2009年29卷6期

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便携式人体皮肤摩擦性能测试仪的研制
李宏凯, 樊鸣鸣, 弓娟琴, 戴振东
2009, 29(6):489-493.
[摘要](1397) [PDF 456KB](2048)
摘要:
随着对人体皮肤摩擦学特性研究的展开,目前还没有适用的设备对脸颊?额头等不规则形状部位进行测试,本文研制了一种便携式的摩擦性能测试仪,并在不损害皮肤情况下进行人体皮肤摩擦性能测试,结果表明:该测试仪使用方便?性能可靠.在0.2 2N 的接触正压力和10 60nml/S 的滑行速度范围内,皮肤摩擦系数与施加的接触正压力及滑行速度无关.自然状态下,手背?手掌?前臂屈侧?前臂伸侧?前额部位皮肤摩擦系数在性别间的差距较小,但脸颊部位皮肤摩擦系数女性却远大于男性.护肤品处理后,各测试部位皮肤摩擦系数在性别间的差距都有所缩小.

汽车发动机用窄型链的多冲磨损特性研究
程亚兵, 孟繁忠, 冯增铭
2009, 29(6):494-498.
[摘要](1186) [PDF 349KB](1826)
摘要:
为了提高国产机油泵链条的性能,满足发动机轻量化的个性需求,通过发动机总成试验,研究了一种窄型的汽车发动机机油泵链06BN-1的磨损机制,并对套筒和销轴的磨损表面进行微观分析.结果表明,汽车发动机机油泵链的主要磨损形式为疲劳磨损,销轴?套筒零件表面的裂纹生成?扩展与剥落是其主要磨损失效机制.销轴和套筒零件均发生循环软化,滚子零件发生循环硬化.微动磨损是汽车链"散架"失效的重要原因之一.保证滚子零件具有足够的强度与塑性,并采取合理的成形工艺,是提高滚子零件多冲抗力的有效方法

γ-TiAl合金激光熔覆高温自润滑耐磨复合材料涂层研究
刘秀波, 刘元富, 穆俊世, 宋天麟, 周晓京, 范莉
2009, 29(6):499-504.
[摘要](1447) [PDF 793KB](1848)
摘要:
以NiCr-Cr3C2-40%CaF2(wt.%)复合合金粉末为原料,采用Nd:YAG激光熔覆技术,在γ-TiAl合金基体表面成功制备出了高温自润滑耐磨复合材料涂层,在复合粉体准备时,采用Ni-P化学镀包覆原始CaF2颗粒,以减少其在激光熔覆过程中的分解?蒸发和上浮.采用XRD?SEM和EDS等手段对所制备复合材料涂层的显微组织进行了分析,并测试了TiAl合金及所制备的复合材料涂层的室温滑动磨损性能.结果表明:该复合材料涂层由初生发达树枝状TiC和次生块状Al 4C3碳化物增强相以及细小弥散分布的CaF2润滑颗粒均匀分布在塑韧性良好的NiCrAlTi(γ)基体中,其平均显微硬度是基体TiAl合金的2倍以上. CaF2颗粒由于采用Ni-P化学镀包覆而大部分得以保留,并且增强了其与NiCrAlTi(γ)金属基体的相容性,使得该复合材料涂层具有良好的自润滑和耐磨效果

纳米尺度下切削过程的准连续介质力学模拟
赵晟, 江五贵
2009, 29(6):505-511.
[摘要](1286) [PDF 893KB](2191)
摘要:
采用准连续介质力学方法模拟了镍单晶体刀具在单晶铜工件上的切削过程,深入分析了切削过程中的能量演化?应力场变化和原子位移情况等因素.结合切削过程中位错滑移等塑性行为和原子径向分布理论,揭示了切屑产生的机理,证实了切削过程中已加工表面和体相晶体结构的非晶态变化是切屑产生的主要原因.通过对纳米切削过程不同阶段的模拟表明:刀具的耕犁作用下剪切带的形成和扩展是切屑形成的初始阶段;变质层的产生是纳米切削的中间阶段并构成了加工表面组织;储存在变形晶格中的变形能超过一定值时,晶格被打破,形成非晶态结构是切屑形成的最终阶段.

热处理对Al2O3f/Mg-9Al-0.5Nd材料力学性能及摩擦磨损特性的影响
王武孝, 亢春生, 范志康, 董志乔
2009, 29(6):512-517.
[摘要](1378) [PDF 858KB](1941)
摘要:
采用无压浸渗技术制备了Al2O3f/Mg-9Al-0.5Nd复合材料,研究了热处理对复合材料力学性能和摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌并对其磨损机理进行了分析.结果表明:热处理后复合材料的硬度及耐磨性得到显著提高;铸态复合材料的磨损机制主要表现为磨粒磨损和剥层磨损,热处理后复合材料抗剥层能力增强,磨损机制主要为磨粒磨损.

磁控溅射Ti1-xAlxN薄膜的结构与摩擦学性能研究
张晔, 李长生, 李学超
2009, 29(6):518-525.
[摘要](1348) [PDF 1097KB](1770)
摘要:
采用双靶反应磁控溅射的方法,通过改变基体相对于靶材的位置制备了一系列不同化学成分的TiAlN薄膜.用SEM,AFM,EDS,XRD等检测手段对薄膜的表面状态,如粗糙度?化学成分及结构等进行了表征,采用UMT-3型多功能摩擦磨损试验机,在室温?大气环境?无润滑的条件下对不同成分TiAlN薄膜的摩擦学性能进行了评价.试验结果表明:薄膜的化学成分伴随着位置的改变在Ti 0.82Al 0.18N和Ti 0.12Al 0.88N的范围内发生变化;在经历了700℃×1h的退火以后不同位置制备的薄膜先后出现了TiN,Ti 2AlN,TiN 0.30AlN,TiAlN等多种物相结构;表面粗糙度和形貌的试验结果表明了不同薄膜在不同位置的生长方式也不同;x值在0.57及0.65的薄膜具有高硬度?低粗糙度,并在摩擦过程中形成了摩擦转移膜,从而导致薄膜具有最佳的摩擦学性能.

氯苯基硅油润滑球轴承在真空环境下摩擦性能与泄漏量研究
林冠宇, 王淑荣, 王立朋
2009, 29(6):526-530.
[摘要](1447) [PDF 717KB](2234)
摘要:
阐明氯苯基硅油润滑球轴承的润滑机理,对不同真空度和转速下的轴承摩擦力矩进行研究.在真空度3×10 -5Pa条件下,选用FY-3卫星“紫外臭氧垂直探测仪”光学调制器电机样机和进口电机进行8个月工程试验后,利用高倍显微镜分析试验轴承表观状态,并分析氯苯基硅油的泄漏量.结果表明:在3×10-5Pa下,所用试验轴承的摩擦力矩值随着转速的增大而趋向稳定;氯苯基硅油润滑球轴承摩擦力矩的变化量为9.8×10-4Nm,小于采用Maplub101润滑的进口电机轴承摩擦力矩变化量;试验期间氯苯基硅油的泄漏量为1.92mg,证明采用氯苯基硅油润滑适合光学调制器在真空环境下长期运转

纳米锌添加剂适宜自修复条件的试验研究
杨长江, 陈国需, 陈淑莲, 赵立涛, 廖梓珺
2009, 29(6):531-536.
[摘要](1322) [PDF 396KB](1655)
摘要:
运用均匀设计的试验方法考察了纳米锌作为自修复添加剂在HQ-1摩擦体系中的适宜自修复条件;利用SPSS统计软件对试验结果进行了回归分析,建立了自修复性能与载荷?转速?浓度和修复时间之间的数学模型,规划求解寻找适宜自修复的条件,并经过试验验证其准确性;使用粗糙度测量仪测试了修复前后试块磨痕表面状况,采用带有能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜分析了修复前后试块磨痕的表面形貌.结果表明:所建立的回归模型可信?可行,具有显著性和统计意义,仪器测试结果与自修复效果有较好的一致性,分析结论对适宜自修复条件的确立具有指导意义.

固-液复合润滑对轴承钢摩擦学性能的影响
刘沅东, 王成彪, 袁静静, 刘家浚
2009, 29(6):537-545.
[摘要](1222) [PDF 1728KB](1761)
摘要:
为了提高GCr15钢的耐磨性和承载能力,采用低温离子渗硫技术在GCr15钢的表面制备了FeS固体润滑薄膜,在球-盘摩擦磨损试验机上对比研究了在基础油及2种含硫极压抗磨添加剂(ZDDP和SO)润滑条件下GCr15钢渗硫前后的摩擦学性能.利用SEM观察了磨损表面的形貌,利用XPS分析了磨损表面边界润滑膜化合物的价态及元素随深度的变化.研究表明:在摩擦过程中,表面的硫化层会阻碍润滑油中的添加剂与基体之间的作用,当添加剂与基体直接接触时其作用才能发挥.只有当硫化层破坏程度较小时,与添加剂的复合作用效果才较为明显.含硫添加剂与基体之间的反应可以补充硫化层因磨损失去的FeS,体现了显著的复合润滑效果.其中,高活性的硫烯比需要温度催化的ZDDP对硫化层的补充作用更明显.

不同载荷和速度下氧化锆/不锈钢摩擦副电控摩擦行为的实验研究
贺四清, 孟永钢, 田煜
2009, 29(6):546-550.
[摘要](1493) [PDF 433KB](1672)
摘要:
在十二烷基硫酸钠水溶液润滑条件下,利用球盘摩擦试验机研究了滑动速度及载荷对正向?反向和开路3种电压控制模式下ZrO2 球/不锈钢盘的电控摩擦行为的影响.结果表明:在正向控制电压和开路模式下,摩擦系数均随滑动速度增加而迅速降低,但开路模式下的摩擦系数显著低于正向控制电压时的摩擦系数;而在较低的反向电压作用下,摩擦系数低于前两种控制模式下的值,并且随速度降低或载荷升高变化很小,保持了较低的摩擦系数.基于不同电压控制模式下十二烷基硫酸根阴离子在摩擦表面上的不同吸附行为对所观测到的摩擦行为进行了机理分析和解释.

高速列车车轮磨耗预测仿真
罗仁, 曾京, 戴焕云, 邬平波
2009, 29(6):551-558.
[摘要](1401) [PDF 1311KB](2480)
摘要:
为了研究高速列车车轮磨耗问题,建立了车辆多体系统动力学和车轮磨耗耦合模型.模型中考虑了车辆系统悬挂非线性?轮轨接触几何非线性和轮轨蠕滑力非线性.采用数值仿真方法研究车轮型面的磨耗分布和发展.考虑车辆通过一条由直线和不同曲线组成的典型线路,通过动力学仿真计算轮轨接触情况,采用FASTSIM计算轮轨接触斑上车轮磨耗量,进行车轮型面磨耗量的累积和型面外形更新,然后再进入下一个磨耗循环的计算.通过比较分析,选择车轮型面垂直磨耗0.1mm为型面更新的条件,分别采用Archard磨耗模型?基于摩擦功的磨耗模型和基于磨耗指数的磨耗模型来预测车轮型面磨耗发展情况.并与测量得到的车辆实际线路运行中车轮磨耗量进行了比较.结果表明,仿真得到的车轮型面磨耗发展情况和实际测量结果趋势相同,其中基于磨耗功和磨耗指数模型的计算结果接近,而Archard模型算得的轮缘磨耗相对较大.因此,可以根据具体线路有针对性地选择磨耗模型,通过仿真方法预测车轮型面的磨耗,为高速列车的安全可靠运行提供指导.

内燃机缸套-活塞环磨合过程中微凸体承载研究
朱华, 马晨波, 历建全
2009, 29(6):559-563.
[摘要](1569) [PDF 244KB](1545)
摘要:
为获得内燃机缸套-活塞环磨合磨损过程中微凸体的承载情况,利用粗糙峰的接触模型推导出磨合过程中微凸体承载方程,其中对弹性变形部分微凸体承载和塑性变形部分微凸体承载分别进行了研究,重点比较了内燃机缸套-活塞环磨合过程中假定接触微凸体全部为弹性变形与考虑接触微凸体产生弹?塑性变形时承载能力的不同.研究结果表明,在磨合磨损的中后期,即当h/σ大于0.5,ψ小于0.9时,两者差别不大,可以假定微凸体变形全部为弹性变形进行微凸体载荷的计算;而在磨合磨损初期,即当h/σ小于0.5,ψ大于0.9时,假定微凸体变形全部为弹性变形时的承载为考虑弹?塑性变形时的50%~85%左右.考虑到内燃机缸套-活塞环磨合过程中初期磨合的重要性,在计算缸套-活塞环磨合过程中微凸体承载时,应将塑性变形部分微凸体和弹性变形部分微凸体承载分别进行研究.也说明了本文所建立的微凸体承载方程更有益于缸套-活塞环磨合过程的摩擦学状态分析.

聚双环戊二烯在干摩擦和油润滑条件下的摩擦学性能
潘炳力, 杜三明, 高喜平, 张春飞, 张玉清, 张永振
2009, 29(6):564-571.
[摘要](1884) [PDF 1434KB](1794)
摘要:
采用反应注射成型法制备了聚双环戊二烯(PDCPD)材料,力学性能测定结果表明所得材料具有较高韧性和刚性.利用MM-200摩擦试验机考察了PDCPD材料在干摩擦和液体石蜡润滑下的摩擦学性能,结果表明:干摩擦条件下,负荷在一定范围内时材料呈现黏着磨损,而当负荷较高时,发生严重的机械切削和塑性变形,呈现类似于疲劳磨损的磨损方式;液体石蜡润滑条件下,材料呈现典型的磨粒磨损,在所研究的负荷范围内表现出优良的摩擦学性能.

机织物与皮肤间摩擦特性的测试方法
王旭, 徐广标, 王府梅
2009, 29(6):572-578.
[摘要](1396) [PDF 1034KB](2371)
摘要:
为了便于研究织物与人体皮肤间的摩擦性能,作者模拟织物与皮肤的摩擦行为,在现有负荷-伸长测试仪的基础上,研制改造出一台用于测量织物与皮肤间摩擦特性的测试仪.实验发现,在同一组摩擦试验中,首次摩擦试验的曲线明显低于其后的摩擦曲线,而且动摩擦力的波动性较后者大.为保证该仪器的测量数据客观有效,进行了重现性和可比性对比试验,结果表明该仪器在相同测试条件下测得的摩擦信号重现性较好,不同织物和皮肤间的摩擦试验结果具有可比性.同时为了归纳出相对稳定的试验条件(如张力?摩擦速度?试样宽度),选择4种规格不同的机织物与皮肤进行对比试验, 根据摩擦信号的稳定性和实际测试条件, 推荐了常规机织物的基本测试参数, 其中张力为2N , 摩擦速度为5 0 0m m/ m i n , 试样宽度为1 0c m .

凹坑形表面在空气介质中的减阻性能研究
徐中, 徐宇, 王磊, 徐文骥
2009, 29(6):579-583.
[摘要](1343) [PDF 380KB](2277)
摘要:
采用标准k-ε湍流模型对一种新型的非光滑表面———凹坑形表面在空气介质中不同条件下的流动进行了数值模拟,可以得到光滑表面和半径0.4mm的半球状凹坑分布的非光滑表面在4~48m/s范围内的来流速度下的阻力系数.计算结果表明该凹坑形非光滑表面在这个速度区间内均能产生一定的减阻效果.在速度为24m/s时,它的减阻率达到最大的7.2%.最后本文对该非光滑表面的减阻机理进行了研究.

喷射成形Zn52Al40Cu2Si6微观形貌及耐磨性能
杨诚笑, 杜春风, 陈兴, 严彪, 王军, 唐人剑
2009, 29(6):584-591.
[摘要](1127) [PDF 1265KB](1852)
摘要:
采用喷射成形工艺制备高铝锌基合金,利用扫描电镜?金相显微镜?透射电镜及X-射线衍射等表征了合金的磨损形貌和内部组织,采用M2000摩擦试验机考察了高铝锌基合金的摩擦磨损性能.结果表明,沉积坯大部分为粗化均细的共析片层状组织,呈不均匀微观分布态,而不是通常认为的树枝晶结构.沉积过程中形成较多无规则?不均匀分布的孔洞,致密度只有60%左右;由于时效后期的四相反应α+ε→Τ′+η,合金的硬度热处理后下降.试验中,硅颗粒在合金基体中始终呈均匀分布.通过M2000摩擦试验机测试合金的摩擦磨损性能.Zn52Al40Cu2Si6合金在2000N载荷,200r/min试验条件下呈最佳耐磨性能.合金的摩擦系数随着载荷的增加而减小.

评估TiN薄膜与基材结合的划痕试验及有限元模拟
杨洪刚, 李曙, 段德莉
2009, 29(6):592-599.
[摘要](1537) [PDF 1266KB](1783)
摘要:
通过有限元模型模拟划痕试验得到的结果表明∶切应力的起伏变化?膜/基界面处切应力差值?接触区附近膜层表面张应力?高载下的几种应力集中等,对膜/基体系的失效都有重要的作用.通过模型计算临界载荷下的膜/基界面处切应力差值,可用来评价膜层与基材的结合强度;提出了划痕试验中膜/基体系失效的2种机制.不同性能基材的TiN膜/基体系划痕试验结果,可验证本文有限元模拟的有效性,并表明临界载荷是膜/基结合强度?体系承载能力?内聚结合性能等的综合反映;低载往复摩擦磨损试验的结果进一步证实,用划痕试验的临界载荷评估膜/基结合强度具有局限性.

电弧喷涂纳米结构涂层的组织与磨损性能
程江波, 梁秀兵, 徐滨士, 吴毅雄
2009, 29(6):600-605.
[摘要](1248) [PDF 1074KB](1761)
摘要:
基于机器人自动化高速电弧喷涂技术在45#钢基体上制备了铁基纳米结构涂层.研究了纳米结构涂层在不同磨损速度?不同载荷下的磨损行为,并利用3Cr13涂层进行对比试验.采用扫描电镜?能谱分析仪,透射电镜和X射线衍射仪等设备对涂层的组织结构进行了表征,利用纳米压痕仪对涂层的力学性能进行了分析.结果表明:涂层的组织主要由非晶相和α(Fe,Cr)相纳米晶组成;平均尺寸为46nm的α(Fe,Cr)相纳米晶均匀分布于非晶基体内.涂层的组织均匀,结构致密,平均孔隙率含量为1.7%.纳米结构涂层具有较高的显微硬度;随着磨损速度升高,载荷增加,纳米结构涂层的磨损量也随之增加.纳米结构涂层具有良好的耐磨性,同一磨损条件下,其相对耐磨性为3Cr13涂层的2.6倍.纳米结构涂层主要磨损机制为脆性断裂机制.

微弧氧化陶瓷层对AZ31合金板料渐进成形的影响
张青来, 冯甜甜, 肖富贵, 郭海玲, 李长生, 高霖, 韩伟东
2009, 29(6):606-611.
[摘要](1215) [PDF 899KB](1713)
摘要:
利用数控试验机床(CNC)和微弧氧化处理技术,对AZ31镁合金板材热渐进成形和多孔陶瓷层润滑机理进行了研究.结果表明:镁合金表面微弧氧化多孔陶瓷层吸附固体二硫化钼颗粒,形成多孔陶瓷-二硫化钼润滑膜.在摩擦初始阶段,多孔陶瓷固体MoS 2润滑膜的室温摩擦系数约为0.08,满足镁合金板材热渐进成形润滑和减摩条件.多孔陶瓷层为固体Mo S 2润滑剂提供了良好润滑平台,加工件内表面光滑,且没有任何缺陷.由于陶瓷层孔中吸附大量固体Mo S 2粉末,所研究的润滑陶瓷层在渐进成形中具有自润滑作用.与无微弧氧化处理相比,多孔陶瓷润滑层具有更好的润滑效果.

自旋对椭圆接触热弹流润滑的影响
郇艳, 杨沛然
2009, 29(6):612-617.
[摘要](1357) [PDF 617KB](1679)
摘要:
通过数值求解研究了自旋运动对热弹流润滑的影响,分析了不同载荷下自旋对压力?最小油膜厚度?油膜中层温度的影响以及滑滚比?角速度对油膜中层温度的影响.结果表明:载荷越重时油膜压力越大,油膜整体厚度越小,同时油膜顶部倾斜度越大,关于y=0截面油膜厚度曲线的不对称性越明显.自旋存在使得滑滚比不再是常数,而滑滚比越大之处温升越大,因此润滑油膜的温度分布不再关于y=0截面对称;另外,角速度越高则油膜中层温升越大,而出口峰值越靠近接触中心.

小牛血清边界润滑条件下西佛碱铜配合物改性超高分子量聚乙烯往复摩擦磨损行为
吴莉, 高新蕾, 高万振
2009, 29(6):618-626.
[摘要](1153) [PDF 1586KB](1738)
摘要:
采用自行研制的往复摩擦磨损试验机,在小牛血清边界润滑条件下,研究了含5wt%?10wt%?15wt.%乙二胺缩水杨醛西佛碱(Schiffbase)铜(Ⅱ)配合物的改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE)与钛合金(Ti6Al4V)配副的往复摩擦磨损性能.利用扫描电子显微镜及白光共焦三维轮廓仪观察其磨损表面形貌,采用EDS和XPS分析磨损表面的主要元素组成及其价态,并探讨其磨损机理.结果表明:在15%质量分数范围内,随乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜(Ⅱ)配合物加入量的增加,改性UHMWPE与钛合金配副的摩擦系数逐步降低,耐磨性逐步提高;磨损机制均为三体磨料磨损.

人体步进摩擦的主要影响因素
贾利晓, 张永振, 李健, 牛永平, 孙乐民
2009, 29(6):627-633.
[摘要](1143) [PDF 628KB](2423)
摘要:
人体步进摩擦是指在行走过程中,人脚与地面之间产生的间歇性摩擦现象.步进摩擦系数的大小直接关系到人体在行走过程中的安全性.本文介绍了影响人体步进摩擦系数大小的主要因素,包括材料?路面润滑状况?鞋底花纹?鞋跟形式与高度?人体步态参数等.在文章的最后分析了目前研究中存在的问题,进而指出了下一步的研究重点和目标.

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