2012年32卷4期

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激光熔覆NiCr-ZrB2复合涂层结构及高温摩擦学性能
陈建敏, 郭纯, 姚润钢, 周健松, 张世堂
2012, 32(4):313-319.
[摘要](1542) [PDF 1183KB](1469)
摘要:
利用激光熔覆技术在纯钛表面制备了NiCr涂层和NiCr-ZrB2复合涂层.用X射线衍射仪、扫描电镜和高分辨透射电镜分析了涂层的组成、组织结构和晶体结构.在SRV-IV摩擦磨损试验机上对NiCr-ZrB2复合涂层从20到500 ℃的摩擦磨损性能进行了测试.结果表明:NiCr-ZrB2复合涂层的主要物相组成为[Ni, Ti]固溶体、Cr2Ti、ZrB2、ZrB、Ni3Cr2、Ti2Cr、TiB2和TiB;涂层厚约0.7~1.0 mm;涂层平均硬度约为HV0.21000,是纯钛基材的5.3倍;NiCr-ZrB2复合涂层的摩擦系数和磨损体积随温度的增加而减小,高温耐磨性能相对于钛基材提高约1个数量级;NiCr-ZrB2复合涂层的磨损机理为磨粒磨损和黏着磨损,高温下伴有氧化磨损和摩擦抛光现象.

应用Winkler弹性基础模型的间隙铰接副磨损预测
宿月文, 陈渭, 郭彩霞
2012, 32(4):320-324.
[摘要](1499) [PDF 859KB](1988)
摘要:
间隙铰接副磨损与机构动力学之间存在交互耦合作用.通过Winkler弹性基础模型既可表达铰接副共形接触反力用于构建多体力学方程,又可得到界面接触压力分布用于磨损计算,从而可获得较Hertz理论对共形接触问题更好的计算准确度,且避免有限元方法计算接触压力分布导致的计算耗时性.以曲柄滑块机构为例的分析和实验结果表明:虽然有限元方法可得到更高的磨损预测精度,但Winkler模型对微间隙铰接副磨损预测具有可接受的精度和更好的计算效率,从而可为含间隙铰接副机械系统摩擦学设计提供简便的算法.

基于Nyquist稳定判据的磨合过程稳定性研究
李国宾, 黄业华, 魏海军
2012, 32(4):325-331.
[摘要](1347) [PDF 819KB](1429)
摘要:
在销-盘摩擦磨损试验机上进行了船用柴油机缸套-活塞环摩擦配副磨合磨损试验,采集磨合过程中摩擦振动信号,应用Nyquist 稳定判据,通过摩擦振动Nyquist曲线对磨合系统稳定性进行分析.结果表明:摩擦振动Nyquist 曲线反映了磨合系统稳定性变化.当摩擦副磨合开始时(0~10 min),摩擦振动Nyquist 曲线不包围(-1, j0)点,磨合系统处于稳定磨损阶段;在摩擦副磨合进行过程中(10~40 min),摩擦振动Nyquist 曲线包围(-1, j0),磨合系统处于不稳定磨损阶段;当摩擦副达到磨合时(40 min 后),摩擦振动Nyquist 曲线不包围(-1, j0),磨合系统处于稳定磨损阶段.因此, 磨合系统的特性可揭示磨合过程稳定性变化规律.

熔融渗硅法制备C/C-SiC复合材料的干态摩擦磨损行为及机制
李专, 肖鹏, 熊翔
2012, 32(4):332-337.
[摘要](3153) [PDF 1133KB](1443)
摘要:
本文以针刺炭纤维整体毡为预制体,采用化学气相渗透法和熔融渗硅法制得炭纤维增强双基体炭/碳化硅 (C/C-SiC)摩擦材料;研究了C/C-SiC的干态摩擦磨损行为及机理.研究结果表明:C/C-SiC摩擦材料和30CrMoSiVA合金钢配对摩擦副制动性能稳定,当制动速度从5 000 r/min升至7 500 r/min,摩擦系数由0.33降至0.29,C/C-SiC线磨损率相应由2.01 μm/次升至3.40 μm/次;C/C-SiC与对偶件的摩擦是犁沟效应和黏着效应共同作用的结果,磨损是磨粒磨损、黏着磨损、氧化磨损和疲劳磨损相互作用的结果.

冲蚀磨损与冲蚀、空蚀交互磨损的对比研究
梁亮, 庞佑霞, 唐勇, 朱宗铭, 许焰
2012, 32(4):338-344.
[摘要](3475) [PDF 1530KB](1495)
摘要:
基于计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)方法,数值对比研究了在模拟水轮机工况中不同转速时,冲蚀与冲蚀、空蚀交互作用时,转盘表面的流场 (压力场、流体浓度分布),然后在转盘式磨损装置上,进行了汽液固三相冲蚀与空蚀交互磨损试验.结果表明:对于冲蚀磨损来说,随着转速增加,压力增大,在冲蚀作用下加入空蚀磨损,压力增高,磨损加剧;而对于交互磨损来说,随着转速增加,转盘表面的空蚀磨损区域从空化孔附近开始沿着转盘旋转的反方向偏移,并且磨损程度加剧;数值计算的气泡较多且压力梯度较高区域和试验转盘磨损区域基本一致,数值计算结果和试验结果吻合得较好.

酚醛塑料化学镀Ni-P合金镀层的显微结构与摩擦磨损性能
刘建, 梁小平, 刘磊, 高红娇, 李建新, 王虹
2012, 32(4):345-351.
[摘要](1302) [PDF 1301KB](1274)
摘要:
用化学镀方法在酚醛塑料基底上沉积了Ni-P合金镀层,采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析等方法研究了反应温度(80~95 ℃)对Ni-P合金镀层的相组成和显微结构的影响,采用激光弯曲法和显微硬度仪测试镀层内应力和显微硬度,采用M-2000摩擦磨损仪测试Ni-P合金镀层的摩擦磨损性能,并分析了磨损机理.研究结果表明:随着反应温度升高,Ni-P合金镀层中磷含量降低,镀层由非晶→非晶+纳米晶→纳米晶转变,晶粒长大,镀层表面粗糙度和硬度增大,镀层内部应力由压应力转变为拉应力,并且拉应力逐渐增大.在酚醛塑料基体上的化学镀Ni-P合金镀层能明显地提高其耐磨性.镀层的耐磨性与其硬度不是完全的正相关,耐磨性不仅与硬度有关还与内部应力、显微结构等因素有关,反应温度为92 ℃的Ni-P合金镀层耐磨性最高.Ni-P合金镀层的磨损机制主要发生了轻微黏着磨损→严重黏着磨损→脆性脱落的转变.

Cu改性C/C-SiC摩擦材料组织结构及摩擦磨损性能研究
刘逸众, 肖鹏, 李专
2012, 32(4):352-359.
[摘要](1520) [PDF 1623KB](1836)
摘要:
以全网胎针刺整体毡为预制体,采用Cu粉与Si粉共同熔渗的工艺制备了Cu改性C/C-SiC摩擦材料,并且在MM-1000型惯性摩擦试验机上分别进行了不同速度下的制动试验.研究了Cu改性C/C-SiC摩擦材料的组织结构及摩擦磨损性能,研究结果表明:当初始转速为1 500 r/min时,Cu改性C/C-SiC摩擦材料摩擦系数为0.306,自身与对偶件的线性磨损率分别为0.036 μm/(side·cycle),0.048 μm/(side·cycle);当初始转速增加到6 500 r/min时,材料的摩擦系数减小到0.24,其自身与对偶件的线磨损率分别增加到1.87 μm/(side·cycle),1.68 μm/(side·cycle),其值均低于典型C/C-SiC摩擦材料,表明Cu改性C/C-SiC摩擦材料耐磨减摩效果优异,且在低速工况下更为显著.转速为1 500 r/min时磨粒磨损起主导作用;转速为3 000~4 500 r/min时,磨粒磨损以及黏着磨损共同主导着摩擦行为;转速为4 500~6 500 r/min制动时主要表现为氧化磨损与剥层磨损.

石墨改性碳布复合材料湿式摩擦磨损性能研究
潘广镇, 齐乐华, 付业伟, 费杰, 张翔
2012, 32(4):360-366.
[摘要](4242) [PDF 1353KB](1729)
摘要:
采用树脂浸渍工艺制备了石墨质量分数0%~20%的5种碳布复合材料.借助扫描电镜和湿式摩擦试验机,研究了石墨含量对其表面形貌和摩擦磨损性能的影响.实验结果表明:石墨的固体润滑作用,主要造成了制动过程中动摩擦力矩的下降,而对锁止静摩擦力矩的影响却很小;石墨可以明显降低复合材料的动摩擦系数,并有助于提高动摩擦系数的稳定性;石墨的加入有效降低了碳布复合材料和对偶的磨损率,当石墨含量为15%时复合材料的磨损率最低.引入稳定系数对动摩擦系数的稳定性进行了定量分析,当石墨含量为10%时复合材料的动摩擦系数稳定性最好.

磷酸酯合成油在高压下的固化现象及分析
宋宝玉, 杨清香, 齐毓霖
2012, 32(4):367-370.
[摘要](1331) [PDF 695KB](1517)
摘要:
采用超高压毛细管黏度计考察了磷酸酯合成油和常压下黏度与之相近的合成油A及合成油B的压黏关系,并进行了磷酸酯合成油在高压下固化现象的研究,利用红外光谱和凝胶渗透色谱对固化前后的磷酸酯合成油进行了分析,并从机械力化学角度分析了产生固化的原因.结果表明:磷酸酯合成油的压黏关系上升速度远大于合成油A和B;固化后,磷酸酯的物理状态由液态变成"玻璃态",颜色由透明色变成乳白色;磷酸酯合成油发生了氧化反应,分子量增大;磷酸酯合成油经高压高剪切速率作用后,发生化学反应的原因是机械力作用导致较长分子链断裂,形成大分子自由基,具有很高活性的大分子自由基发生氧化等化学反应.

圆柱形表面微坑阵列对点接触润滑摩擦性能的影响
王文中, 黄志祥, 沈殿, 孔凌嘉
2012, 32(4):371-376.
[摘要](3476) [PDF 941KB](1817)
摘要:
采用激光工艺加工圆柱形表面微孔阵列,并采用三维表面形貌仪表征形状特征和形貌,在摩擦磨损试验机(UMT-Ⅲ)上进行球盘点接触摩擦学试验,研究微坑阵列对点接触润滑摩擦性能的影响.采用Stribeck曲线表征润滑状态的转变,并辅以接触电阻定性表征摩擦副所处的润滑状态.结果表明:微坑深度对点接触润滑摩擦性能有显著影响,随微坑深度从30 μm减至0,摩擦系数呈先降低后升高的变化趋势,在本文试验条件下微坑深度为10 μm左右时,摩擦系数较光滑表面低,并达到最小.同时,微坑的大小和面积比对摩擦系数也有明显的影响,并同样呈现先减小后增大的趋势.因而存在优化的微坑以达到减小摩擦改进润滑的目的.

网纹型表面微结构对Ti-6Al-4V水润滑摩擦学特性的影响
徐鹏飞, 周飞, 王谦之, 彭约钧, 陈建宁, 云乃彰
2012, 32(4):377-383.
[摘要](3723) [PDF 1135KB](1360)
摘要:
研究了Ti-6Al-4V合金表面网纹型微结构与Si3N4小球对摩时的水润滑摩擦学性能.利用电火花加工技术在Ti-6Al-4V合金表面加工出不同尺寸的网纹结构,运用正交试验设计方法分析了网纹宽度、深度、间宽比和网纹角度对Ti-6Al-4V合金水润滑摩擦学性能的影响.结果表明:具有合适几何参数的网纹结构能够降低摩擦副在水润滑条件下的摩擦系数和磨损量.当网纹角度在45°时,摩擦副的摩擦系数和磨损量能同时降低.网纹宽度对稳态摩擦系数的影响最大,而网纹深度和夹角对摩擦副材料的磨损影响最大.

含氮杂环硼酸酯添加剂的合成及其摩擦学性能
杨广彬, 田雨, 张金峰, 张丹, 曲干, 张晟卯, 张平余
2012, 32(4):384-389.
[摘要](1380) [PDF 814KB](1504)
摘要:
从分子设计的观点出发,合成了1种新型的含氮杂环硼酸酯添加剂.采用四球摩擦磨损试验机评价了其在液体石蜡中的摩擦学性能,并采用扫描电子显微镜观察分析钢球磨斑的表面形貌.结果表明:在液体石蜡中加入含氮杂环硼酸酯添加剂后,承载能力有较大提高,磨斑直径明显减少.

超声振动对纳米二氧化硅(n-SiO2)添加剂减摩抗磨性能的影响
杨善林, 乔玉林, 崔庆生, 臧艳, 董新宇
2012, 32(4):390-395.
[摘要](1342) [PDF 938KB](1534)
摘要:
在有和无超声振动条件下,分别考察了含不同质量百分数n-SiO2添加剂的减摩抗磨性能,初步探讨了超声振动下纳米二氧化硅(n-SiO2)添加剂的润滑机理.结果表明:超声振动通过减小纳米微粒所受的正压力、促进纳米微粒滚动及增加摩擦表面的活性3种方式改善摩擦表面的润滑状态.超声振动使n-SiO2润滑下的磨痕深度下降,表面硬度降低,磨损表面Si元素含量增加,有效地改善了摩擦表面的润滑状态.在试验范围内,超声振动对0.5% n-SiO2添加剂的减摩抗磨性能影响效果最显著,摩擦副间的摩擦系数和45#钢表面的磨损体积量分别降低了12%和34%.

PAMPS-PAAM互穿网络凝胶的摩擦性能研究
张有忱, 鲍磊
2012, 32(4):396-401.
[摘要](1310) [PDF 713KB](1804)
摘要:
选用2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)凝胶和丙烯酰胺(AAM)溶液制备PAMPS-PAAM互穿网络凝胶,在自制销-盘式摩擦试验机上进行PAMPS-PAAM互穿网络凝胶的摩擦性能试验,研究接触压力、滑行速率和润滑条件对该凝胶的摩擦性能的影响.结果表明:PAMPS-PAAM凝胶受压变形时的性质与天然软骨相似.在较高的压力下(0.7 MPa),凝胶的软骨泵机理发生作用,有助于润滑膜的形成;滑行速率的提高和润滑剂黏度的增加也有利于润滑状态的改善,降低摩擦系数.PAMPS-PAAM凝胶有良好的自恢复功能.

角蛋白组织摩擦学性能及其损伤自修复的初步研究
赵飞, 魏鹏, 余丙军, 钱林茂
2012, 32(4):402-409.
[摘要](4248) [PDF 2182KB](1153)
摘要:
采用纳米压痕/划痕仪和维氏硬度仪,初步研究了2种不同角蛋白材料-指甲和鸡爪的摩擦学性能及其损伤自修复特性.结果表明:指甲和鸡爪微观结构的不同导致其摩擦学性能和自修复能力有较大差异.由于具有更好的纤维取向性,指甲表面的划痕摩擦系数略低于鸡爪.指甲横截面上垂直于纤维方向的划痕摩擦力比平行于纤维方向的大,划痕宽度小;鸡爪内外层结构的不同使得其外层的摩擦力较大,划痕宽度较小.浸泡在水中,指甲和鸡爪上的压痕变形和低载下的划痕变形能够分别在5和30 min内完全恢复.

绿色船舶的摩擦学研究现状与进展
严新平, 袁成清, 白秀琴, 徐立, 孙玉伟, 孙星
2012, 32(4):410-420.
[摘要](1559) [PDF 1589KB](2966)
摘要:
绿色船舶是船舶领域1个重要的发展方向,摩擦学理论及其技术在以新能源应用为特征的绿色船舶发展过程中将起到重要作用。导致绿色船舶在运行过程中功率损失和能耗增加的原因主要涉及到内摩擦和外摩擦两方面的问题,前者主要包括船舶主机、辅机与轴系等机械装置内各摩擦副之间产生的摩擦,而后者主要存在于与空气和水接触部分,包括甲板上层建筑、船体壳板、螺旋桨、舵与艉轴外支架等。本文在解析绿色船舶与摩擦学之间关联的基础上,以系统的观点从三方面就相关摩擦学问题进行了详细论述,重点论述了风能和太阳能在船舶上应用的摩擦学问题、船舶减阻的摩擦学研究以及船舶能效提升涉及的摩擦学问题。最后,结合绿色船舶摩擦学的现有研究进展及发展趋势,对摩擦学相关研究工作在船舶行业的应用前景进行了展望.

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