2011年31卷6期

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环氧改性的单晶硅表面聚合物薄膜的摩擦学特性研究
陈丽, 张俊彦
2011, 31(6):529-533.
[摘要](1537) [PDF 783KB](1667)
摘要:
以3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(GPMS)作为连接层,在单晶硅基底表面制备2,5-呋喃二酮与1-十八烯的共聚物(PMAO)聚合物薄膜.采用傅立叶变换红外光谱仪及原子力显微镜表征薄膜的结构,分别从微观和宏观摩擦学角度考察薄膜的摩擦磨损性能.结果表明:PMAO聚合物通过环氧硅烷分子与基底之间形成化学吸附,GPMS增强了聚合物/无机界面间的粘附性和稳定性;与空白基底相比,聚合物薄膜具有低摩擦系数和优异的抗磨性能,可以作为低载荷下硅基材料的抗磨减摩防护层.

Ti-6Al-4V钛合金表面疏水性复合膜的制备及其微摩擦磨损性能
方刚, 刘秦, 康志新, 王芳
2011, 31(6):534-539.
[摘要](1788) [PDF 889KB](1666)
摘要:
通过自组装分子膜(SAMs)方法和有机镀膜技术在Ti-6Al-4V钛合金表面成功制备了三嗪硫醇三乙基硅烷(TES)自组装分子膜(TES-SAMs)和含氟官能团的三嗪硫醇(ATP)复合膜(TES-ATP).采用X射线光电子能谱仪、接触角测量仪、椭圆偏振光谱仪、原子力显微镜、超景深三维显微镜和UMT-2型摩擦磨损试验机评价薄膜结构及其微摩擦学特性.研究结果表明:TES-SAMs自组装分子膜和TES-ATP复合膜的膜厚分别为3.9和22.2 nm,其对蒸馏水的接触角分别为94.5°和130.5°,呈疏水性.TES-SAMs自组装分子膜和TES-ATP复合膜均能有效降低基体的摩擦系数,TES-SAMs自组装分子膜的摩擦系数稳定在0.23,TES-ATP复合膜的摩擦系数为0.17,而空白基体的摩擦系数为0.50;同时TES-ATP复合膜还表现出良好的抗磨性能.

碳纤维增强纸基摩擦材料磨损机理研究
费杰, 李贺军, 付业伟, 齐乐华, 李克智
2011, 31(6):540-545.
[摘要](1436) [PDF 908KB](1512)
摘要:
以碳纤维为主要增强纤维,采用湿法工艺制备出1种纸基摩擦材料.研究了不同制动次数条件下样品的摩擦磨损行为,通过分析不同制动次数后样品磨损表面的粗糙度特征、三维轮廓形貌、微观形貌和热失重过程,探讨了碳纤维增强纸基摩擦材料的磨损机理.结果表明:随着制动次数的增加,磨损表面粗糙度大幅度降低,材料磨损过程经历了从"跑合磨损"到"稳定磨损"的转变;材料在磨损过程中微凸体逐渐被磨平,孔隙逐渐被填充,表现出疲劳磨损的特征;磨损后样品表层的热重曲线在320~450 ℃之间出现了新的剧烈失重峰,表明产生了热磨损;但是磨粒磨损的特征并不明显.

多烷基环戊烷对钢/钢摩擦副的润滑性能研究
高平, 彭立, 刘维民
2011, 31(6):546-550.
[摘要](1519) [PDF 723KB](1857)
摘要:
合成了系列多烷基环戊烷,采用傅立叶变换红外光谱仪和核磁共振谱仪进行表征,确定为目标化合物,并测定产物的黏度、倾点和密度.将多烷基环戊烷用作润滑剂,在SRV摩擦磨损试验机上评价对钢/钢摩擦副的润滑作用,并利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析钢块磨损表面形貌及化学状态.结果表明:多烷基环戊烷作为润滑剂对钢/钢摩擦副具有良好的减摩抗磨性能,其摩擦学性能受取代基的影响;取代基碳链越长,减摩效果越好;XPS结果显示低载荷时,MACs在摩擦副表面形成较为牢固的物理吸附膜,起到减摩抗磨的作用;随着载荷的增大,MACs借助于含Fe2O3和摩擦聚合物等的边界润滑膜来保护材料表面.

径向直线槽端面密封空化特性数值模拟
胡纪滨, 刘丁华, 魏超
2011, 31(6):551-556.
[摘要](1782) [PDF 1166KB](1740)
摘要:
基于质量守恒边界条件,建立了径向直线槽端面密封空化特性的数值模型.控制方程为考虑惯性的定常不可压缩Reynolds方程,利用有限控制体积法对其进行离散,采用分块加权方法计算膜厚突变处流量,迭代方法为Gauss-Siedel松弛迭代,并对空化特性影响因素进行了分析.结果表明:不同工况下,油膜破裂位置均在膜厚突然增大处,密封坝阻碍空化的产生;空穴区域随着转速的增大而增大,随着槽深的增大而减小;空化区域在径向由静压决定,周向由动压决定,二者对空化的影响相互独立.

高压下受限齿轮油成膜特性研究
肖华平, 郭丹, 刘书海, 路新春, 刘斌
2011, 31(6):557-563.
[摘要](1761) [PDF 1450KB](1528)
摘要:
本文揭示了在实际应用中极端工况下齿轮油的润滑特性.为了测量在高接触压力和不同温度条件下齿轮油的成膜能力,制作了高精度的膜厚测量仪,采用相对光强法实现纳米级膜厚测量.试验中共采用了5种性质不同的齿轮油,在纯滚动条件下测量接触区的油膜厚度,结果表明:随着接触压力的升高油膜厚度明显降低,但压力对润滑状态影响不大;温度的改变不但能影响油膜厚度,对润滑状态的影响也很明显;GL-5 85W/190和GL-5 85W/90齿轮油在接触压力达3 GPa温度提高到120 ℃时仍能形成很厚的油膜,但其余3种润滑剂在极端工况下成膜能力不足.本文最后根据试验结果还提出了含有丰富添加剂的齿轮油润滑模型.

高速车削300M超高强度钢时的Al2O3 基陶瓷刀具磨损机理研究
刘维民, 赵军, 艾兴, 周咏辉
2011, 31(6):564-568.
[摘要](1730) [PDF 1154KB](1457)
摘要:
使用Al2O3基陶瓷刀具对300M超高强度钢进行了干切削试验,采用电子扫描显微镜(SEM)观察刀具的磨损形貌,并通过能谱分析仪(EDS)测量了陶瓷刀具磨损微区的各元素含量,分析了陶瓷刀具的主要磨损机理.结果表明:陶瓷刀具磨损的主要机理为粘结磨损、磨粒磨损和氧化磨损.粘结磨损主要发生在前刀面上,且受刀具材料和工件材料接触点应力状态的影响.刀具前、后刀面的磨损边缘区易发生氧化磨损.

几种合成碳氢油的真空摩擦磨损行为研究
张松伟, 胡丽天, 王海忠, 冯大鹏
2011, 31(6):569-574.
[摘要](1512) [PDF 1153KB](1495)
摘要:
利用真空四球摩擦试验机系统考察了聚α-烯烃(PAO40,PAO10)和多烷基化环戊烷(MAC)2类合成碳氢油在空气、真空(压强小于6.0×10-4 Pa)和高纯氮气条件下的摩擦学性能,采用扫描电子显微镜(SEM)和非接触式三维表面轮廓仪观察了钢球摩擦表面的微观形貌,探讨2类合成碳氢油在空气、真空和高纯氮气中的润滑机理.结果表明:在空气中,由于连续的边界氧化膜和润滑油膜的存在,2类合成碳氢油的摩擦系数较低且能保持稳定,磨斑直径较小、磨痕表面光滑平整.在真空和高纯氮气中,由于润滑膜失效和剧烈温升,2类合成碳氢油的摩擦系数较高且剧烈波动,磨斑直径较大、表面可见明显的黏着磨损.

生物形态木质陶瓷的摩擦学性能研究
潘建梅, 严学华, 程晓农, 张成华, 徐桂芳
2011, 31(6):575-580.
[摘要](1341) [PDF 1186KB](1397)
摘要:
采用甘蔗渣浸渍环氧树脂后真空烧结制备生物形态木质陶瓷.研究了木质陶瓷的孔径分布及孔隙度,采用摩擦磨损试验机评价了木质陶瓷在干摩擦状态下的摩擦学性能,分析了木质陶瓷磨损后的表面形貌,简要讨论了木质陶瓷的磨损机理.研究表明:木质陶瓷的磨损机理主要以磨粒磨损和黏着磨损共同作用.木质陶瓷能够在磨损表面形成1层碳膜,具有良好的自润滑作用.甘蔗渣含量较高时,孔隙度较大,摩擦系数较大,磨损率较高,木质陶瓷的磨损主要表现为严重磨粒磨损,磨损表面无法形成碳膜.

静态热老化对锂-钙基润滑脂微观结构和流变性的影响
沈铁军, 胡明华, 刘瑞刚, 刘庆廉
2011, 31(6):581-586.
[摘要](2153) [PDF 913KB](2031)
摘要:
采用静态热老化模拟润滑脂在轴承中的热老化过程,通过红外光谱特征波峰面积变化、扫描电镜和差热分析表征热老化后润滑脂微观结构,并采用流变测试仪考察热老化过程中润滑脂流变性能的变化.结果发现:随着老化时间延长,基础油分子碳链发生断裂,稠化剂浓度下降,产生含羰基类氧化产物,该类物质浓度逐渐增强;老化后的润滑脂晶体结构遭到严重破坏,皂纤维网状结构逐渐瓦解,润滑脂结构稳定性变差,剪切过后,结构恢复速率变慢;超过热老化288 h润滑脂热稳定临界点后,润滑脂老化反应加剧,易从润滑部位流失,润滑失效.

基于表面粗糙度影响的摩擦声发射特性研究
闫小青, 谢志龙, 樊保圣, 扶名福
2011, 31(6):587-591.
[摘要](1537) [PDF 705KB](1778)
摘要:
接触表面粗糙度是影响摩擦的重要因素之一,而摩擦为复杂的动态过程,在线测量非常困难.为了研究表面粗糙度对摩擦的影响,利用声发射技术对不同粗糙度表面的摩擦过程进行了检测.研究结果表明:摩擦系数随着表面粗糙度的增大而增大,但当粗糙度增至一定程度时,摩擦系数随着表面粗糙度的增大而减小;声发射信号各参数(振铃计数、振幅、能量)随表面粗糙度的变化规律与摩擦系数随粗糙度的变化规律一致;声发射信号各参数与表面粗糙度存在密切的对应关系,因此,用声发射技术实时监测摩擦过程是可行的.

含二烷基二硫代磷酸锌润滑下等离子渗氮钢的摩擦磨损性能研究
高晓成, 岳文, 王成彪, 李星亮, 王松, 刘家浚
2011, 31(6):592-598.
[摘要](1395) [PDF 1006KB](1610)
摘要:
本文对比研究了等离子渗氮GCr15钢与GCr15钢基材在含二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)润滑下的摩擦磨损性能.利用脉冲直流等离子渗氮炉对GCr15钢进行离子渗氮处理,采用X射线衍射(XRD)分析了离子渗氮层相组成,测量了渗氮前后的表面硬度值,在四球摩擦磨损试验机上考察了GCr15钢渗氮处理前后在含ZDDP润滑下的摩擦磨损性能,通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)的分析探讨了摩擦学作用机理.结果表明:离子渗氮处理可以明显提高GCr15钢的表面硬度值,在ZDDP作用下,其减摩性能和抗磨性能都有明显的提高,其中在质量百分数为1.5%的ZDDP润滑作用下具有最优的效果,研究证明这是由于在离子渗氮GCr15钢和未渗氮GCr15钢摩擦表面分别生成了正磷酸盐和焦磷酸盐的摩擦反应膜,并且前者表面的磷酸盐膜总量多于后者,可以有效地隔离摩擦副表面的直接接触.

磷酸酯离子液体对钢/铝摩擦副的摩擦性能研究
姜栋, 胡丽天, 冯大鹏
2011, 31(6):599-603.
[摘要](1451) [PDF 1048KB](1544)
摘要:
为解决钢/铝摩擦副润滑困难的现状,合成了1种磷酸酯类离子液体.采用SRV微动摩擦磨损试验机对其在钢/铝摩擦副条件下的摩擦学行为进行了测试;采用扫描电子显微镜(SEM)及X光电子能谱(XPS)对磨损表面进行了分析.结果表明:此磷酸酯离子液体对钢/铝摩擦副具有优良的减摩抗磨性能,优于常见的含氟类离子液体(LB106和LP106)及液体石蜡.SEM和XPS分析结果表明:磷酸酯离子液体在摩擦过程中于金属表面形成了包含有机金属配合物,磷酸铝盐的复合边界润滑膜,从而使其表现出优异的摩擦学性能.

渐开线斜齿轮非稳态弹流润滑数值模拟研究
王文中, 操鸿, 胡纪滨
2011, 31(6):604-609.
[摘要](1719) [PDF 919KB](1837)
摘要:
建立了渐开线斜齿轮啮合的弹流润滑计算模型,将斜齿圆柱齿轮啮合的齿面接触等效为有限长线接触的弹流润滑问题.考虑斜齿轮啮合的实际因素,将斜齿轮啮合过程中的等效曲率半径和齿面载荷的变化反映到弹流润滑计算模型中,应用统一Reynolds方程方法求得轮齿在1个完整啮合周期内的瞬时弹流润滑数值解.结果表明:斜齿轮啮合线上各点处的膜厚、压力均有较大不同,各接触点处的油膜厚度受综合曲率半径的影响较大;斜齿轮传动非稳态效应相对较弱;小齿轮齿根附近和节点位置处润滑状态较差;适当增大压力角可以改善齿轮的润滑.

Fe基非晶纳米晶电弧喷涂层的摩擦学性能
王林磊, 梁秀兵, 陈永雄, 郭伟, 丁华东
2011, 31(6):610-615.
[摘要](1615) [PDF 910KB](1550)
摘要:
采用自动化高速电弧喷涂技术在AZ91镁合金基体上制备了FeCrBSiMnNbW非晶纳米晶涂层.研究了涂层材料在干摩擦条件下的摩擦学性能.采用配备有能谱分析仪(EDAX)的扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对涂层的微观组织结构进行了表征.采用显微硬度计和纳米压痕仪对涂层的力学性能进行了分析,摩擦磨损试验在UMT-2型摩擦磨损试验机上进行,并采用三维白光干涉表面形貌仪(Phase Shift MicroWAM-3D)测定磨损量.结果表明:涂层组织均匀、结构致密、氧化物含量低,涂层主要由非晶相和纳米晶相组成;涂层具有较高的硬度和弹性模量;在相同的试验条件下,非晶纳米晶合金涂层的相对耐磨性是传统3Cr13涂层的3倍;磨损机制主要为典型的脆性剥落.

干燥和酸性条件下钢芯铝绞线磨损特性研究
赵新泽, 高伟, 赵美云, 张少庆
2011, 31(6):616-621.
[摘要](1404) [PDF 1248KB](1699)
摘要:
在自制导线微动磨损试验机上考察了钢芯铝绞线在干燥和酸性2种典型气候条件下的微动磨损行为,利用扫描电子显微镜和铁谱显微镜分析了试样导线内外层线股接触区的表面形貌和磨损微粒的形貌、尺寸等.结果表明:2种试验条件下靠近线夹处的导线磨损机理主要为黏着和疲劳剥落,中间导线段的磨损机理主要为黏着和磨粒磨损,酸性条件下导线内还存在明显的腐蚀磨损.

织构化提高表面摩擦学性能的研究进展
赵文杰, 王立平, 薛群基
2011, 31(6):622-631.
[摘要](2271) [PDF 1024KB](86204)
摘要:
表面织构化作为1种可以显著提高表面摩擦学性能的方法已得到国内外科学技术工作者的广泛关注.从表面织构化的应用领域和研究背景着手,评述了织构化在改善表面宏观、微观和仿生摩擦学等方面的研究进展和发展现状,阐明了表面织构化对于改善表面宏/微观摩擦学行为的重大意义,并指出当前表面织构化存在的问题和下一步的发展方向.

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