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导磁制动副摩擦磁化行为及机理研究
鲍久圣, 刘阳, 葛世荣, 徐浩, 阴妍, 刘同冈
2019, 39(1): 1 -9   doi: 10.16078/j.tribology.2018166
[摘要](112) [HTML全文](41) [PDF 1239KB] (1)
摘要:
利用盘式制动器模拟制动试验台,研究了由磁性有机摩擦片与HT250制动盘构造的导磁制动副在制动过程中的摩擦诱导磁化行为,探讨了制动初速度和制动压力对摩擦磁化的影响规律及作用机理. 结果表明:制动初速度增大将会导致摩擦面温度升高,致使热退磁效应出现,进而使导磁制动副摩擦磁化感应强度减小,这是削弱摩擦磁化的主要因素;随着制动压力的增大,摩擦面温度略微增加但变化不大,但摩擦表面的摩擦磨损程度逐渐加剧,铁镍元素总含量明显上升,导致导磁制动副摩擦磁化磁感应强度增大,从而摩擦磁化获得增强. 研究结果不仅可以为磁控摩擦制动技术的发展提供理论支撑,也可为其他宏观机械和微纳系统界面摩擦磁化研究提供有益理论参考.

液体密封端面倾斜椭圆孔上游泵送特性
白少先, 宋源森
2019, 39(1): 10 -16   doi: 10.16078/j.tribology.2018070
[摘要](106) [HTML全文](40) [PDF 1145KB] (0)
摘要:
气液异相介质隔离密封的实现有赖于密封端面几何型槽的上游泵送特性,为探索多孔端面实现液封气密封的设计途径,对液体密封端面倾斜椭圆孔上游泵送特性开展研究. 考虑空化效应,采用有限差分方法对转速、密封间隙、密封压力等操作参数和孔深、倾斜角、方向因子、孔数等结构参数对开启力和泄漏率的影响规律进行了数值分析. 结果显示:液体润滑条件下端面倾斜椭圆孔可产生明显的上游泵送效应,增加周向孔数和方向因子可实现被密封介质的完全零泄漏,同时可产生明显的流体动压效应使端面开启力提高50%以上. 文中密封压力条件下,孔深取5~10 μm,倾斜角取45°,周向孔数大于80,方向因子大于3时,密封可实现完全反向泵送,反向泄漏率的增加与随着孔数、方向因子和孔深的增加而增加.

全合成机油润滑下热氧化改性TC4钛合金的摩擦学行为
曹磊, 孙航, 万勇, 杨淑燕, 徐铁伟
2019, 39(1): 17 -25   doi: 10.16078/j.tribology.2018122
[摘要](94) [HTML全文](28) [PDF 1061KB] (0)
摘要:
通过热氧化改性技术,在TC4钛合金表面制备金红石相TiO2氧化膜,利用XRD、拉曼、辉光光谱对氧化膜结构及成分进行了分析,利用摩擦磨损试验机考察了轻载(约1 GPa)与重载(约2 GPa)下热氧化改性前后TC4钛合金样品在5W-30全合成机油润滑下的摩擦学特性,并利用SEM和XPS对其磨损表面形貌及摩擦化学反应膜的化学成分进行了分析. 结果表明:热氧化改性后,TC4钛合金表面形成具有氧化层和扩散层的双层结构. 在油润滑条件下,与未处理的TC4钛合金表面相比,经过热氧化改性的TC4合金表现出优异的减摩抗磨性能,摩擦系数在轻载和重载条件下分别降低了75%和80%,磨损率均下降了近两个数量级. 其原因在于TC4合金热氧化改性后在表面形成的金红石相TiO2氧化膜提高了表面硬度,同时改善了润滑油在表面的润湿,并可促进润滑油中抗磨极压添加剂在接触区表面形成含磷的摩擦化学反应膜,从而极大地提高了摩擦学特性.

45钢/PA66配副干滑动摩擦磨损性能研究
陈平, 王朋飞, 乔小溪
2019, 39(1): 26 -34   doi: 10.16078/j.tribology.2018138
[摘要](88) [HTML全文](32) [PDF 1216KB] (0)
摘要:
采用45钢销和尼龙PA66盘,运用正交试验法在MMW-1A万能摩擦磨损试验机上研究干滑动摩擦条件下速度、载荷和金属销表面粗糙Ra对45钢/PA66配副摩擦学性能的影响. 通过极差分析与方差分析发现:载荷、粗糙度对摩擦系数与磨损量有显著影响,而速度影响相对较小. 当载荷为50 N,速度为11.25 m/s,Ra为0.60 μm时,摩擦系数与磨损量最小. 基于正交试验的最优结果,开展控制变量试验,试验结果表明:载荷小于90 N时,PA66以黏着磨损为主;载荷为90 N时,PA66磨损形式为犁削磨损和黏着磨损. 载荷为140 N时,PA66的磨损形式为黏着磨损并伴有胶合现象的产生. Ra小于0.46 μm时,PA66以黏着磨损为主;Ra为0.46 μm时,PA66的磨损形式为黏着磨损和犁削磨损且在对偶金属销表面上形成连续的转移膜;Ra大于0.46 μm时,PA66以犁削磨损为主.

Synthesis, Structure and Tribological Properties of Graphene/LaF3 Composites as Water-Based Lubricant Additives
Xiaojun GUO, Maojie PU, Zhigang YANG, Jinqing WANG
2019, 39(1): 35 -42   doi: 10.16078/j.tribology.2018025
[摘要](80) [HTML全文](36) [PDF 769KB] (0)
摘要:
The composites of reduced graphene oxide/lanthanum fluoride (rGO/LaF3) have been successfully synthesized through a simple strategy combining liquid phase chemical reaction and hydrothermal process. The tribological properties of series samples as water-based lubricant additives were evaluated by the friction and wear tests, which were carried out on an Optimol SRV-I oscillating reciprocating friction and wear tester. The profile of the wear scar and the volume of wear track were determined by a three-dimensional (3D) surface profiler. The results indicated that the introduction of rGO/LaF3 (weight fraction 0.1%) into the pure water could achieve the goal of reducing friction and wear, which was better than the single rGO.

剂量对润滑条件下氮离子注入316L不锈钢摩擦学行为的影响
韩露, 程传杰, 陈晨, 付志强, 岳文, 康嘉杰, 朱丽娜, 王成彪
2019, 39(1): 43 -49   doi: 10.16078/j.tribology.2018128
[摘要](71) [HTML全文](32) [PDF 1034KB] (0)
摘要:
氮化钢零件在工业上获得了广泛应用,但表面N含量对其在润滑条件下摩擦学行为的影响规律及其机理认识不够清楚. 通过改变剂量调控316L不锈钢氮离子注入试样表面N含量,研究了剂量对其在润滑条件下摩擦磨损性能的影响规律及其机理,结果对润滑条件下氮化钢零件应用具有重要意义. 研究结果发现:剂量从0增加到2×1017 N+/cm2时,边界润滑条件下注入试样的摩擦系数和磨损率以及对摩球磨损率明显降低,且在二烷基二硫代磷酸锌润滑条件下氮离子注入对摩擦磨损性能的改善更为显著;其作用机理为试样表面较高的N含量使二烷基二硫代磷酸锌在摩擦过程中生成链长更短、硬度更高的玻璃态磷酸盐聚合物. 但进一步增大剂量对注入试样的摩擦磨损性能影响不大.

TC4合金微弧氧化膜的摩擦磨损性能及其失效机理研究
刘百幸, 彭振军, 梁军
2019, 39(1): 50 -56   doi: 10.16078/j.tribology.2018116
[摘要](93) [HTML全文](31) [PDF 1007KB] (0)
摘要:
采用微弧氧化(PEO)技术在TC4合金(Ti6Al4V钛合金)表面制备了微弧氧化耐磨陶瓷膜层. 利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和摩擦试验机分析测试了微弧氧化膜的结构与组成,考察了膜层在干摩擦和油润滑条件下的摩擦磨损性能及其磨损失效机理. 结果表明:基底材料的氧化和电解液化合物的沉积均对微弧氧化膜层的生长起重要作用;微弧氧化有效提高了材料的耐磨性,降低了材料在油润滑条件下的摩擦系数;在干摩擦条件下,摩擦力较大,剪切应力是导致膜层失效的主要因素,在油润滑环境中,压应力是导致膜层失效的主要因素;对微弧氧化膜层进行有效润滑可以极大地提高膜层的使用寿命.

有限长滚子黏滑接触分析
彭鹏, 汪久根
2019, 39(1): 57 -64   doi: 10.16078/j.tribology.2018010
[摘要](79) [HTML全文](32) [PDF 1302KB] (0)
摘要:
有限长线接触在齿轮传动与滚子轴承中广泛存在,滚子端部的应力集中严重影响机械零件的疲劳寿命. 本文中基于矩阵法和重叠半空间模型方法建立了有限长滚子黏滑接触的数值计算模型,利用共轭梯度法和快速傅里叶变换方法对模型进行了求解;并且分析了滚子自由端面和不同切向力对滚子黏滑接触的影响. 结果表明:当两有限长滚子的自由端面完全重合时,切应力在端面不会出现应力集中现象,端面的黏着区域相比于中间截面的黏着区会缩小. 此外,随着切向力的增大,端面黏滑区域的切应力增大.

干气密封滑动摩擦界面切向接触刚度分形模型
孙宝财, 丁雪兴, 陈金林, 张伟政, 严如奇
2019, 39(1): 65 -72   doi: 10.16078/j.tribology.2018061
[摘要](74) [HTML全文](29) [PDF 1920KB] (1)
摘要:
为揭示干气密封滑动摩擦界面高频微幅自激摩擦振动规律,用分形参数表征摩擦界面形貌特性,根据重新建立的微凸体接触变形方式,以及对非协调弹性体在切向力作用下初始滑动问题的研究,建立了干气密封滑动摩擦界面切向接触刚度分形模型. 通过数值对切向接触刚度的影响因素进行了分析,研究结果表明:切向接触刚度随分形维数、真实接触面积和材料特性系数的增大而增大;切向接触刚度随特征尺度、摩擦系数的增大逐渐减小. 相比于分形维数、特征尺度和材料特性系数对切向接触刚度的影响,摩擦系数的影响相对较小. 这些研究结果为进一步研究干气密封高频微幅自激摩擦振动奠定了基础.

固体表面润湿性对滑块-盘接触润滑供油的影响
王茜, 郭峰, 韩素立
2019, 39(1): 73 -81   doi: 10.16078/j.tribology.2018115
[摘要](81) [HTML全文](36) [PDF 1880KB] (0)
摘要:
基于荧光技术,研究了固体表面润湿性对滑块-盘面接触供油的影响. 试验中以静止滑块和旋转玻璃盘构成摩擦副,润滑油围绕该面接触区构成一个供油油池. 结果表明:充分供油条件下,滑块表面的润湿性影响油池润滑剂的分布,但仍能保证接触区润滑剂的充分供给. 限量供油条件下,接触区外滑块表面润湿性影响了油池分布以及入口润滑剂的供给,低润湿性加剧接触区乏油程度,直接导致膜厚的降低. 润滑剂的高表面张力及在盘表面的低粘附都会改善润滑剂在润滑轨道上的回流;润滑剂在盘表面的反润湿现象导致了离散分布的微液滴,对润滑轨道上的回流和润滑油膜的形成起到了正面作用.

溅射沉积WSx/Ni/a-C/Ni多层膜的微结构及大气环境摩擦学性能
杨芳儿, 王贡启, 龚润泽, 刘涛, 郑晓华
2019, 39(1): 82 -89   doi: 10.16078/j.tribology.2018118
[摘要](64) [HTML全文](30) [PDF 1836KB] (0)
摘要:
采用磁控溅射技术在硅基体上交替沉积WS2、Ni及非晶碳(a-C)层制备出不同Ni层厚度的WSx/Ni/a-C/Ni多层膜. 利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪等研究了多层膜的成分及微观结构;通过纳米压痕仪、划痕仪和球盘式摩擦磨损试验机等评价了薄膜的力学及大气环境中的摩擦学性能. 结果表明:随着Ni层厚度的增加,WSx/Ni/a-C/Ni多层膜的致密度下降,ns/nw值(S与W原子百分数之比)由0.84降至0.73,WSx层以微晶或非晶的形式存在. 多层膜的硬度和磨损率均随Ni层厚度的增加先降低后升高,但摩擦系数由0.22升至0.38,结合力先增大后减小. Ni层厚度为6 nm的多层膜的硬度可达13.4 GPa,抗氧化性能和耐磨性最优,磨损率仅为9.47×10–14 m3/(Nm).

织造中碳纤维束间的摩擦磨损试验模拟
杨洁, 吴宁, 李帅, 解锡明, 焦亚男, 陈利
2019, 39(1): 90 -98   doi: 10.16078/j.tribology.2018104
[摘要](77) [HTML全文](30) [PDF 1681KB] (0)
摘要:
织造过程中碳纤维束的摩擦磨损会导致成型后复合材料制件的机械性能下降. 采用自制的试验装置模拟织造过程中经纬纱线间的相互作用,研究了法向负载、预加张力和摩擦速率对碳纤维束摩擦磨损行为的影响. 结果表明:碳纤维束的摩擦系数随着法向负载的增加而减小,其磨损程度随着法向负载的增加而增大,相对应的碳纤维束拉伸断裂强力也逐渐下降;碳纤维束的摩擦力和摩擦系数因实际摩擦接触面积的变化随预加张力的增加而增大;摩擦速率的增加几乎不影响碳纤维束的摩擦力和摩擦系数,但延长了其测试值达到稳定所需的周期数.

碳含量对碳素钢磁场摩擦磨损性能的影响与作用机制研究
谢瑜龙, 孙超, 张永振, 石红信, 宋晨飞, 杜三明
2019, 39(1): 99 -108   doi: 10.16078/j.tribology.2018132
[摘要](81) [HTML全文](30) [PDF 1286KB] (0)
摘要:
基于自制的HY-100销-盘式磁场摩擦磨损试验机,对比研究了有无外加磁场条件下,低碳钢、中碳钢和高碳钢的滑动干摩擦行为和其磨损特性,并使用扫描电子显微镜、金相显微镜等分析了摩擦微观表面与次表面,探讨了碳含量对碳素钢磁场摩擦的影响规律和作用机理. 试验结果显示:根据碳含量的不同,有无磁场条件下碳素钢摩擦系数的变化也不同,在外加磁场条件下,低碳钢摩擦系数降低,中碳、高碳钢摩擦系数升高;随着碳含量升高,磁场对其摩擦系数的影响越小. 外加磁场可以有效改善碳素钢的磨损性能,随着碳含量升高,磁场对其磨损率的改善程度越大. 分析其原因可能为铁碳竞争氧化,这既保证了铁氧化物的减磨效应,也减缓了铁氧化物积累后的剥落. EDS能谱分析结果表明高碳钢的氧铁比最低,和铁碳氧化竞争模型推论相一致.

Chemical Mechanical Polishing of Aluminum Alloys using Alumina-Based Slurry
Zefang ZHANG, Wenjuan ZHANG, Shanduan ZHANG, Fuyou LI
2019, 39(1): 109 -117   doi: 10.16078/j.tribology.2018032
[摘要](88) [HTML全文](30) [PDF 781KB] (0)
摘要:
Chemical mechanical polishing has become potential global planarization technology for metal alloy. In this paper, we reported the CMP performances of aluminum alloy using alumina-based slurry. The influence of abrasive size, dispersant concentration (weight fraction) and pH-controlling agents on CMP performances were investigated, respectively. It is found that, with the particle size increased, the material removal rate and average surface roughness increased, while the glossiness decreased. When the weight fraction of PEG-600 reached 0.5% (weight fraction), the minimum Ra and the best glossiness can be achieved. Among kinds of the pH-controlling agents, citric acid proved to be efficient for lowest statics etch amount, highest MRR and best glossiness. In addition, the static etch and CMP mechanisms of alumina-based slurry were briefly discussed. The mechanisms revealed that citric acid on Al alloy CMP performance: responsed to combined effects of corrosion and chelation. The optimized alumina-based slurry ingredient was Al2O3, 3.3 μm; H2O2, 4%; PEG-600, 0.5%; H3Cit, 1.5%. This is different from the traditional polishing, in which hazardous chemicals HNO3 and H2SO4 were used for Al alloys.

食品口腔摩擦学研究进展
李立, 张晓琴, 张昀, 杨亚玲, 麻拴红, 王晓龙, 周峰
2019, 39(1): 118 -130   doi: 10.16078/j.tribology.2018058
[摘要](78) [HTML全文](24) [PDF 951KB] (0)
摘要:
食品在口腔加工的过程被认为涉及流变学和摩擦学机制,而口腔摩擦则被认为是口腔质构感知产生的一个重要机理,用来描述舌头与口腔上颚、舌头与食品之间相对运动以及由此产生的触觉感受. 本文中综述了近年来食品口腔加工领域的摩擦学研究进展,包括摩擦学测量技术与方法、体内口腔摩擦和感官知觉之间的联系等. 相关研究表明,摩擦学测量为几种与质构相关的感知提供了理论依据,但获得两者之间的量化经验关系仍然很有挑战性;同时,由于摩擦学和感官感知受到多种物理化学性质的影响,因此必须将摩擦学和其他表征技术相结合用以解释两者的相互关系及机制,从而促进食品口腔加工摩擦学的持续和深入发展,并为高品质食物和饮料的研究和设计提供重要工具和理论支撑.

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