2003年23卷3期

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电化学沉积DLC薄膜的摩擦学性能研究
2003, 23(3):169-173.
[摘要](1348) [PDF 348KB](1522)
摘要:
采用直流电源,以有机溶剂作为碳源,通过电化学沉积方法在单晶硅表面制备了类金刚石碳薄膜.用原子力显微镜、拉曼光谱仪和傅立叶红外光谱仪等表征了薄膜的结构,用DF-PM型动-静摩擦系数精密测定仪考察了薄膜的摩擦学性能.结果表明:电化学沉积含氢类金刚石碳薄膜的硬度较高(约14GPa),薄膜均匀、致密,表面粗糙度小;在室温干摩擦条件下,薄膜同GCrl5钢以及α-Al2O和Si3N4陶瓷对摩时的摩擦系数随载荷增加而略微减小;陶瓷材料/类金刚石碳膜的摩擦系数较低,钢/类金刚石碳膜的摩擦系数较高;类金刚石碳薄膜同Si3N4陶瓷对摩时呈现断裂剥落特征;同GCrl5钢对摩时发生转移并形成转移膜,耐磨寿命缩短.

高速电弧喷涂Fe-Al/WC复合涂层的摩擦学特性
2003, 23(3):174-178.
[摘要](1029) [PDF 279KB](1748)
摘要:
利用高速电弧喷涂技术制备了Fe-Al涂层和Fe-Al/WC复合涂层,在T-11型摩擦磨损试验机上对比研究了2种涂层同GCrl5钢球配副时的滑动摩擦磨损特性,并探讨了涂层的摩擦磨损机理.结果表明:可以将Fe-Al/WC复合涂层的摩擦磨损过程划分为3个阶段,随着滑动距离的增加,摩擦系数先迅速升高,之后缓慢降低直至平稳阶段;由于Fe-Al/WC复合涂层的平均硬度较高,且涂层中的硬质颗粒能有效地阻止裂纹的扩展,故其耐磨性明显优于Fe-Al涂层;随着滑动速度增加,裂纹的扩展速率加快,并产生较厚磨屑,从而使涂层的摩擦系数和磨损率均显著增大;在摩擦磨损过程中涂层表层受到拉应力与压应力的交替作用,Fe-Al/WC涂层的主要磨损机制为剥层磨损.

脉冲直流等离子体辅助化学气相沉积TiN和TiCN薄膜摩擦磨损特性研究
2003, 23(3):179-182.
[摘要](1110) [PDF 297KB](1435)
摘要:
对比研究了脉冲直流等离子体辅助化学气相沉积TiN和TiCN薄膜的摩擦磨损特性,用扫描电子显微镜、X射线衍射仪及销-盘摩擦磨损试验机分析薄膜形貌和结合力,考察了不同沉积条件下2种薄膜的摩擦磨损过程及其影响因素.结果表明,TiCN薄膜具有较高硬度、良好的膜基结合力,相对于TiN薄膜而言表现出更低的摩擦系数和更好的耐磨性能.在实际使用中应注重成分和结构优化设计,以保证薄膜具有良优良的减摩性能.

激光熔敷Mo2Ni3Si/NiSi金属硅化物耐磨复合材料涂层组织与抗磨性能
2003, 23(3):183-187.
[摘要](1382) [PDF 379KB](1429)
摘要:
以Ni-42Mo-28Si和Ni-36Mo-24Si(质量分数计)合金粉末为原料,利用激光熔敷技术在1Crl8Ni9Ti不锈钢基材表面制得由三元金属硅化物Mo2Ni3Si初生树枝晶和枝晶间Mo2Ni3Si/NiSi共晶组织组成的复合材料涂层,考察了涂层镍含量及Mo2Ni3Si初生相体积分数对涂层在滑动干摩擦下的耐磨性的影响.结果表明:激光熔敷Mo2Ni3Si/NiSi金属硅化物复合材料涂层在滑动干摩擦条件下具有优异的抗磨性能;随着涂层中三元金属硅化物Mo2Ni3Si初生相体积分数的增加,涂层的耐磨性提高,摩擦系数降低;激光熔敷Mo2Ni3Si/NiSi金属硅化物复合材料涂层具有良好的载荷特性.

钢表面钼沉积及渗硫复合改性层的摩擦学性能
2003, 23(3):188-191.
[摘要](940) [PDF 263KB](1578)
摘要:
采用多弧离子镀及低温离子渗硫复合镀渗工艺在45^#钢表面制备了含MoS2的钼基复合表面改性薄膜,在QP-100型球-盘式摩擦磨损试验机上考查了复合薄膜在油润滑条件下的摩擦学性能.用原子力显微镜及扫描电子显微镜观察分析了薄膜表面、截面和其磨损表面形貌及成分,用X射线衍射仪及俄歇电子能谱仪分析了薄膜的相结构及组成元素沿深度分布.结果表明,含MoS2的复合镀渗薄膜由Mo、MoS2及少量FeS组成,其在油润滑条件下同轴承钢对摩时表现出优良的摩擦学性能.

单层MoS2悬浊液的制备及其摩擦学行为研究
2003, 23(3):192-196.
[摘要](1016) [PDF 400KB](2004)
摘要:
用插层法制备了单层MoS2在水中的悬浊液,采用X射线衍射仪、透射电子显微镜以及扫描电子显微镜表征了单层MoS2的结构,用四球长时摩擦磨损试验机考察了单层MoS2在水中的悬浊液的摩擦学行为.结果表明:MoS2经剥层一重堆过程处理后形成单层MoS2,单层MoS2在水中以单片或者多片重叠形式存在,其间距由0.615nm增大为0.622nm;所合成的单层MoS2悬浊液在一定添加量范围内表现出良好的减摩能力.这是因为其在钢球磨损表面生成含FeS的保护膜,而保护膜的剪切强度较低,因而表现出良好的减摩性能,但活性元素S易导致钢的过度腐蚀而使抗磨性能反而变差.

不饱和聚酯/蒙脱土纳米复合材料的制备及其摩擦磨损性能研究
2003, 23(3):197-200.
[摘要](1373) [PDF 312KB](1546)
摘要:
采用插层法制备了不饱和聚酯/蒙脱土纳米复合材料,用X射线衍射仪表征了复合材料的插层型结构,考察了蒙脱土含量对复合材料耐磨性能的影响,并用扫描电子显微镜及能谱分析仪观察分析了复合材料磨损表面.结果表明:所制备的插层型纳米复合材料的耐磨性能显著优于不饱和聚酯;随着蒙脱土含量增加复合材料的耐磨性能明显提高,随后趋于稳定;不饱和聚酯同45^#钢对摩时主要发生粘着磨损和疲劳剥落,而含蒙脱土的复合材料的粘着磨损和疲劳剥落显著减轻.

原位TiC颗粒增强灰铸铁复合材料的组织及其摩擦磨损性能
2003, 23(3):201-205.
[摘要](974) [PDF 366KB](1765)
摘要:
采用原位反应铸造法制备了TiC颗粒增强灰铸铁复合材料,并考察了复合材料的组织、力学性能和摩擦磨损性能.结果表明:随着合金熔体中Ti含量增加,复合材料中TiC颗粒的数量增加,尺寸减小,而石墨的数量降低,且其形态由片状转化为点状;含有大量TiC颗粒及少量点状石墨的复合材料的力学性能和耐磨性优良,即使在较高载荷下,复合材料中的TiC颗粒和点状石墨仍具有协同减摩抗磨作用,从而使得复合材料的摩擦磨损性能优于普通灰铸铁.

Al2O3纤维及炭纤维增强ZL109混杂复合材料的高温摩擦磨损性能研究
2003, 23(3):206-210.
[摘要](922) [PDF 307KB](1475)
摘要:
利用预制体挤压浸渗法制备了Al2O3 C1/ZL109短纤维混杂金属基复合材料,并探讨了炭纤维含量对该混杂复合材料高温(400℃)下的摩擦磨损性能的影响.结果表明:混杂炭纤维的复合材料具有优异的高温耐磨性能;由于12%Al2O3和4%C短纤维的协同作用,复合材料从轻微磨损向急剧磨损转变的临界温度比基体合金的提高了1倍;混杂复合材料的摩擦系数和磨损率随着炭纤维体积分数的升高而不断减小,这在较高温度(300℃)下更加明显;在较低温度下,基体及复合材料的磨损机制主要为犁沟磨损和轻微粘着磨损,当温度超过临界温度后,磨损机制转变为严重粘着磨损.

纳米Al2O3填充环氧树脂复合材料的摩擦学性能
2003, 23(3):211-215.
[摘要](843) [PDF 348KB](1801)
摘要:
研究了干摩擦条件下纳米Al2O3微粒含量及其表面改性处理对环氧树脂基复合材料滑动摩擦磨损性能的影响.结果表明,经过表面化学接枝处理后,少量的纳米Al2O3(体积分数约0.24%)即可大幅度提高环氧树脂的摩擦磨损性能,起到显著的减摩和耐磨作用.复合材料的热变形稳定性、显微硬度及磨损表面形貌分析结果表明,对纳米Al2O3微粒进行适当的表面处理有利于加强纳米微粒同基体树脂的结合,从而改善复合材料的摩擦学性能.

纳米ZnO/环氧树脂复合材料的力学性能和摩擦学性能
2003, 23(3):216-220.
[摘要](1016) [PDF 258KB](2030)
摘要:
在超声波作用下,利用偶联剂将ZnO纳米微粒同环氧树脂进行复合,制备了纳米ZnO/环氧树脂复合材料,用M-2000型摩擦磨损试验机评价了复合材料在干摩擦条件下同不锈钢对摩时的摩擦学性能,测定了复合材料的力学性能,并用正电子湮没寿命技术(PALT)分析了试样的微观结构.结果表明:纳米ZnO/环氧树脂复合材料的耐磨性优于环氧树脂;当纳米ZnO的质量分数为10%时,复合材料的磨损率最小,仅为环氧树脂的15%,且摩擦系数也有所降低;摩擦后复合材料试样的自由体积孔穴尺寸有所增大,而且随着ZnO含量的增加,自由体积孔穴尺寸呈增大趋势.

一种新型S-N添加剂与磷酸三甲酚酯在500N加氢基础油中的摩擦学复合效应
2003, 23(3):221-225.
[摘要](1150) [PDF 328KB](1831)
摘要:
合成了一种新型S-N无灰添加剂(DBTT);利用四球摩擦磨损试验机考察了单剂DBTT、磷酸三甲酚酯(TCP)以及含不同质量比的DBTT和TCP的复合添加剂在500N加氢基础油中的摩擦学性能;用X射线光电子能谱仪和扫描电子显微镜分析了磨损表面形貌和元素化学状态.结果表明:合成的DBTT在500N加氢基础油中有良好的溶解性;所考察的添加剂都能有效提高基础油的承载能力;在一定条件下单剂DBTT和TCP能够有效提高基础油的减摩和抗磨性能;DBTT/TCP复合剂在基础油中表现出协同抗磨效应和增摩效应.含上述添加剂的500N加氢油在摩擦过程中发生摩擦化学反应,生成混合边界润滑膜,从而起减摩抗磨作用.

含硼和氮的脂肪酸水基润滑添加剂的制备及其摩擦学性能
2003, 23(3):226-230.
[摘要](1082) [PDF 305KB](1480)
摘要:
通过在脂肪酸分子中引入硼和氮,合成了新型水基润滑添加剂(BNR),用红外光谱仪对其主要官能团进行了鉴定,用四球摩擦磨损试验机考察了合成产物在水中的抗磨和极压性能,用X射线光电子能谱仪分析了钢球磨损表面典型元素的化学状态,并探讨了该类添加剂的极压抗磨作用机理.结果表明:含硼和氮的水基润滑添加剂具有优良的抗磨和减摩性能;由于长链脂肪酸分子的载体作用、硼的缺电子性、氮的高反应活性以及三者的协同作用,添加剂在钢球磨损表面形成了高强度的吸附膜和(或)摩擦化学反应膜,从而表现出良好的抗磨和极压作用.

一种减轻固粒对壁面冲蚀磨损的新方法
2003, 23(3):231-235.
[摘要](981) [PDF 311KB](1491)
摘要:
针对带固粒的近壁流场,提出了在壁面上开凿纵向浅沟槽以减轻固粒对壁面冲蚀磨损的方法.采用改进的κ-ε湍流模式和气-固两相双向耦合模型,计算了流场中颗粒的速度、轨迹以及固粒对壁面的冲蚀磨损,并进行了相应的试验对比.结果表明:在壁面上开凿纵向沟槽能减轻固粒对壁面的磨损;在一定的沟槽高度下,当沟槽宽度同沟槽问距离相等时,减轻磨损的效果最明显;在一定颗粒尺寸范围内,大颗粒导致磨损质量损失增大,当颗粒尺寸超过某一临界值后,颗粒尺寸对磨损的影响较小.进口处颗粒运动方向对壁面磨损具有直接影响.

基于摩擦声发射信号的磨削表面粗糙度在线检测方法研究
2003, 23(3):236-239.
[摘要](979) [PDF 272KB](1681)
摘要:
利用摩擦产生的声发射(AE)信号的功率谱密度对磨削表面粗糙度进行在线评价.实测结果表明,AE信号的功率谱密度与外圆磨削表面粗糙度之间存在很好的映射关系,利用随机信号分析的经典估计理论建立的这种映射关系可用于外圆磨削表面粗糙度的在线检测.

钢轨轨缝接触-冲击的有限元分析
2003, 23(3):240-244.
[摘要](926) [PDF 220KB](1610)
摘要:
基于弹性点支承梁模型,采用三维非线性动力分析有限元程序ANSYS/LS-DYNA3D,建立了轮轨轨缝处接触一冲击有限元分析模型,通过模拟车轮经过轨缝时冲击钢轨接头的过程,研究了冲击过程中轨头的应力分布情况.结果表明:车轮冲击钢轨接头时,轮轨间最大垂向接触力出现在冲击开始后0.5ms左右,约为静载时的2.6倍,且在一定时间段里,轮轨间出现瞬时脱离现象.同时,轮轨间接触力及各种最大应力均随着轴重的增加成正比增大;当车轮冲击轨端瞬时,最大Von Mises等效应力出现在轨端头部,约为静接触时的3倍;最大剪应力发生在离轨顶面5mm处.研究结果对于揭示轨头的冲击破坏机理和改善铁路轨缝连接方式具有指导作用.

粗糙度对4种聚氨酯弹性体粘着性能的影响
2003, 23(3):245-249.
[摘要](824) [PDF 221KB](1734)
摘要:
采用生物摩擦磨损试验台测定了4种聚氨酯的弹性模量,研究了表面粗糙度和法向力对粘着力的影响.结果表明:4种聚氨酯的弹性模量在55~1206kPa之间,粘着力由高到低的排序同其弹性模量排序相反,弹性模量较低的试样的饱和粘着力达到15kPa,且表面粗糙度对粘着力的影响不明显;弹性模量较大的试样的粘着力仅为1.5kPa,随弹性模量增加,表面粗糙度的影响增大;试样之间的接触形式同粘着力密切关系,相当于单个凸峰接触的蓝宝石球对聚氨酯试样的粘着力不受法向力的影响,而在平面接触情况下粘着力先随法向力增加而增大,当法向力超过一定(10~15kPa)值后,粘着力增加趋缓并达到饱和值.

载电条件下铬青铜/纯铜摩擦副摩擦磨损性能研究
2003, 23(3):250-252.
[摘要](1484) [PDF 207KB](1741)
摘要:
考察了纯铜销试样和铬青铜QCr0.5盘试样摩擦副在载电条件下的滑动摩擦磨损性能,并初步探讨了摩擦磨损机制.结果表明,电流对铬青铜/纯铜摩擦副的滑动干摩擦行为具有显著影响,随着电流增加,销试样的磨损率增加,摩擦系数增大,摩擦表面塑性流动和粘着加剧.

两种纤维状矿物作为汽车刹车片增强材料的实验研究
2003, 23(3):253-257.
[摘要](1411) [PDF 315KB](1754)
摘要:
以改性针状硅灰石和纤维状海泡石作为复合增强体制备了多种刹车片试样,在综合分析各刹车片的冲击强度及定速摩擦试验数据的基础上,优选出了最佳刹车片配方,并针对基于优选配方的刹车片试样进行了卡斯试验及台架摩擦试验测定.结果表明,以1:6(质量分数)的硬脂酸改性细粒(0.018mm,颗粒长径比L∶D>12)针状硅灰石和硬脂酸改性粗粒(0.28mm,L∶D>50)纤维状海泡石作为复合增强体所制备的刹车片的综合性能最佳.基于优选配方所研制的19号刹车片试样的各项性能指标符合汽车刹车片材料国家标准,完全可以替代以石棉摩擦材料为增强材料的刹车片.

内燃机摩擦学综合设计决策研究
2003, 23(3):258-264.
[摘要](1236) [PDF 358KB](1379)
摘要:
以内燃机低摩擦功耗设计为目的,以满足各项摩擦学性能指标为约束,提出并建立了基于基因模型的混合进化设计方法,构建了适合领域特点的专家修正算子和屏蔽算子,并进一步拓展出分层基因模型及相应的协同进化算法,建立了参数协调机制.结果表明,利用该模型和方法可在设计空间中获得优选方案的种群,从而为设计决策提供依据,相关研究结果在内燃机活塞子系统以及内燃机整体设计的设计决策中得到了成功应用.

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