2012年32卷1期

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海水环境下TC4钛合金腐蚀磨损性能的研究
陈君, 阎逢元, 王建章
2012, 32(1):1-6.
[摘要](1727) [PDF 1079KB](2193)
摘要:
本文研究了TC4钛合金和氧化铝陶瓷摩擦副在模拟海水下的腐蚀磨损行为.采用失重法测量磨损体积损失,利用阴极保护和电化学方法测量摩擦过程中腐蚀电流的方法来求得腐蚀磨损之间的交互作用.结果表明:在该试验条件下,TC4钛合金在海水中的腐蚀磨损量明显大于其在阴极保护条件下的磨损量,证明腐蚀与磨损有交互作用的发生.纯磨损量占总腐蚀磨损量的比例为65.9%~89.8%,在腐蚀磨损过程中磨损作用明显大于腐蚀作用.腐蚀磨损交互作用量占总腐蚀磨损量的比例ΔV/V为10.2%~34.1%,腐蚀磨损交互作用同样不可忽视.

核壳结构PS/CeO2复合微球弹性模量的AFM测定
陈杨, 穆为彬, 陆锦霞
2012, 32(1):7-13.
[摘要](1885) [PDF 1172KB](1864)
摘要:
利用原子力显微镜测定了聚苯乙烯(Polystyrene, PS)微球和核壳结构PS/CeO2复合微球的力-位移曲线,并根据Hertz接触理论计算了微球样品的弹性模量.结果表明:粒径在120 nm左右的PS微球的平均弹性模量约为2.80 GPa,其数值略低于聚苯乙烯块体材料的弹性模量.复合微球的弹性模量随CeO2壳层厚度的增加而增大,当CeO2壳厚分别约为8、12和16 nm时,其平均弹性模量依次约为7.93、8.25和10.67 GPa.与纯氧化铈相比,PS/CeO2复合微球的弹性模量更接近于聚苯乙烯微球.

45#钢表面复合润滑结构的制备及其摩擦性能研究
胡天昌, 胡丽天, 张永胜
2012, 32(1):14-20.
[摘要](2033) [PDF 1367KB](1686)
摘要:
采用激光微加工技术在45#钢表面制备了微坑型织构,将激光表面织构化与MoS2固体润滑剂相结合在45#钢表面制备了复合润滑结构.研究了其在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,考察了织构面密度及织构化微坑大小对其摩擦性能的影响.通过扫描电镜与能量色散谱仪对磨斑表面进行了分析.结果表明:与未织构面相比,织构面具有低而稳定的摩擦系数和高的耐磨寿命;对同一孔径织构面,随着织构密度的增加其表面摩擦系数随之减小,较适宜的织构密度为20%~35%;对同一织构面密度,当织构面密度小于20%时,较小孔径织构面的摩擦系数更低;织构面密度增至35%后,织构面摩擦系数则随孔径增大而减小;由于织构面复合润滑结构中的微坑有效地储存了润滑剂从而在摩擦过程中维持表面润滑薄膜的形成.

金刚石切削Soda-lime玻璃中的刀具磨损及其对工件表面粗糙度的影响
贾鹏, 周明
2012, 32(1):21-26.
[摘要](1770) [PDF 880KB](1678)
摘要:
金刚石切削加工光学玻璃时,工件表面粗糙度与刀具磨损直接相关,为研究切削距离递增下的金刚石刀具磨损及其对工件加工表面粗糙度的影响,进行了Soda-lime玻璃金刚石切削的刀具磨损试验,并对刀具磨损形貌、后刀面磨损带的材料成份、工件的表面形貌及粗糙度进行了检测.结果表明:切削距离递增下的金刚石刀具前刀面磨损表现为平滑且均匀的月牙洼磨损,后刀面磨损表现为磨损带逐渐增大,且磨损带内有沿切削方向的微沟槽产生;切削距离未达到150 m时,工件表面粗糙度RqRaRmax值始终低于32、25及300 nm,切削距离超过150 m后,工件表面粗糙度显著增大.机械摩擦作用、热化学作用及磨料磨损作用为导致金刚石刀具磨损的主要原因.

增强纤维对陶瓷基摩擦材料摩擦磨损性能的影响
刘莹, 王发辉
2012, 32(1):27-33.
[摘要](1588) [PDF 1371KB](1626)
摘要:
采用热压烧结法制备纤维增强陶瓷基摩擦材料,研究了钢纤维、钢纤维/莫来石纤维、莫来石纤维、钢纤维/硅酸铝纤维以及硅酸铝纤维增强陶瓷基摩擦材料的摩擦磨损特性.研究结果表明:不同纤维对陶瓷基摩擦材料摩擦系数的影响较为复杂.相比较添加单一纤维增强摩擦材料的情况,钢纤维增强的试样具有较好的耐磨性能,其次为莫来石纤维增强的试样,硅酸铝纤维增强的试样表现出最差的耐磨性能,钢纤维/莫来石纤维和钢纤维/硅酸铝纤维增强试样的磨损均低于相应的陶瓷纤维增强的试样;在高温下以莫来石纤维增强的试样,其磨损形式以磨粒磨损为主,而以硅酸铝纤维和钢纤维/硅酸铝纤维增强的试样的主要磨损形式为黏着磨损,钢纤维和钢纤维/莫来石纤维增强的试样的磨损属于磨粒磨损和黏着磨损.

高压条件下界面滑移长度的定量测量
栗心明, 郭峰, 黄柏林
2012, 32(1):34-39.
[摘要](1748) [PDF 831KB](1569)
摘要:
采用光干涉技术对高压条件下的界面滑移现象进行了试验研究.通过追踪冲击封油核心的运动位移,实现了对滑移长度的定量测量.结果表明:在纯滑条件下封油核心并不以卷吸速度运动,而是在盘纯滑时小于卷吸速度、球纯滑时大于卷吸速度,从而说明了滑移发生在玻璃盘表面.对封油核心的运动特征进行分析,得出了油膜界面滑移长度及剪应变率.试验分析表明滑移长度随油膜厚度、初始封油压力和润滑油黏度的增加而增加;随速度的增加而呈现减小趋势.

高速干铣削钛合金时涂层硬质合金刀具磨损机理研究
李安海, 赵军, 罗汉兵, 裴志强
2012, 32(1):40-46.
[摘要](2810) [PDF 1243KB](2130)
摘要:
采用CVD涂层硬质合金可转位立铣刀对钛合金(Ti-6Al-4V)进行了高速干铣削试验,采用扫描电子显微镜(SEM)观察刀具的磨损形貌,通过能谱分析(EDS)分析失效刀具表面的元素分布,并对刀具的主要磨损机理进行了分析.研究结果表明:使用涂层硬质合金刀具高速干铣削Ti-6Al-4V时,刀具的失效机理主要为磨粒磨损、粘结磨损、氧化磨损、扩散磨损和热-机械疲劳磨损的综合作用.刀具刚参与切削时,刀具后刀面会产生粘结和由于摩擦引起的擦伤,粘结层在断续冲击作用下的脱落过程还会造成后刀面涂层的剥落;随着刀具进一步的磨损,涂层剥落、粘结磨损及磨粒磨损伴随整个刀具失效过程,且还会出现氧化磨损、扩散磨损和疲劳裂纹等.切削速度越高,新产生的钛合金切屑就越容易燃烧,使刀具粘结、氧化和扩散以及热-机械疲劳等磨损加剧.

电沉积方式对纳米晶钴镀层的结构和摩擦学性能影响研究
苏峰华, 黄平, 林义民
2012, 32(1):47-52.
[摘要](1873) [PDF 1230KB](1720)
摘要:
采用不同电沉积方式制备了不同结构和晶粒尺寸的纳米晶钴(Co)镀层.采用扫描电镜和X-射线衍射仪分别分析了镀层表面形貌、晶相结构与晶粒尺寸.采用MV-2T显微硬度计测试镀层的硬度.最后采用UMT-3M多功能摩擦磨损试验机对镀层的摩擦和磨损性能进行了评价,并用扫描电镜对其磨损表面进行了观察分析.结果表明:电沉积方式对制备的纳米Co镀层的晶相结构、晶粒尺寸、镀层形貌和摩擦磨损性能影响显著;采用双脉冲制备的纳米Co镀层具有最小的晶粒尺寸、最高的硬度及较好的耐磨性能;采用单双脉冲混合电镀制备的纳米Co镀层表面针孔孔洞直径最小,结构最致密,耐磨性能最好.这些研究结果说明可通过优化电沉积方式来提高镀层的结构致密性,改善其硬度和耐磨性能.

铜表面高疏水薄膜的制备及摩擦学性能的研究
王中乾, 万勇, 杨椒燕, 许桢, 蒲吉斌
2012, 32(1):53-58.
[摘要](1640) [PDF 920KB](1758)
摘要:
通过简单两步法在金属铜表面构筑高疏水薄膜,首先金属铜经氢氧化钠化学刻蚀处理后在表面构筑微纳结构薄膜,然后覆盖硬脂酸薄膜以实现高疏水.采用扫描电子显微镜、X-射线光电子谱、傅里叶红外光谱仪和接触角测量仪等手段表征了金属铜表面高疏水薄膜的形成机制和表面形貌, 并利用微纳米摩擦磨损试验机研究了高疏水薄膜的减摩耐磨特性.研究结果发现:在氢氧化钠处理导致的表面微织构化效应以及脂肪酸自组装薄膜的纳米润滑效应的联合作用下,金属铜表面形成的高疏水薄膜具有明显的减摩和耐磨特性.

含氮类金刚石薄膜的力学和摩擦学性能的研究
王成兵, 王舟, 张俊彦
2012, 32(1):59-63.
[摘要](1597) [PDF 1014KB](1930)
摘要:
利用脉冲等离子体增强化学气相沉积系统沉积了含氮类金刚石碳薄膜.利用X射线光电子能谱和红外光谱分析了薄膜的化学键状态,在UMT摩擦磨损试验机上考察了薄膜的摩擦学性能,利用扫描电子显微镜分析了摩擦对偶球表面的转移膜形貌.结果表明:随着薄膜中氮含量的增加,薄膜中的sp2C含量增加,硬度有所降低,薄膜的平均摩擦系数先减小后增加.

P110油管钢表面镀Cu与镀Ni-P摩擦磨损性能的比较
王毅飞, 谢发勤, 姚小飞, 吴向清, 马冰
2012, 32(1):64-69.
[摘要](1766) [PDF 1139KB](1522)
摘要:
在P110油管钢表面分别制备了Cu镀层和Ni-P镀层,采用SEM、EDS和STM等方法对比研究了P110油管钢基体、Cu镀层和Ni-P镀层的摩擦磨损性能,分析了磨痕形貌、磨损率和摩擦系数的异同,探讨了磨损机理.结果表明:Cu镀层和Ni-P镀层的耐磨性均明显优于P110油管钢基体,且Ni-P镀层的耐磨性优于Cu镀层;P110油管钢基体的磨痕呈磨坑形貌,磨损机理为剥层磨损和磨粒磨损;Cu镀层的磨痕表面附着Cu磨屑,磨屑受压发生塑形变形,磨损机理为疲劳磨损和黏着磨损;Ni-P镀层的磨痕呈细小的犁沟形貌,磨损机理为轻微磨粒磨损.

7075铝合金扭转复合微动磨损研究
谢兴源, 沈明学, 刘大伟, 蔡振兵, 朱旻昊
2012, 32(1):70-75.
[摘要](1629) [PDF 1005KB](1493)
摘要:
基于低速往复回转系统,通过改变回转系统旋转轴的倾斜角α,成功实现了球/平面接触状态下扭动微动和转动微动的复合, 并研究了7075铝合金/GCr15钢球在倾斜角10°和40°及不同角位移幅值下的扭转复合微动行为.在动力学分析基础上,结合光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDX)、表面轮廓仪等手段分析了扭转复合微动运行行为及损伤机理.结果表明:7075铝合金的扭转复合微动的运行和损伤行为强烈依赖于倾斜角和角位移幅值;随着倾斜角的增加,扭动微动分量减少,转动微动分量增加,复合微动的混合区和滑移区向小角位移方向移动,损伤形貌的非对称性增加,同时磨损机制从剥层和氧化磨损逐渐转变为磨粒磨损和氧化磨损.

汽车变速箱Hy-Vo齿形链磨损特性的研究
许树新, 孟繁忠, 冯增铭, 叶斌
2012, 32(1):76-81.
[摘要](1820) [PDF 906KB](2090)
摘要:
针对汽车变速箱传动系统高转速、强磨损的特殊要求,通过内-外复合啮合Hy-Vo齿形链300 h的高速磨损台架试验,研究了汽车变速箱链条的摩擦磨损特性,对啮合传动过程中链条铰链副以及链板外廓与链轮的接触区进行了局部微观磨损形貌分析.结果表明:汽车变速箱Hy-Vo齿形链的综合磨损伸长由对滚异型销轴磨损以及链板外廓磨损组成,其中,对滚异型销轴的磨损机制为疲劳磨损.

雨刮器非线性摩擦振动的稳定性与分岔特性
张立军, 黄萌
2012, 32(1):82-88.
[摘要](1909) [PDF 1433KB](1976)
摘要:
针对雨刮器建立2自由度非线性摩擦振动动力学模型,基于复模态理论计算复特征值并进行稳定性及其对刮刷速度的依赖性分析;通过数值计算分析摩擦振动对刮刷速度的分岔特性,并利用相轨迹、庞加莱映射、频谱特性分析不同刮刷速度下的非线性振动现象.研究发现:摩擦-速度特性的负斜率是导致系统不稳定的根本原因,增大刮刷速度有利于提高系统的稳定性;在高、低刮速区,随着刮刷速度的下降,系统振动形态遵循周期→准周期→混沌的演化规律,并会伴随显著的粘滑振动;仅高速区的周期振动和非振动条件下,刮刷时无附加的粘滑振动.

基于声发射原理监测涂层疲劳磨损的研究
张志强, 李国禄, 王海斗, 徐滨士, 朴钟宇
2012, 32(1):89-95.
[摘要](1517) [PDF 1184KB](1726)
摘要:
采用超音速等离子喷涂设备在45#钢基体上制备了铁基自熔剂合金涂层,通过球盘式接触疲劳试验机考察了喷涂层的疲劳磨损行为,利用声发射技术实时监测涂层的疲劳磨损过程,使用扫描电子显微镜对涂层不同疲劳磨损阶段的损伤形貌进行表征,并分析了涂层损伤机理.结果表明:转速2 000 r/min和应力水平1.848 9 GPa条件下,剥落是涂层失效的主要形式.声发射幅值和绝对能量可以反映涂层的疲劳磨损过程.涂层的疲劳磨损过程主要包括弹塑性变形、裂纹萌生、裂纹稳定存在、裂纹稳定扩展、裂纹失稳扩展5个阶段,其中裂纹稳定存在时间是影响疲劳寿命长短的关键.

高速与重载铁路的疲劳磨损对比研究
钟雯, 董霖, 王宇, 朱维兵, 刘启跃
2012, 32(1):96-101.
[摘要](1843) [PDF 972KB](1929)
摘要:
滚动接触疲劳和磨损是铁路钢轨损伤的主要问题.研究根据赫兹接触理论在JD-1型轮轨模拟试验机上通过改变车速和轴重来模拟高速和重载铁路的滚动接触,并用光镜和扫描电镜研究磨损表面,分析高速和重载条件下钢轨的磨损与疲劳机理.结果表明:随车速增加,钢轨磨损量减小,但出现大量斜裂纹,接触疲劳加剧.而随着轴重增加,塑性变形明显,磨损量迅速增加,但由于部分刚萌生的微裂纹被磨去,疲劳损伤较为轻微.

骨科植入物的微动摩擦学研究现状及进展
万超, 郝智秀, 温诗铸
2012, 32(1):102-112.
[摘要](1761) [PDF 991KB](2160)
摘要:
骨科植入物在人体中的微动会引起植入物的磨损导致损伤,造成骨科手术的失败.本文介绍了植入物微动摩擦学的类型、研究方法、磨损机理及改善措施,详细阐述了当前国内外关于骨科植入物微动摩擦学的试验及数值模拟研究成果.建立1套可准确获得界面微动真实分布的科学方法,将有助于深入研究人体中界面微动,而将骨组织的生长模型与力学特性相结合,建立适于描述人体中植入物-骨组织的界面微动模型,对临床治疗及骨科植入物的优化设计具有非常重要的意义.

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