速度和基体力学性能有关. 随着微液滴体积的增加，三相接触线长度增加，动态摩擦力增加；随着相对滑动速度增加，三相接触线长度及接触角滞后增加，动态摩擦力增加；随着软基体弹性模量降低，固液界面黏附力增加，固液界面运动能量耗散增加，动态摩擦力增加. 研究结果可为PDMS软基体表面微液滴的精确驱动和运动参数优化提供理论指导，也可进一步丰富固液界面摩擦理论.
通过固液界面摩擦力测试装置研究了微液滴在PDMS软基体表面运动时的动态摩擦学行为，并对微液滴体积、滑移速度及软基体力学性能对固液界面动态摩擦行为的影响进行了分析. 结果表明：微液滴在软基体表面运动时表现出最大静摩擦力和动态摩擦力. 最大静摩擦力与微液滴黏度和速度梯度呈正比，动态摩擦力与微液滴体积、滑动速度和基体力学性能有关. 随着微液滴体积的增加，三相接触线长度增加，动态摩擦力增加；随着相对滑动速度增加，三相接触线长度及接触角滞后增加，动态摩擦力增加；随着软基体弹性模量降低，固液界面黏附力增加，固液界面运动能量耗散增加，动态摩擦力增加. 研究结果可为PDMS软基体表面微液滴的精确驱动和运动参数优化提供理论指导，也可进一步丰富固液界面摩擦理论.
2021, 41(4): 447 -454
doi: 10.16078/j.tribology.2020197
摘要:
作者在本文中主要研究了热效应对复合锂基润滑脂基础脂以及含有二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)的复合锂基润滑脂微观结构、润滑性能以及流变学性能的影响规律. 复合锂基润滑脂经120和150 ℃恒温热处理24 h后，对其外观、红外光谱、边界润滑性能、弹流润滑性能和流变学性能进行了测试. 研究结果表明：120 ℃热处理对复合锂基润滑脂性能影响较小，但基础脂以及含有抗磨添加剂的润滑脂在经历150 ℃热处理后，增稠剂纤维结构变得更为松散，发生明显断裂、网状结构严重破坏，在150 ℃下含有添加剂的复合锂润滑脂的结构强度和触变性明显变差. 上述研究表明，高温条件下的热效应对润滑脂微观结构破坏更大，更容易造成润滑脂性能的显著变化.
作者在本文中主要研究了热效应对复合锂基润滑脂基础脂以及含有二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)的复合锂基润滑脂微观结构、润滑性能以及流变学性能的影响规律. 复合锂基润滑脂经120和150 ℃恒温热处理24 h后，对其外观、红外光谱、边界润滑性能、弹流润滑性能和流变学性能进行了测试. 研究结果表明：120 ℃热处理对复合锂基润滑脂性能影响较小，但基础脂以及含有抗磨添加剂的润滑脂在经历150 ℃热处理后，增稠剂纤维结构变得更为松散，发生明显断裂、网状结构严重破坏，在150 ℃下含有添加剂的复合锂润滑脂的结构强度和触变性明显变差. 上述研究表明，高温条件下的热效应对润滑脂微观结构破坏更大，更容易造成润滑脂性能的显著变化.
2021, 41(4): 455 -466
doi: 10.16078/j.tribology.2020182
摘要:
制备了具有良好摩擦学性能和优异耐腐蚀性能的聚酰胺酰亚胺/聚四氟乙烯(PAI/PTFE)多功能复合涂层. 采用CSM摩擦磨损试验机评估了涂层的摩擦学性能，采用P4000A电化学工作站研究了PAI/PTFE复合涂层在质量分数为3.5% NaCl溶液中的抗电化学腐蚀性能. 重点研究了PTFE与PAI的固体质量比对涂层摩擦学性能和耐腐蚀性能的影响. 结果表明：适量PTFE的引入极大增强了PAI涂层的摩擦学性能和耐腐蚀性能. 特别是，当PTFE与PAI的固体质量比为0.6时，涂层的摩擦学性能最佳，摩擦系数为0.075，磨损率为3.72×10-6 mm3/(N·m). 当PTFE与PAI的固体质量比为1时，复合涂层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中浸泡240 h后涂层的低频阻抗值∣Z∣0.01 Hz高达3.83×109 Ω∙cm2，仍表现出较好的耐腐蚀性能. 此外，经过240 h中性盐雾试验，复合涂层表面没有出现起泡、生锈等现象. 复合涂层具有如此优异的摩擦学性能和耐腐蚀性能归因于PTFE优异的润滑性能以及涂层对腐蚀介质阻隔性能的增强.
制备了具有良好摩擦学性能和优异耐腐蚀性能的聚酰胺酰亚胺/聚四氟乙烯(PAI/PTFE)多功能复合涂层. 采用CSM摩擦磨损试验机评估了涂层的摩擦学性能，采用P4000A电化学工作站研究了PAI/PTFE复合涂层在质量分数为3.5% NaCl溶液中的抗电化学腐蚀性能. 重点研究了PTFE与PAI的固体质量比对涂层摩擦学性能和耐腐蚀性能的影响. 结果表明：适量PTFE的引入极大增强了PAI涂层的摩擦学性能和耐腐蚀性能. 特别是，当PTFE与PAI的固体质量比为0.6时，涂层的摩擦学性能最佳，摩擦系数为0.075，磨损率为3.72×10-6 mm3/(N·m). 当PTFE与PAI的固体质量比为1时，复合涂层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中浸泡240 h后涂层的低频阻抗值∣Z∣0.01 Hz高达3.83×109 Ω∙cm2，仍表现出较好的耐腐蚀性能. 此外，经过240 h中性盐雾试验，复合涂层表面没有出现起泡、生锈等现象. 复合涂层具有如此优异的摩擦学性能和耐腐蚀性能归因于PTFE优异的润滑性能以及涂层对腐蚀介质阻隔性能的增强.
2021, 41(4): 467 -473
doi: 10.16078/j.tribology.2020140
摘要:
采用圆锥形压头对紫铜进行划痕试验，并通过三维表面形貌仪获取划痕的三维形貌，研究正压力的变化对划痕沟槽所产生的影响. 结果表明：正压力的增大，使得划痕宽度和深度均线性增加，当正压力较大时，位错墙的形成使划痕深度出现周期性的波动，同时压头划刻过程伴有划痕两侧和前端的材料堆积现象，前端堆积高度和厚度、两侧堆积高度和宽度随着正压力的增加而线性增大. 通过“切削与塑性比”说明了压头对紫铜的刻划存在微犁耕和微切削两种变形机制，并且微切削机制在划刻过程中占主导地位. 磨损率随着载荷增加而线性增大，但划痕硬度不随载荷的变化而改变，约为0.77 GPa.
采用圆锥形压头对紫铜进行划痕试验，并通过三维表面形貌仪获取划痕的三维形貌，研究正压力的变化对划痕沟槽所产生的影响. 结果表明：正压力的增大，使得划痕宽度和深度均线性增加，当正压力较大时，位错墙的形成使划痕深度出现周期性的波动，同时压头划刻过程伴有划痕两侧和前端的材料堆积现象，前端堆积高度和厚度、两侧堆积高度和宽度随着正压力的增加而线性增大. 通过“切削与塑性比”说明了压头对紫铜的刻划存在微犁耕和微切削两种变形机制，并且微切削机制在划刻过程中占主导地位. 磨损率随着载荷增加而线性增大，但划痕硬度不随载荷的变化而改变，约为0.77 GPa.
2021, 41(4): 474 -483
doi: 10.16078/j.tribology.2020148
摘要:
电枢与轨道间摩擦磨损直接影响着枢轨接触状态，进而影响着电磁轨道发射装置的使用寿命和发射效率. 因此针对焦耳热与摩擦热作用下接触面温度纵向扩散特性，建立温度作用下Archard磨损模型分析温度对枢轨间磨损的影响. 结果表明：枢轨间磨损量主要发生在电枢表面，且最大磨损量集中在电枢尾翼边缘区域. 随着电枢运动过程，枢轨表面温度逐渐升高，接触区域材料的弹性模量和硬度降低，枢轨间磨损量增大. 接触表面磨损量增大也反映出了枢轨接触面温度升高加速了电枢表面的烧蚀.
电枢与轨道间摩擦磨损直接影响着枢轨接触状态，进而影响着电磁轨道发射装置的使用寿命和发射效率. 因此针对焦耳热与摩擦热作用下接触面温度纵向扩散特性，建立温度作用下Archard磨损模型分析温度对枢轨间磨损的影响. 结果表明：枢轨间磨损量主要发生在电枢表面，且最大磨损量集中在电枢尾翼边缘区域. 随着电枢运动过程，枢轨表面温度逐渐升高，接触区域材料的弹性模量和硬度降低，枢轨间磨损量增大. 接触表面磨损量增大也反映出了枢轨接触面温度升高加速了电枢表面的烧蚀.
2021, 41(4): 484 -492
doi: 10.16078/j.tribology.2020189
摘要:
利用中频磁控溅射系统制备a-C:H润滑薄膜，并使用球-盘摩擦机考察了空气和干燥氮气(N2)氛围中a-C:H薄膜摩擦行为的差异，讨论了随着摩擦时间增加，薄膜上磨痕及Al2O3对偶球上转移膜的结构变化对摩擦行为的影响. 试验结果显示：a-C:H薄膜在干燥氮气中摩擦具有比在空气中更低的摩擦系数和更长的磨损寿命. 微观结构分析表明，转移膜可以起到降低摩擦的作用，在干燥氮气中，随着摩擦进行，Al2O3对偶球上逐渐形成具有典型DLC特征的碳转移膜并稳定地存在，这是摩擦性能进一步提高的原因. 此外，在干燥氮气中摩擦，磨痕表面和对偶球上转移膜表面结构均趋于“石墨化”. 上述二者的共同作用使得a-C:H薄膜在N2环境下比在空气中更低的摩擦磨损.
利用中频磁控溅射系统制备a-C:H润滑薄膜，并使用球-盘摩擦机考察了空气和干燥氮气(N2)氛围中a-C:H薄膜摩擦行为的差异，讨论了随着摩擦时间增加，薄膜上磨痕及Al2O3对偶球上转移膜的结构变化对摩擦行为的影响. 试验结果显示：a-C:H薄膜在干燥氮气中摩擦具有比在空气中更低的摩擦系数和更长的磨损寿命. 微观结构分析表明，转移膜可以起到降低摩擦的作用，在干燥氮气中，随着摩擦进行，Al2O3对偶球上逐渐形成具有典型DLC特征的碳转移膜并稳定地存在，这是摩擦性能进一步提高的原因. 此外，在干燥氮气中摩擦，磨痕表面和对偶球上转移膜表面结构均趋于“石墨化”. 上述二者的共同作用使得a-C:H薄膜在N2环境下比在空气中更低的摩擦磨损.
2021, 41(4): 493 -502
doi: 10.16078/j.tribology.2020091
摘要:
使用自行设计并加工的低温海冰冲蚀磨损试验机研究了船用低温钢板DH32在模拟极地破冰环境下不同船速条件下的耐海冰冲蚀磨损性能. 利用失重法研究了不同转速下的冲蚀磨损失重率，通过扫描电子显微镜和白光干涉显微镜对材料冲蚀磨损后的微观组织形貌和表面3D形貌轮廓进行观察，并讨论了不同冰水比的冰载荷冲蚀磨损-腐蚀机理. 结果表明：随着模拟船速的不断增加，DH32钢的冲蚀磨损失重率也随之增大. 当转速为3.3 m/s(模拟船速6节)、冰水比为1∶2时，DH32钢样的冲蚀磨损失重率升高幅度最大，达到12%，其在海冰条件下冲蚀磨损以冲蚀磨损坑、犁削、犁沟以及滑坑等失效机理为主. 另外，文中还讨论了常温下砂粒冲蚀磨损和不同冰水比的冰载荷冲蚀磨损的对照性，为后续制定与海冰载荷相关的材料冲蚀磨损标准提供数据支持. 试验证实，以5.5 m/s在43%(质量分数)石英砂+海水溶液中进行冲蚀磨损试验可以近似模拟2∶1冰水比条件下海冰冲蚀磨损对材料破坏作用.
使用自行设计并加工的低温海冰冲蚀磨损试验机研究了船用低温钢板DH32在模拟极地破冰环境下不同船速条件下的耐海冰冲蚀磨损性能. 利用失重法研究了不同转速下的冲蚀磨损失重率，通过扫描电子显微镜和白光干涉显微镜对材料冲蚀磨损后的微观组织形貌和表面3D形貌轮廓进行观察，并讨论了不同冰水比的冰载荷冲蚀磨损-腐蚀机理. 结果表明：随着模拟船速的不断增加，DH32钢的冲蚀磨损失重率也随之增大. 当转速为3.3 m/s(模拟船速6节)、冰水比为1∶2时，DH32钢样的冲蚀磨损失重率升高幅度最大，达到12%，其在海冰条件下冲蚀磨损以冲蚀磨损坑、犁削、犁沟以及滑坑等失效机理为主. 另外，文中还讨论了常温下砂粒冲蚀磨损和不同冰水比的冰载荷冲蚀磨损的对照性，为后续制定与海冰载荷相关的材料冲蚀磨损标准提供数据支持. 试验证实，以5.5 m/s在43%(质量分数)石英砂+海水溶液中进行冲蚀磨损试验可以近似模拟2∶1冰水比条件下海冰冲蚀磨损对材料破坏作用.
2021, 41(4): 503 -511
doi: 10.16078/j.tribology.2020187
摘要:
通过γ射线辐照聚苯酯改性聚四氟乙烯(PTFE/POB)复合材料，利用红外光谱、X射线衍射、DSC等对辐照前后材料的化学组成、结晶结构等进行了表征，并与γ射线辐照纯PTFE材料作对比，考察了热稳定性能、拉伸性能和摩擦磨损性能. 结果表明：γ射线辐照并未造成PTFE/POB 材料的化学组成和热稳定性能的明显变化，但使得PTFE分子量降低，结晶度增大；相比纯的PTFE材料，POB的加入一定程度上提高了PTFE的抗辐照能力，延缓了PTFE分子量下降程度和再结晶化能力. 辐照对PTFE/POB材料的耐磨性能影响并不显著，但摩擦系数均有不同程度的降低，且随着辐照剂量的增大，呈现先增大后减小的变化趋势，这与辐照后PTFE的分子量、结晶度及带晶尺寸变化，以及POB自身的抗辐照能力等密切相关.
通过γ射线辐照聚苯酯改性聚四氟乙烯(PTFE/POB)复合材料，利用红外光谱、X射线衍射、DSC等对辐照前后材料的化学组成、结晶结构等进行了表征，并与γ射线辐照纯PTFE材料作对比，考察了热稳定性能、拉伸性能和摩擦磨损性能. 结果表明：γ射线辐照并未造成PTFE/POB 材料的化学组成和热稳定性能的明显变化，但使得PTFE分子量降低，结晶度增大；相比纯的PTFE材料，POB的加入一定程度上提高了PTFE的抗辐照能力，延缓了PTFE分子量下降程度和再结晶化能力. 辐照对PTFE/POB材料的耐磨性能影响并不显著，但摩擦系数均有不同程度的降低，且随着辐照剂量的增大，呈现先增大后减小的变化趋势，这与辐照后PTFE的分子量、结晶度及带晶尺寸变化，以及POB自身的抗辐照能力等密切相关.
2021, 41(4): 512 -521
doi: 10.16078/j.tribology.2020273
摘要:
利用液滴冲蚀试验装置，开展了泡沫镍/聚氨酯双连续复合材料和纯聚氨酯的液滴冲蚀试验研究，并采用PIV系统，测量了液滴冲蚀中液滴速度和直径. 结果表明：随着冲击能量的增加，复合材料表现出比纯聚氨酯更好的抗液滴冲蚀性能；泡沫镍结构参数对复合材料的液滴冲蚀行为有重要影响，泡沫镍孔径越小、体密度越大，复合材料的抗冲蚀能力越强；密集的金属骨架能有效阻挡高速液滴的破坏作用，并为树脂基体提供较强的阴影保护效应和地毯保护效应，显著提高复合材料的抗冲蚀性能.
利用液滴冲蚀试验装置，开展了泡沫镍/聚氨酯双连续复合材料和纯聚氨酯的液滴冲蚀试验研究，并采用PIV系统，测量了液滴冲蚀中液滴速度和直径. 结果表明：随着冲击能量的增加，复合材料表现出比纯聚氨酯更好的抗液滴冲蚀性能；泡沫镍结构参数对复合材料的液滴冲蚀行为有重要影响，泡沫镍孔径越小、体密度越大，复合材料的抗冲蚀能力越强；密集的金属骨架能有效阻挡高速液滴的破坏作用，并为树脂基体提供较强的阴影保护效应和地毯保护效应，显著提高复合材料的抗冲蚀性能.
2021, 41(4): 522 -531
doi: 10.16078/j.tribology.2020193
摘要:
采用原位聚合法制备了聚四氟乙烯@二氧化硅(PTFE@SiO2)复合粒子. 利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、粒径分布仪以及傅立叶红外光谱仪(FTIR)对复合粒子的形貌、粒径分布和组成结构进行了分析. 结果表明：所制备的复合粒子呈核壳型复合结构，粒子尺寸处于亚微米级别. 分散性试验表明：该粒子在水中具有良好的分散性和稳定性. 利用LSR-2M往复式摩擦磨损试验机测试了不同试验条件下复合粒子在水环境中的摩擦学性能，结果表明：在常温、0.019 m/s滑动速率以及0.2 μm的钢盘粗糙度下，PTFE@SiO2润滑剂具有最佳的摩擦学性能；相比于纯水和添加了PTFE/SiO2的润滑剂，其摩擦系数降低了近80%，磨损体积减小了1~2个数量级. 分析表明：PTFE@SiO2复合粒子优异的水润滑性能主要与核壳结构的存在以及在摩擦过程中形成的高质量转移膜密切相关.
采用原位聚合法制备了聚四氟乙烯@二氧化硅(PTFE@SiO2)复合粒子. 利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、粒径分布仪以及傅立叶红外光谱仪(FTIR)对复合粒子的形貌、粒径分布和组成结构进行了分析. 结果表明：所制备的复合粒子呈核壳型复合结构，粒子尺寸处于亚微米级别. 分散性试验表明：该粒子在水中具有良好的分散性和稳定性. 利用LSR-2M往复式摩擦磨损试验机测试了不同试验条件下复合粒子在水环境中的摩擦学性能，结果表明：在常温、0.019 m/s滑动速率以及0.2 μm的钢盘粗糙度下，PTFE@SiO2润滑剂具有最佳的摩擦学性能；相比于纯水和添加了PTFE/SiO2的润滑剂，其摩擦系数降低了近80%，磨损体积减小了1~2个数量级. 分析表明：PTFE@SiO2复合粒子优异的水润滑性能主要与核壳结构的存在以及在摩擦过程中形成的高质量转移膜密切相关.
2021, 41(4): 532 -542
doi: 10.16078/j.tribology.2020152
摘要:
干气密封推环用密封圈关系到补偿环的浮动性和追随性. 通过建立弹簧蓄能密封圈的二维轴对称等效模型，对有、无凸台两种结构的弹簧蓄能密封圈，模拟了不同工况下的密封特性及摩擦特性. 研究表明：两种结构弹簧蓄能密封圈的峰值接触压力随介质压力、预压缩率的增加而增大，都具有良好的自紧密封特性. 推环微动时密封圈的摩擦力较大，不能忽略. 推环轴向微动时，有凸台结构与无台结构的弹簧蓄能密封圈表现出不同摩擦行为；无台弹簧蓄能密封圈，在推环沿±Z方向微动时，摩擦特性曲线相似. 而有凸台的弹簧蓄能密封圈，当推环沿Z方向微动时，分离距离更大；推环沿-Z方向微动时，具有更小的最大静摩擦力，且滑动摩擦力与最大静摩擦力差值较小，滑动平稳，有利于补偿环恢复到设计工作位置.
干气密封推环用密封圈关系到补偿环的浮动性和追随性. 通过建立弹簧蓄能密封圈的二维轴对称等效模型，对有、无凸台两种结构的弹簧蓄能密封圈，模拟了不同工况下的密封特性及摩擦特性. 研究表明：两种结构弹簧蓄能密封圈的峰值接触压力随介质压力、预压缩率的增加而增大，都具有良好的自紧密封特性. 推环微动时密封圈的摩擦力较大，不能忽略. 推环轴向微动时，有凸台结构与无台结构的弹簧蓄能密封圈表现出不同摩擦行为；无台弹簧蓄能密封圈，在推环沿±Z方向微动时，摩擦特性曲线相似. 而有凸台的弹簧蓄能密封圈，当推环沿Z方向微动时，分离距离更大；推环沿-Z方向微动时，具有更小的最大静摩擦力，且滑动摩擦力与最大静摩擦力差值较小，滑动平稳，有利于补偿环恢复到设计工作位置.
2021, 41(4): 543 -552
doi: 10.16078/j.tribology.2020119
摘要:
建立交错式扇贝阻尼密封三维数值分析模型，基于动网格及多频椭圆涡动模型研究密封动力特性沿轴向分布规律，计算分析错开角度(α=0°、11.25°、22.5°、33.75°)与密封腔深度(h=2.8、3.3、3.8和4.3 mm)对密封动力特性的影响. 结果表明：上游腔室(C1~C4)具有较大的正直接刚度和有效阻尼，对抑制转子涡动、提升系统稳定性的贡献相对较大. 相对并列式(α=0°)结构，交错式扇贝阻尼密封流体周向速度较小、湍流耗散增加，系统稳定性提升，同时密封泄漏量降低. 错开角度为33.75°时的有效阻尼约为0°时的111%~121%；错开角度为22.5°时的泄漏量相较于0°时约降低了2.11%. 有效阻尼随密封腔深度减小而增大，密封腔深度为2.8 mm时的有效阻尼约为4.3 mm时的146%~211%；密封泄漏量随密封腔深度增大而降低，密封腔深度为4.3 mm时的泄漏量相较于2.8 mm时降低了约3.73%.
建立交错式扇贝阻尼密封三维数值分析模型，基于动网格及多频椭圆涡动模型研究密封动力特性沿轴向分布规律，计算分析错开角度(α=0°、11.25°、22.5°、33.75°)与密封腔深度(h=2.8、3.3、3.8和4.3 mm)对密封动力特性的影响. 结果表明：上游腔室(C1~C4)具有较大的正直接刚度和有效阻尼，对抑制转子涡动、提升系统稳定性的贡献相对较大. 相对并列式(α=0°)结构，交错式扇贝阻尼密封流体周向速度较小、湍流耗散增加，系统稳定性提升，同时密封泄漏量降低. 错开角度为33.75°时的有效阻尼约为0°时的111%~121%；错开角度为22.5°时的泄漏量相较于0°时约降低了2.11%. 有效阻尼随密封腔深度减小而增大，密封腔深度为2.8 mm时的有效阻尼约为4.3 mm时的146%~211%；密封泄漏量随密封腔深度增大而降低，密封腔深度为4.3 mm时的泄漏量相较于2.8 mm时降低了约3.73%.
2021, 41(4): 553 -563
doi: 10.16078/j.tribology.2020154
摘要:
针对含不均匀组织ER8车轮服役过程中过早出现滚动接触疲劳(RCF)损伤这一实际问题，通过RCF试验，获得了车轮不均匀组织和正常组织的RCF极限；利用光学显微镜(OM)和透射电镜(TEM)重点表征了RCF裂纹萌生处的微观组织. 借助扫描电镜(SEM)和原位拉伸试验台测试了两种组织的弹、塑性能并原位观察了裂纹的扩展行为. 结果表明：车轮踏面不均匀组织的RCF极限低于轮辋正常组织，不均匀组织中除车轮正常组织应有的珠光体和先共析铁素体组织外，还存在大量的上贝氏体，上贝氏体的存在破坏了车轮正常组织的连续均匀性. RCF裂纹的萌生和扩展主要发生在上贝和正常组织的边界处，上贝氏体的硬度、弹性高于正常组织，但塑性小于正常组织，在相同接触应力作用下，两者弹-塑性变形的不协调是导致其组织边界处产生应力集中，进而诱发并促进疲劳裂纹的萌生和扩展，加速车轮RCF损伤出现的主要原因.
针对含不均匀组织ER8车轮服役过程中过早出现滚动接触疲劳(RCF)损伤这一实际问题，通过RCF试验，获得了车轮不均匀组织和正常组织的RCF极限；利用光学显微镜(OM)和透射电镜(TEM)重点表征了RCF裂纹萌生处的微观组织. 借助扫描电镜(SEM)和原位拉伸试验台测试了两种组织的弹、塑性能并原位观察了裂纹的扩展行为. 结果表明：车轮踏面不均匀组织的RCF极限低于轮辋正常组织，不均匀组织中除车轮正常组织应有的珠光体和先共析铁素体组织外，还存在大量的上贝氏体，上贝氏体的存在破坏了车轮正常组织的连续均匀性. RCF裂纹的萌生和扩展主要发生在上贝和正常组织的边界处，上贝氏体的硬度、弹性高于正常组织，但塑性小于正常组织，在相同接触应力作用下，两者弹-塑性变形的不协调是导致其组织边界处产生应力集中，进而诱发并促进疲劳裂纹的萌生和扩展，加速车轮RCF损伤出现的主要原因.
2021, 41(4): 564 -571
doi: 10.16078/j.tribology.2020196
摘要:
丁腈橡胶(NBR)是一种优异的水润滑减摩耐磨材料，但硬质颗粒的介入对其产生较大的材料损失. 利用硅烷偶联剂TESPT改性纳米SiO2颗粒，并填充至NBR基体，获得改性纳米SiO2/NBR标记为NBR-1. 改性后的纳米SiO2颗粒在NBR基体中均匀分散. 将纳米SiO2颗粒、微米SiO2颗粒填充至NBR基体标记为NBR-2、NBR-3作为对照组. 三种复合材料在武汉理工大学自制的SSB-100型摩擦磨损试验机上进行沙水润滑工况下的摩擦磨损试验. 结果表明：三种复合材料在沙水工况下摩擦系数均随载荷和转速的增加而下降. 在相同的载荷和转速条件下，NBR-1的摩擦性能最为优异. 对比三种材料的耐沙磨损性能，沙粒对NBR表面的磨损主要为犁沟磨损，NBR-2和NBR-3材料磨损量远远大于NBR-1，NBR-1材料更适用于含沙水区域.
丁腈橡胶(NBR)是一种优异的水润滑减摩耐磨材料，但硬质颗粒的介入对其产生较大的材料损失. 利用硅烷偶联剂TESPT改性纳米SiO2颗粒，并填充至NBR基体，获得改性纳米SiO2/NBR标记为NBR-1. 改性后的纳米SiO2颗粒在NBR基体中均匀分散. 将纳米SiO2颗粒、微米SiO2颗粒填充至NBR基体标记为NBR-2、NBR-3作为对照组. 三种复合材料在武汉理工大学自制的SSB-100型摩擦磨损试验机上进行沙水润滑工况下的摩擦磨损试验. 结果表明：三种复合材料在沙水工况下摩擦系数均随载荷和转速的增加而下降. 在相同的载荷和转速条件下，NBR-1的摩擦性能最为优异. 对比三种材料的耐沙磨损性能，沙粒对NBR表面的磨损主要为犁沟磨损，NBR-2和NBR-3材料磨损量远远大于NBR-1，NBR-1材料更适用于含沙水区域.
2021, 41(4): 572 -582
doi: 10.16078/j.tribology.2020170
摘要:
氢气作为一种清洁、高效、可持续的二次能源，在未来我国终端能源体系占比至少10%，以氢能作为汽车和飞机动力学系统燃料的研究成为热点. 机械运动部件表界面与氢介质将发生复杂的物理化学反应，影响着机械运动接触面的摩擦学行为，使役过程中氢致疲劳、磨损及腐蚀失效行为，严重制约着机械动力部件运行稳定性、可靠性和安全性. 本文中重点调研了国际上氢气气氛环境下机械运动部件材料的摩擦磨损行为研究进展，总结了氢气环境下聚合物基、陶瓷基、金属基及低维度固体颗粒材料的摩擦磨损行为及其损伤失效演变规律，进一步阐述了摩擦工况下氢气和其他气体介质共存与使役材料的摩擦学行为之间的关联性. 从摩擦学角度提出了抑制氢致损伤的可行性关键技术及防护材料，并对未来涉氢机械部件服役安全性的科学问题进行了展望.
氢气作为一种清洁、高效、可持续的二次能源，在未来我国终端能源体系占比至少10%，以氢能作为汽车和飞机动力学系统燃料的研究成为热点. 机械运动部件表界面与氢介质将发生复杂的物理化学反应，影响着机械运动接触面的摩擦学行为，使役过程中氢致疲劳、磨损及腐蚀失效行为，严重制约着机械动力部件运行稳定性、可靠性和安全性. 本文中重点调研了国际上氢气气氛环境下机械运动部件材料的摩擦磨损行为研究进展，总结了氢气环境下聚合物基、陶瓷基、金属基及低维度固体颗粒材料的摩擦磨损行为及其损伤失效演变规律，进一步阐述了摩擦工况下氢气和其他气体介质共存与使役材料的摩擦学行为之间的关联性. 从摩擦学角度提出了抑制氢致损伤的可行性关键技术及防护材料，并对未来涉氢机械部件服役安全性的科学问题进行了展望.
2021, 41(4): 583 -592
doi: 10.16078/j.tribology.2020192
摘要:
固体超滑是指相互接触的滑动固体表界面间摩擦系数极低(10−3量级或更低)的现象，因此，开展固体超滑理论和超滑技术研究具有重要意义. 目前碳基薄膜固体超滑设计原则是引入杂原子后的表面钝化作用，尤其氢含量起到决定性作用，通常要求氢原子分数高于40%. 然而依据相图，高氢碳薄膜体系仅占碳薄膜种类的小部分，大量无钝化或者少钝化非晶碳薄膜超滑设计缺乏理论指导. 本文作者在前期研究基础上综述了国内外最新进展，面向贫氢非晶碳薄膜体系，提出从滚-滑角度认识无序界面无钝化或者钝化不足情况下摩擦机理，包括滑动机理、滚动机理、滚动-滑动共存，并在此基础上探讨了碳基薄膜的可能发展趋势，以及固体超滑可能的设计原则和方案.
固体超滑是指相互接触的滑动固体表界面间摩擦系数极低(10−3量级或更低)的现象，因此，开展固体超滑理论和超滑技术研究具有重要意义. 目前碳基薄膜固体超滑设计原则是引入杂原子后的表面钝化作用，尤其氢含量起到决定性作用，通常要求氢原子分数高于40%. 然而依据相图，高氢碳薄膜体系仅占碳薄膜种类的小部分，大量无钝化或者少钝化非晶碳薄膜超滑设计缺乏理论指导. 本文作者在前期研究基础上综述了国内外最新进展，面向贫氢非晶碳薄膜体系，提出从滚-滑角度认识无序界面无钝化或者钝化不足情况下摩擦机理，包括滑动机理、滚动机理、滚动-滑动共存，并在此基础上探讨了碳基薄膜的可能发展趋势，以及固体超滑可能的设计原则和方案.
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