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A Fractal Model of Thermal Contact Conductance of Rough Surfaces Considering Friction Coefficient and Asperity Interaction
Xianguang SUN, Chunxiao MENG, Tiantang DUAN
doi: 10.16078/j.tribology.2019256
[摘要](192) [HTML全文](66) [PDF 1163KB] (2)
摘要:
A fractal model of thermal contact conductance of rough surfaces considering friction coefficient and asperity interaction was established based on the three-dimensional fractal theory, and the elastic deformation, elastic-plastic deformation and full plastic deformation of the asperity were considered. The effects of friction coefficient, fractal dimension, fractal roughness and contact load on thermal contact conductance were analyzed using the proposed model. The results indicated that the thermal contact conductance decreased with the increase of friction coefficient and fractal roughness, and increased with the increase of fractal dimension and contact load. This study provided some theoretical basis for heat transfer between contact surfaces.
新型极地船用钢在模拟低温海水中的磨损-腐蚀耦合作用研究
孙士斌, 张亚飞, 王东胜, 王鑫, 赵前进, 张青云, 常雪婷
doi: 10.16078/j.tribology.2020010
[摘要](318) [HTML全文](32) [PDF 1933KB] (0)
摘要:
分别采用正火和调质工艺对新型破冰船用低碳高强钢进行了热处理,并使用UMT-3多功能摩擦磨损试验机低温模块和摩擦电化学模块研究了其在低温模拟海水环境中不同外加电位下的磨损-腐蚀耦合行为. 使用电子扫描显微镜和白光干涉显微镜对钢样的微观组织及磨痕形貌进行了表征,并对其在不同外加电位作用下的磨损-腐蚀机理进行了探讨. 结果表明:两种热处理后的钢材的平均摩擦系数都随外加电位升高而降低,而磨痕深度、磨损量和腐蚀电流则随着外加电位升高而增加;钢材的开路电位随着磨损的发生逐渐负移,腐蚀电流密度增加;其中,经过正火处理的钢样磨痕表面主要出现剥落坑,而调质钢磨痕表面则主要出现了裂纹和腐蚀坑. 正火钢磨损和腐蚀损失量所占比例分别为80.6%、19.4%,调质钢分别为55.1%、44.9%,两种钢材的磨损-腐蚀之间相互促进损失量ΔVW和ΔVC均为正值,证实磨损和腐蚀之间存在着相互协同作用.
近场动力学框架下钢轨疲劳裂纹萌生预测的数值方法研究
马晓川, 刘林芽, 张鹏飞, 冯青松
doi: 10.16078/j.tribology.2020001
[摘要](194) [HTML全文](58) [PDF 1551KB] (1)
摘要:
经典连续介质力学在求解由裂纹引起的不连续问题时,会出现数学构架失效的情况. 为克服这一难题,基于近场动力学理论,构建铁路钢轨疲劳裂纹萌生的数值预测方法,可实现钢轨疲劳裂纹萌生寿命与位置的预测. 当未出现疲劳裂纹时,通过与经典连续介质力学模型的结果对比,验证近场动力学模型的正确性和适用性. 分析了车轮全滑动、黏着-滑动和无摩擦三种状态对钢轨疲劳裂纹萌生的影响规律,结果表明:车轮由全滑动向无摩擦转变的过程中,裂纹萌生位置由钢轨表层转移到内部,裂纹萌生所需的荷载循环次数由0.45×107次增至2.05×107次,可见车轮滚滑状态会影响裂纹的萌生位置,并且较大的切向接触应力会显著降低钢轨的疲劳裂纹萌生寿命.
横向交变载荷下TiCN/MoS2涂层螺栓的防松性能研究
胡华民, 李涛, 张挺, 刘建华, 蔡振兵, 莫继良, 彭金方, 朱旻昊
doi: 10.16078/j.tribology.2019266
[摘要](286) [HTML全文](66) [PDF 2259KB] (4)
摘要:
基于自主设计的螺栓连接振动试验装置,系统研究了横向交变载荷下TiCN/MoS2涂层螺栓分别与TiCN/MoS2涂层螺母和无涂层螺母配合时连接结构的松动行为,并利用体式显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱仪(EDX)和白光干涉仪等微观分析设备对试验后的螺纹表面进行损伤分析,深入讨论其磨损机理. 结果表明:在相同试验条件下,TiCN/MoS2涂层螺栓比无涂层螺栓螺纹表面的损伤轻微,连接结构的松动程度更低;与无涂层螺栓螺纹根部相同等效应力状态下,TiCN/MoS2涂层螺栓连接结构的预紧力可提高约10%,螺纹表面的损伤减轻,同时连接结构的松动程度进一步降低;TiCN/MoS2涂层螺栓螺纹表面的主要磨损机制为疲劳磨损.
U71Mn钢轨气压焊焊接接头滚动磨损与损伤性能研究
蒋文娟, 向鹏程, 丁昊昊, 王文健, 刘启跃, 郭俊
doi: 10.16078/j.tribology.2020014
[摘要](241) [HTML全文](23) [PDF 1521KB] (2)
摘要:
研究了U71Mn钢轨气压焊焊接接头上各区域的组织与性能,并利用MMS-2A轮轨滚动磨损与接触疲劳试验机对焊接接头材料进行试验,分析了各区域的磨损与损伤特性. 结果表明:焊接接头组织为珠光体,但晶粒大小及渗碳体形态和大小存在差异. 焊缝中珠光体晶粒较小,渗碳体呈细小片层状及细小颗粒状,因此硬度高且塑性变形能力强. 在1×105和2×105循环次数时耐磨性优于母材,在3×105循环次数时,焊缝磨损量大于母材磨损量,且焊缝表面损伤较母材严重. 在焊缝两侧各有1个区域(软化区),组织为粒状珠光体和少量片层状珠光体,颗粒大小和片层厚度不均匀,硬度较小,磨损量较大,塑性变形层较厚,表面损伤最严重.
回火温度对20Cr13不锈钢液固两相流冲刷腐蚀性能的影响
李平, 魏建华, 宋一辰
doi: 10.16078/j.tribology.2020023
[摘要](251) [HTML全文](48) [PDF 1805KB] (1)
摘要:
对20Cr13不锈钢经过1 030 ℃淬火后在不同温度下进行回火处理,分析了回火温度对20Cr13不锈钢组织硬度的影响,采用自制的旋转冲刷腐蚀试验机研究了在0.5M H2SO4液固两相流条件下,回火温度对20Cr13不锈钢冲刷腐蚀性能的影响,利用扫描电镜观察了试样冲刷腐蚀表面的微观形貌,探讨了其冲刷腐蚀机理. 结果表明:20Cr13不锈钢经淬火后250 ℃左右回火时硬度最高;经回火处理后20Cr13不锈钢冲刷腐蚀特征表现为腐蚀作用强于冲刷作用,而冲刷强烈促进腐蚀,冲刷与腐蚀的交互作用占冲刷腐蚀总失重率的80%左右. 随着回火温度的升高,20Cr13不锈钢组织由马氏体转变为屈氏体、索氏体,碳化物颗粒逐渐长大,腐蚀量增大,冲刷腐蚀总量也增大,250 ℃左右回火时,20Cr13不锈钢抗冲刷腐蚀性能最佳.
条状润湿表面对面接触限量润滑油膜的影响研究
李哲, 刘成龙, 李超, 郭峰, 栗心明
doi: 10.16078/j.tribology.2020003
[摘要](372) [HTML全文](58) [PDF 1455KB] (15)
摘要:
利用面接触油膜润滑测量系统,研究了条状润湿表面对有限量供油条件下入口区供油分布及润滑油膜厚度的影响. 对玻璃盘润滑轨道两侧进行疏油化处理,形成中央条状润湿区域,在有限量供油条件下测量不同速度下的油膜厚度. 结果表明在表面力驱动下,润滑油向中央条状亲油区域集中,改善了入口区供油,促进了限量供油条件下的油膜形成. 相对油膜厚度随速度的增加呈“S”型变化,同时研究了润滑油黏度及供油量等工作参数对条状润湿轨道作用的影响.
纯铅化学机械抛光中工艺参数对抛光性能的影响
蔡荣, 余家欣, 王超
doi: 10.16078/j.tribology.2019230
[摘要](412) [HTML全文](72) [PDF 1222KB] (2)
摘要:
为获得高质量纯铅表面,采用化学机械抛光(CMP)的方法并辅以自制抛光液,研究了胶体二氧化硅抛光颗粒的形状、粒径和浓度、加载压力、抛光头与抛光盘转向和转速、抛光液流量等工艺参数对铅片表面材料去除率和粗糙度的影响. 研究表明:小粒径异形(眉形)胶体二氧化硅抛光颗粒相较于大粒径球形颗粒更有利于铅片抛光,抛光颗粒的粒径和浓度对纯铅抛光性能的影响主要取决于铅片表面与胶体二氧化硅颗粒以及抛光垫表面丝绒的耦合作用关系. 随着加载压力、抛光头与抛光盘转向和转速、抛光液流量的改变,铅片表面和抛光垫之间驻留的层间抛光液的厚度以及状态发生改变,从而直接影响抛光液的流动性、润滑性和分散性,以及影响抛光颗粒和化学试剂与铅片表面的机械化学作用,进而影响抛光质量和材料去除率. 通过对工艺参数影响的研究和对工艺参数的优化,最终获得了表面粗糙度Ra为1.5 nm的较为理想的超光滑纯铅表面,同时材料去除率能够达到适中的380 Å/min.
球形摩擦纳米波浪能发电机的多物理场耦合建模方法研究
赵波, 董树林, 李自豪, 张保成
doi: 10.16078/j.tribology.2019236
[摘要](387) [HTML全文](55) [PDF 3219KB] (3)
摘要:
球形摩擦纳米发电机因其对低频、高随机性的波浪能具有优异的捕获性能,日益受到波浪能研究者的青睐. 为了实现对其在特定波况条件下发电性能的定量研究,基于COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件,本文作者提出了一种针对球形摩擦纳米波浪能发电机的高保真多物理场耦合建模方法. 该模型可以兼顾准确性和高效性地模拟球形摩擦纳米发电机在特定波况下的多物理场耦合作用及电能输出情况,是对当前国内外普遍采用的基于静电场的静态仿真方法的发展和改进. 基于该方法,本研究针对四电极型的球形摩擦发电机进行了建模和性能研究,实现了从推板造波到电能输出的全过程、高保真、实时、定量仿真,为对其开展结构优化设计并最终走向实用化提供了一种有效手段.
氮化钒(VN)涂层在不同载荷下的摩擦磨损行为
许蓓蓓, 王振玉, 郭鹏, 帅锦涛, 叶羽敏, 汪爱英, 柯培玲
doi: 10.16078/j.tribology.2020012
[摘要](241) [HTML全文](26) [PDF 1770KB] (1)
摘要:
采用真空阴极电弧离子镀方法制备氮化钒(VN)涂层,并研究了VN涂层的结构、力学性能以及不同载荷对摩擦磨损行为的影响. 结果表明:VN涂层结构致密并呈柱状方式生长,其晶体类型为NaCl-型面心立方结构. 涂层具有强的膜基结合力以及良好的摩擦学性能. 随着载荷增加,VN涂层的摩擦系数降低,而磨损率增加. 基于赫兹弹性接触模型以及摩擦产物的成分分析结果,发现载荷越大,界面接触应力越大,界面摩擦化学反应越剧烈,这有利于降低剪切应力并促进V元素氧化生成V2O5润滑相,导致摩擦系数降低. 此外,因韧性不足、抗塑性变形能力弱等原因,随载荷增加,涂层磨损率增大.
烷基化液体碳点用于提高石蜡基基础油的摩擦学性能
尹克样, 闫明明, 王新宇, 郝俊英, 李洪光
doi: 10.16078/j.tribology.2020017
[摘要](266) [HTML全文](28) [PDF 2286KB] (1)
摘要:
以油胺为原料,通过在氯苯中简单加热回流,并经后续硅胶柱层析纯化,制备了烷基包覆、室温下呈液态的蓝光碳点.高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)、红外光谱和荧光光谱证明了烷基化蓝光碳点的成功制备. 差示扫描量热(DSC)证明了碳点的室温液体属性. 将碳点添加到石蜡基基础油中,发现其与基础油具有良好的相容性,并且混合体系呈现出良好的长效稳定性. 研究了碳点添加量对基础油减摩抗磨效果的影响.与纯石蜡基基础油相比,添加碳点能明显改善其摩擦学行为,当碳点添加质量分数为0.1% 时,摩擦系数和磨损体积均有所减小;当碳点添加质量分数为1.0% 时,摩擦系数达到最小. 这是由于在摩擦过程中,摩擦副表面形成了1层碳膜和四氧化三铁,阻止了摩擦副间的直接接触.
微量Ag元素对TiAlN涂层摩擦学性能的影响
王泽勇, 冯长杰, 师超, 刘光明, 王景
doi: 10.16078/j.tribology.2020004
[摘要](271) [HTML全文](31) [PDF 2217KB] (1)
摘要:
采用电弧离子镀技术利用Ti50Al50、Ti50Al49Ag1、Ti50Al45Ag5合金靶沉积制备出了TiAlN及不同Ag含量的TiAlAgN涂层. 利用球-盘式摩擦磨损试验机研究了室温、200、400和600 ℃等温度下的摩擦学性能;通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、表面轮廓仪和划痕仪对磨损前后涂层的表面形貌、微观结构、硬度及涂层结合力进行了分析. 结果表明:TiAlN、TiAlAgN(Ag原子百分数0.12%)、TiAlAgN(Ag原子百分数30%)涂层的厚度分别为为4.18、5.31和4.69 μm,硬度分别为HV0.2 2 049.4、HV0.2 1 672.9、HV0.2 1 398.5;TiAlN、TiAlAgN涂层的衍射峰位与面心立方的TiN相同,掺入Ag后TiAlN涂层的择优取向变为N(220)面. 三种涂层在不同温度下的磨损机理主要为黏着磨损与磨粒磨损. 室温时TiAlN涂层的摩擦系数比其他两种涂层要小约为0.3,200 ℃时三种涂层的磨损率较大,400 ℃时掺Ag涂层的耐磨效果达到最佳. 此外,当Ag原子百分数在0.12%~0.30%范围时,随着Ag含量增加,涂层的结合力降低.
阻旋栅对梳齿密封动静特性影响研究
吴可欣, 张万福, 曹浩, 陈璐琪, 尹露, 李春
doi: 10.16078/j.tribology.2019249
[摘要](288) [HTML全文](65) [PDF 2255KB] (3)
摘要:
阻旋栅可改变密封进口流体周向流动与进口预旋,是提高系统稳定性的主要方法之一. 本文作者应用计算流体力学方法研究了阻旋栅几何参数对梳齿密封动静特性的影响,计算分析了阻旋栅在不同长度、间隙、周向个数及不同进口预旋比下密封流场分布与动力特性系数,并与无阻旋栅梳齿密封进行对比. 研究表明:阻旋栅能够有效抑制密封进口周向流动、降低密封腔室周向压力;随着阻旋栅周向个数与阻旋栅间隙的减小,其抑制效果增强,阻旋栅长度的增加对周向速度影响则越来越小;提高预旋比将使密封内流体周向速度增加. 与传统梳齿密封相比,具有阻旋栅的梳齿密封直接阻尼增加,交叉刚度降低,进而有效阻尼提高. 阻旋栅间隙s=0.2 mm、长度l=3.25 mm、数量n=90时密封有效阻尼较大,系统稳定性最好.
N/P无卤素离子液体润滑剂的链长与摩擦学性能的关系
于强亮, 王将兵, 范丰奇, 曲铭海, 张朝阳, 杨志权, 周旭光, 汤仲平, 蔡美荣, 周峰
doi: 10.16078/j.tribology.2020009
[摘要](161) [HTML全文](33) [PDF 1198KB] (2)
摘要:
合成了不同链长的N/P无卤素离子液体(NPILs:缩写为NP-11114,NP-11116,NP-11118)润滑剂,以聚α-烯烃(PAO 10)和卤素离子液体1-辛基3-甲基咪唑六氟磷酸盐(L-P 108)作为参照样,评价NPILs、PAO 10及L-P 108之间黏温性能、热稳定性以及室温和高温条件下的钢/钢摩擦副润滑剂的性能差异,探索了NPILs阳离子链长变化对其物理化学性质和摩擦学性能的影响规律. 结果表明NPILs的黏度高于PAO 10和L-P 108,热分解温度低于PAO 10和L-P 108,NPILs黏度和热分解温度随着链长的增加而增加. 作为钢/钢摩擦副的润滑剂时,NPILs室温状态下减摩性能不及L-P108,但是NP-11118的抗磨性能优于L-P108;高温状态下,NPILs的减摩抗磨性能均优于L-P 108. 在常温和高温下NPILs相比PAO 10均具有优异的减摩抗磨性能,而且摩擦学性能随着烷基链长的增加而提高. 通过对磨斑表面进行扫描电镜分析证明这类离子液体具有优异的抗磨性能,通过EDS和XPS对磨斑表面的元素进行分析结果表明这类离子液体优异的摩擦学性能归因于离子液体结构中包含N,P元素与金属基底发生的摩擦化学反应形成了优异减摩抗磨特性的摩擦化学反应膜.
氮合金化堆焊合金往复式摩擦磨损行为的研究
李嘉祺, 杨可, 王秋雨, 冒志伟, 徐亮, 张可召, 包晔峰, 蒋永锋
doi: 10.16078/j.tribology.2019220
[摘要](621) [HTML全文](120) [PDF 2150KB] (6)
摘要:
在马氏体不锈钢中引入氮,通过铌、钛固氮制备氮合金化堆焊合金. 利用往复式摩擦磨损试验机测试加氮和未加氮两种堆焊合金在不同载荷(5、10和15 N)下的摩擦磨损性能,研究了其摩擦磨损行为. 结果表明:在摩擦磨损过程中,堆焊合金表面承受周期性载荷,摩擦表面出现明显的切削痕和塑性变形,其磨损机制以磨粒磨损和表面疲劳磨损为主. 氮合金化堆焊合金中,碳氮化物沿马氏体基体、晶界弥散析出,起到了明显的细晶强化和弥散强化作用,增强了基体的塑性变形抗力以及抵御磨粒磨损的能力,使磨损表面切削痕数量更少、深度更浅,抗疲劳剥落现象得到明显改善.

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Inconel 718镍基超合金的空蚀行为研究
陈天骅, 李珍, 杜三明, 陆龙, 尉含笑, 王琦, 杨克禧, 张永振
2020, 40(4): 415 -423   doi: 10.16078/j.tribology.2019195
[摘要](798) [HTML全文](193) [PDF 1942KB] (42)
摘要:
采用超声振动空蚀试验机对Inconel 718镍基超合金与316L不锈钢进行空蚀磨损研究. 通过扫描电子显微镜(SEM)、场发射电镜(FESEM)以及高分辨X射线衍射仪对测试样品空蚀磨损表面形貌、微观结构演变和物相进行观察及分析. 结果表明:Inconel 718表现出更优异的抗空蚀磨损性能,其空蚀600 min累计质量损失约为316L的1/3,空蚀孕育期时长为316L不锈钢的2倍左右. 在空蚀孕育期,Inconel 718空蚀损伤首先发生在晶界、孪晶界等界面处,且并未出现明显的塑性变形. 316L在此期间呈现较为明显的塑性变形,空蚀表面起伏波动显著. 在空蚀加速期,Inconel 718质量损失的显著提升是由于空蚀表面微裂纹的扩展导致材料逐渐剥落引起的,316L则是由于空蚀表面大量凹坑的不断形成与合并导致质量损失的增加. Inconel 718空蚀120 min后,观察到空蚀磨损表面有明显的形变孪晶,且与空蚀前的金相形貌相比,形变孪晶有明显增多的趋势.

多孔PI/MSNT复合含油润滑薄膜的设计制备及其摩擦学性能研究
贾卫红, 马立民, 任嗣利, 王金清, 杨生荣
2020, 40(4): 424 -433   doi: 10.16078/j.tribology.2019235
[摘要](650) [HTML全文](143) [PDF 2194KB] (36)
摘要:
以聚苯乙烯(PS)微球为致孔剂、介孔二氧化硅纳米管(MSNT)为填充剂来改性多孔聚酰亚胺(PI),设计制备了多孔PI/MSNT复合薄膜,并对其孔结构和形貌进行了表征;在此基础上,以液体石蜡油为存储介质制备了多孔PI/MSNT复合含油润滑薄膜,系统考察了MSNT的添加对多孔PI薄膜的热稳定性、储油性能、力学性能和摩擦学性能的影响. 结果表明:与单组分PI含油薄膜相比,MSNT的加入不仅改善了多孔PI基体的热稳定性和力学性能,而且使得复合薄膜的储油性能和摩擦磨损性能均得到了显著提高,证实多孔PI/MSNT复合含油薄膜更适用于高载荷下的摩擦工况.

基于发动机主轴轴承异常油膜噪声特征的模拟试验研究
亢荣玉, 陈晓阳, 刘旭, 陶德华
2020, 40(4): 434 -441   doi: 10.16078/j.tribology.2019233
[摘要](744) [HTML全文](134) [PDF 1334KB] (11)
摘要:
由发动机主轴轴承油膜空穴造成的不规则打字机敲击噪声一直是汽车领域未解决的难题. 为了探究发动机主轴轴承动态载荷性能耦合作用下产生的异常空穴噪声,本文作者利用自行设计的平行板挤压油膜试验机进行模拟噪声试验并探究空穴噪声的特征. 该试验机可同时采集振动、位移、声压、力和空穴图像等五种信号,通过试验探究了不同激励信号、挤压振幅、挤压频率、润滑油黏度等因素对空穴噪声的影响,结果表明在方波、大振幅、使用高黏度润滑剂以及挤压频率为12 Hz的状况下容易产生空穴噪声.

坡面道路上地面形貌对人体步进摩擦的影响
李梁瑜, 陈德强, 张永振, 牛永平, 陈慧敏
2020, 40(4): 442 -449   doi: 10.16078/j.tribology.2019229
[摘要](705) [HTML全文](142) [PDF 1125KB] (18)
摘要:
人体行走经常发生滑摔事故,而坡面道路是人体行走的典型路况之一. 当前通过改变鞋底和地板的材料、鞋底和地板的表面形貌以提高步进摩擦系数的研究多是基于水平路面,对坡面道路上的人体行走,特别是地面形貌变化对坡面道路上的人体行走研究较少. 本文中以45钢作为材料,制备出表面波纹度相同而表面形貌不同的地板,利用步进摩擦试验平台改变行走路面的坡度研究了地面形貌变化对坡面道路上人体步进摩擦的影响. 结果表明:坡度对有效摩擦系数的影响高于表面形貌;随着坡度的增加,安全行走所需的必要摩擦系数增大,地面提供的有效摩擦系数减小,步频则先增大后减小;上坡启动时脚掌与路面的有效接触面积和下坡制动时脚跟的有效接触面积随坡度的增加而减小,导致有效摩擦系数降低,滑摔倾向增大. 人体行走姿态为了保持平衡而缩短步长以降低必要摩擦系数.

轴承内部润滑油分布及回流的试验观察与研究
梁鹤, 张宇, 王文中
2020, 40(4): 450 -456   doi: 10.16078/j.tribology.2019180
[摘要](621) [HTML全文](130) [PDF 1667KB] (27)
摘要:
润滑是轴承良好工作性能和长寿命的重要保证,而球-滚道接触区外润滑油层的分布直接决定了接触区内润滑油膜的形成. 本文作者搭建了基于轴承模型的试验台,将轴承外圈替换成玻璃环,从而利用光学方法实现对钢球与外圈滚道形成的接触区及其附近润滑油层分布的直接观测和测量. 本文作者重点探究了供油量、速度等工况参数和润滑油黏度等物化特性对接触区附近润滑油分布和回流的影响规律,结果表明气穴变化与回流特征均受供油量、速度和润滑油黏度影响.

极化作用对6082铝合金在3.5%NaCl溶液中微动腐蚀行为的影响
蒲建, 李根, 袁新璐, 张晓宇, 张强, 任平弟
2020, 40(4): 457 -466   doi: 10.16078/j.tribology.2019209
[摘要](615) [HTML全文](141) [PDF 2040KB] (17)
摘要:
采用高精度多功能微动磨损试验机(MFC-01),结合电化学和摩擦性能测试以及扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)分析等,研究了极化作用对6082铝合金在3.5%NaCl溶液中微动腐蚀行为的影响. 结果表明:材料在阳极电位极化下,表面更易发生滑动,滑移区扩展,混合区和部分滑移区范围收窄;微动摩擦系数则随极化电位正移逐渐减小、在自腐蚀电位达到最小值、之后回升,阴极电位下摩擦系数大于阳极电位下的数值. 在阴极极化和自腐蚀电位极化下,微动加速了磨损区域的腐蚀,使得腐蚀电流密度增加;而在阳极极化下,微动减弱了磨损区域的腐蚀、腐蚀电流减少. 材料的整体损失速率随着外加电位的正移而增大. 在阴极极化和自腐蚀电位极化下,材料的磨损机制主要表现为剥层机制和磨粒磨损,磨损区域腐蚀产物主要为Al2O3;在阳极极化下,以腐蚀磨损和磨粒磨损为主要特征,磨损区域腐蚀产物主要为Al2O3、Al(OH)3和AlCl3.

ZCuPb20Sn5合金耐磨性能研究
任晓燕, 张国伟, 徐宏, 孙凤儿, 康圆圆, 王明杰, 牛经纬, 徐超, 吕伟泽
2020, 40(4): 467 -476   doi: 10.16078/j.tribology.2019161
[摘要](662) [HTML全文](146) [PDF 1816KB] (19)
摘要:
ZCuPb20Sn5合金作为柱塞泵转子内衬材料,因其含铅量高,而具有良好的减摩耐磨性能,可避免转子在工作中的磨损失效问题. 选用销盘式摩擦磨损试验机,以ZCuPb20Sn5和45钢为摩擦副,研究了不同PV值和油润滑条件下,ZCuPb20Sn5合金的摩擦磨损性能. 结果表明:随着PV值的增加,ZCuPb20Sn5合金的摩擦系数先增加后减小,而磨损率呈增加趋势. 在载荷50 N和线速度2.410 m/s条件下,摩擦系数和磨损率最低,摩擦系数最低能达到0.010,平均摩擦系数达到1个最低峰值点0.063;在载荷250 N、线速度3.610 m/s以及PV值为126 MPa·m/s的条件下,摩擦系数达到另一低峰值0.070,磨损率为2.972×10−7 mm3/(N·m). PV值最大时,摩擦系数和磨损率最大. 载荷小于150 N时,在油润滑的作用下,主要磨损机制为轻微黏着磨损;载荷大于150 N时,在铅和油的协同作用下,以黏着磨损为主,少量磨粒磨损;当载荷大于250 N时,摩擦系数与磨损率均偏高,以磨粒磨损为主,局部有少量氧化磨损.

纸基摩擦材料与不同含碳量钢配副之间的摩擦学性能及其失效机理研究
孙涛, 樊恒中, 苏云峰, 宋俊杰, 付业伟, 张永胜, 胡丽天
2020, 40(4): 477 -488   doi: 10.16078/j.tribology.2019253
[摘要](686) [HTML全文](138) [PDF 3712KB] (23)
摘要:
采用湿法成型辅助热压工艺制备了纸基摩擦材料. 分别考察了纸基摩擦材料在无油状态和富油状态下与不同碳含量钢配副材料的摩擦适配性,并通过磨损表面形貌分析和探讨了其在无油状态下的失效机理. 结果表明:在无油状态下,随配副材料硬度增高,纸基摩擦材料的摩擦系数下降,摩擦稳定性提升,磨损率降低,高硬度的65Mn钢与纸基摩擦材料的适配性较好. 纸基摩擦材料在无油状态下主要表现为由疲劳裂纹引发的纤维脱粘与拔出导致的材料失效. 在富油状态下,配副材料的硬度对纸基摩擦材料的摩擦性能无显著影响,润滑油膜和摩擦膜的形成能有效减轻对配副材料的微观切削作用,从而抑制材料的磨损.

核环境下的摩擦、磨损与润滑
王鹏, 柴利强, 赵晓宇, 张贝贝, 刘维民
2020, 40(4): 489 -503   doi: 10.16078/j.tribology.2020071
[摘要](670) [HTML全文](139) [PDF 1662KB] (32)
摘要:
理解核环境下材料的摩擦、磨损与润滑问题对建设商用第三代核反应堆、发展新型四代堆以及验证未来先进聚变核能系统至关重要. 服役于核岛尤其是核反应堆一回路的机械部件及材料,不仅承受运动过程中循环应力及摩擦磨损,而且还要面对高温、腐蚀和辐射等极端环境,本文中针对反应堆中核环境下结构材料摩擦磨损问题,以及核环境下润滑材料特殊需求,总结了本领域研究进展及面临的挑战,并对推进及解决核环境下材料的摩擦、磨损与润滑研究提出了展望.

硅碳氢润滑油的空间长寿命润滑性能分析
徐增闯, 崔维鑫, 贺景坚, 郝丽春, 杨晓宇
2020, 40(4): 504 -509   doi: 10.16078/j.tribology.2019190
[摘要](605) [HTML全文](131) [PDF 1228KB] (10)
摘要:
为分析硅碳氢润滑油(SiCH)在真空边界润滑工况下的润滑特性,采用真空螺旋轨道摩擦试验机(SOT)测试了在1.5、1.75和2 GPa三种接触应力下润滑油的名义润滑寿命,利用真空往复摩擦试验机(SRV)测试了润滑油的往复滑动摩擦系数. 利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)及X射线光电子能谱仪(XPS)对磨斑表面进行显微形貌、元素组成及化学状态进行分析. 结果表明:硅碳氢润滑油的真空名义润滑寿命较高,达到1 936 r/μg(转/微克),其往复滑动摩擦系数和磨斑直径较815Z全氟聚醚润滑油均较小,耐磨寿命较长,具有良好的真空边界润滑性能. 真空四球试验前后润滑油的红外透过率分析结果表明,润滑油在红外地球敏感器工作的14~16.25 μm波段透过率无明显变化. 在电机真空寿命验证试验中,采用硅碳氢润滑油润滑的扫描电机旋转次数最高已达6.04×108次. 润滑油的摩擦性能测试和电机寿命验证试验结果为处于边界润滑工况下的空间运动机构润滑失效提供了定量的判据,也为其他类似工况下的运动机构长寿命润滑设计提供试验依据.

蛇纹石矿物作为润滑油添加剂对锡青铜摩擦学行为的影响
尹艳丽, 于鹤龙, 王红美, 张仲, 白志民, 徐滨士
2020, 40(4): 510 -519   doi: 10.16078/j.tribology.2019261
[摘要](687) [HTML全文](133) [PDF 1927KB] (17)
摘要:
采用SRV滑动磨损试验机考察了蛇纹石天然矿物粉体作为添加剂对油润滑条件下与钢对磨时锡青铜摩擦磨损的影响. 借助扫描电镜、能谱仪、X射线光电子能谱仪、纳米压痕仪等对磨损表面形貌、元素组成与化学状态,以及纳米力学性能进行了分析,探讨了蛇纹石添加剂改善锡青铜摩擦学性能的作用机制. 结果表明:蛇纹石矿物在锡青铜表面形成了1层由金属氧化物、氧化物陶瓷、石墨和有机物构成的复合摩擦反应膜,其纳米硬度和弹性模量呈表面低、内部高的梯度变化,从而显著改善了油润滑条件下锡青铜的摩擦学性能.

铁路车轴过盈配合面微动损伤分析及有限元仿真
袁才钦, 李亚波, 杨凯, 鲁连涛, 邹朗, 李伟, 曾东方
2020, 40(4): 520 -530   doi: 10.16078/j.tribology.2019186
[摘要](589) [HTML全文](123) [PDF 3173KB] (17)
摘要:
基于全尺寸铁路车轴疲劳试验,观察并分析了微动区损伤形貌及损伤机理. 基于测量的磨损轮廓建立有限元模型,计算分析了微动磨损对过盈配合面微动参量及轴向应力的影响. 结果表明:轮座近加载侧存在1个宽度约为20 mm的微动损伤区,根据形貌特征可以分为3个区域. 仿真得到的微动滑移区宽度与损伤区宽度基本一致,张开区宽度略小于磨损区. 未磨损时,接触压应力、摩擦剪应力及轴向应力峰值均出现在接触最边缘;在微动磨损作用下,接触压应力、摩擦剪应力、轴向应力峰值出现在磨损-未磨损边界,且轴向应力数值在磨损区由负变正. 磨屑的存在为接触面提供承载平台,在一定程度上抑制应力集中向内部转移.

考虑上游泵送效应的滑靴副动压润滑特性
赵波, 王志超, 杨理华, 刘晓俊, 张保成
2020, 40(4): 531 -537   doi: 10.16078/j.tribology.2019238
[摘要](577) [HTML全文](131) [PDF 1262KB] (11)
摘要:
为了改善轴向柱塞泵滑靴副的润滑性能,利用仿生学原理,在斜盘上构建倾斜椭圆形微坑织构. 通过微坑产生的动压效应和上游泵送效应,以期能够优化滑靴副的摩擦性能并减少泄漏量. 基于CFD方法开展了具有椭圆形微坑织构滑靴副的建模与润滑性能研究,揭示了不同润滑介质黏度和转速下柱塞泵滑靴副的承载能力、泄漏量和摩擦系数随微坑倾斜角度的变化规律. 研究结果表明:通过在斜盘面上建立无倾斜椭圆形微坑,能明显提高滑靴副的承载能力,并降低摩擦系数,但会导致泄漏量增大;而在此基础上,通过将椭圆形微坑相对于其滑动方向旋转一定角度,滑靴副的承载能力和摩擦系数不会明显变化,但可以显著减小润滑介质泄漏量.

机械密封动环外周表面织构换热机理及结构优化
周宇坤, 彭旭东, 赵文静, 江锦波, 孟祥铠
2020, 40(4): 538 -550   doi: 10.16078/j.tribology.2019192
[摘要](765) [HTML全文](133) [PDF 2206KB] (20)
摘要:
本文中以接触式机械密封为研究对象,考虑端面摩擦热,建立了包含密封环及密封腔的三维轴对称传热模型,并采用Fluent软件进行了传热分析,得到了密封环及密封腔的流场、温度场、速度场和Nusselt Number(Nu数)分布情况. 通过分析织构及其周边的流场、流态和温度场,揭示了织构的对流换热机理,主要研究了等边三角形织构的深径比、排数、排间距、排列方式和方向角等几何因素对端面温度的影响,并对等边三角形的结构参数进行了优选. 结果表明:动环外周表面织构具有增强对流换热效果和降低密封环整体温度的能力;织构的型式、深径比、个数以及排列方式均会对其换热效果产生影响,其中织构个数和旋转角影响较大,且三角形织构具有较强的换热能力,为今后高性能机械密封的优化设计及应用提供了理论依据.

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