2012年32卷5期

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过氧化氢抛光液体系中钌的化学机械抛光研究
储向峰, 王婕, 董永平, 乔红斌, 张王兵
2012, 32(5):421-427.
[摘要](4272) [PDF 955KB](1504)
摘要:
本文研究了过氧化氢(H2O2)抛光液体系中金属钌的化学机械抛光行为,采用电化学分析方法和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了氧化剂和络合剂对腐蚀效果的影响,利用原子力显微镜(AFM)观察抛光表面的微观形貌.结果表明:在过氧化氢抛光液体系中,金属钌表面钝化膜的致密度和厚度与醋酸(CH3COOH)和H2O2的浓度有关.抛光液中醋酸主要通过促进阳极反应的进行从而增强抛光液对金属钌的化学作用,CH3COOH作为络合剂比三乙醇胺(TEA)或酒石酸(C4H6O6)得到的抛光速率更高.低浓度H2O2通过增强抛光液对金属钌的化学腐蚀,抛光速率增大,较高浓度H2O2可能通过在金属表面形成较厚的氧化膜,抛光速率下降.XPS图谱说明钌片浸泡在含醋酸介质过氧化氢体系抛光液后,钌、氧原子相对含量之比约为2∶3,而且金属钌被氧化到四价和八价,这可能是因为金属钌表面生成RuO2和RuO4.抛光后的金属钌表面在5 μm×5 μm范围内平均粗糙度Sa由抛光前的33 nm降至6.99 nm.

低轨道原子氧对2种侧链结构多烷基环戊烷真空摩擦学性能的影响
高平, 孙晓军, 彭立, 冯大鹏, 刘维民
2012, 32(5):428-434.
[摘要](1623) [PDF 1128KB](1264)
摘要:
设计合成了2种侧链长度的多烷基环戊烷(MACs)润滑剂,利用多功能空间摩擦学试验系统考察了模拟低轨道原子氧辐照环境对其真空摩擦学性能的影响,同时采用黏度仪、凝胶色谱仪、精密分析天平、扫描电子显微镜(SEM)和傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)等表征了原子氧辐照前后2种MACs润滑剂的黏度、分子量、质量损失、化学结构和磨痕形貌.结果表明:所合成的2种侧链长度的MACs润滑剂在真空下对GCr15/GCr15球-盘摩擦副均具有良好润滑性能.原子氧辐照后,2种MACs润滑剂在真空中对上述摩擦副的摩擦系数均明显增大,摩擦副表面的磨损程度加剧.此外,原子氧辐照还导致润滑剂的黏度和数均分子量增大.红外分析结果显示:原子氧辐照过程中O原子插入了MACs的碳链之间破坏了MACs的化学健,同时与C原子结合生成了C=O、C—O—C等新键,并导致润滑剂的酸值增大.原子氧辐照后,MACs中烃类的碳链长度仍大于4,因此仍然具有一定的润滑性能.质量损失结果比较发现具有较长支链的MACs润滑剂耐原子氧侵蚀性能较强,表明设计调控适当的支链长度是改善MACs耐原子氧性能的一条可能途径.

多巴胺改性UHMWPE粉末对环氧涂层韧性及摩擦性能的影响
胡伟炜, 赵文杰, 曹慧军, 曾志翔, 张昕, 乌学东
2012, 32(5):435-443.
[摘要](5620) [PDF 1701KB](2524)
摘要:
利用多巴胺氧化自聚合性质改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE)粉末惰性表面,制备得到改性粉末,并添加于环氧树脂中制备成耐磨环氧涂层,同时与添加未改性UHMWPE粉末的环氧涂层对比.采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和红外光谱(IR)表征改性粉末表面形貌和化学元素状态,利用摩擦磨损试验机测试环氧涂层表面的摩擦系数和磨损率.结果表明:改性粉末表面黏附1层含极性基团的聚多巴胺,能够与环氧树脂发生反应而固化在涂层中,相容性增强.改性粉末表面O,C元素相对含量比较O/C和N/C值随改性时间延长而增大,在5 h时趋于稳定.当改性粉末添加量从6.7%增至20%时,环氧涂层的抗冲击性能增强,摩擦系数和磨损率随之降低,改善了涂层的摩擦学性能,而且效果优于添加未改性粉末的涂层.

供油量对点接触表面微织构润滑性能的影响
李珊珊, 王文中, 孔凌嘉
2012, 32(5):444-451.
[摘要](4144) [PDF 1579KB](1480)
摘要:
采用球盘接触模型,以入口油层厚度为输入变量,基于统一Reynolds方程法建立润滑分析模型,研究了供油量对点接触表面微织构润滑性能的影响.数值计算结果显示:供油量显著影响接触区油膜厚度;微织构能改善摩擦副的润滑摩擦性能;严重乏油时接触区内微坑会产生气穴现象;瞬态下,微织构在乏油时较充分供油时改善润滑的效果明显.

WSe2纳米结构的合成及减摩性能研究
刘艳清, 张静, 吴钰涵, 李长生, 阎永胜, 杨景海
2012, 32(5):452-457.
[摘要](4563) [PDF 1034KB](1426)
摘要:
将W粉和Se粉按一定比例混合,直接密封在石英管中加热或高能球磨、压片,在Ar气氛中加热,得到了不同形貌的WSe2纳米结构.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM、HRTEM)分析了WSe2纳米结构的组成、微观形貌和组织形态;利用UMT-2摩擦试验机考察了WSe2作为HVI500液体基础油添加剂的摩擦磨损性能.研究结果表明:直接密封加热得到的产物为棒状WSe2纳米材料,最小棒直径为6 nm;球磨、压片后加热得到WSe2纳米颗粒,颗粒的平均尺寸在50 nm以下,二者都具有层状结构和良好的结晶性.添加质量分数5%的WSe2纳米材料作为基础油添加剂能够显著降低摩擦系数,减少磨损,增强了材料抗疲劳磨损能力.

Inconel625镍基合金微动磨损性能研究
马妙, 陆永浩
2012, 32(5):458-465.
[摘要](1478) [PDF 1209KB](1370)
摘要:
研究了3个主要摩擦磨损参数载荷、振幅和频率对Inconel625镍基合金在常温常压下摩擦磨损性能的影响,对摩擦系数和磨损程度进行计算和分析,对磨痕表面形貌进行了观察,并用EDS和XPS分析了磨痕表面的化学成份和相组成,探讨了损伤机理.结果表明:在3个特征参量中,频率对摩擦系数的影响最大,平均摩擦系数随载荷增大略有减小,随振幅增大略有增大,但随频率增大而显著增大;磨损程度随振幅、载荷的增大而加剧;在磨痕不同区域展现出不同的损伤机制:中心磨损区的主要损伤机制是黏着和剥层,滑动损伤区的主要损伤机制是磨粒磨损,而在边缘区则为基体和磨屑的挤压变形;磨痕氧化层的主要组成是铁的氧化物Fe2O3和Fe3O4或FeO,有少量铬和镍的氧化物NiO、Ni2O3和Cr2O3,存在基体元素镍单质.

一种激波驱动的新型固粒冲蚀试验系统
偶国富, 饶杰, 章利特, 叶健, 金浩哲
2012, 32(5):466-471.
[摘要](5194) [PDF 890KB](1641)
摘要:
针对目前大部分固体颗粒冲蚀试验系统存在反弹颗粒干扰、颗粒质量计算误差大等问题,采用激波驱动气固两相流的方式,并结合动态压力传感器、高速摄影仪对激波及颗粒测速的方法,设计了1种新型冲蚀磨损试验系统,具有结构简单、操作方便、颗粒质量计算准确等优点.该装置最大激波马赫数可达2.3,能将颗粒加速到200 m/s以上,适用不同颗粒、材料及表面处理试件进行15~90°冲击角下的磨损特性试验.通过SiO2颗粒对低碳钢的冲蚀试验,证实了该装置测得数据与经典试验数据规律一致.因此,本试验系统有望作为1种新的冲蚀磨损试验方法,应用于耐固粒冲蚀的优化设计和寿命预测等领域.

离子液体/织构化类金刚石碳复合润滑薄膜的构筑及其摩擦学性能的研究
蒲吉斌, 万善宏, 胡天昌, 王立平, 胡丽天
2012, 32(5):472-479.
[摘要](1524) [PDF 1254KB](1351)
摘要:
分别采用激光织构、磁控溅射和浸渍-提拉技术在单晶硅片表面成功构筑了具有离子液体纳米薄膜的织构化类金刚石碳复合润滑薄膜,采用三维轮廓仪和SEM观察了织构化类金刚石碳表面,通过X射线光电子能谱证实了织构化类金刚石碳膜表面离子液体纳米薄膜的存在,并利用微摩擦试验机重点考察和理论分析了这种复合润滑薄膜在较大和微载荷下的摩擦学性能.研究结果表明:这种离子液体/织构化类金刚石碳复合润滑薄膜在微载荷下能够有效地缩短磨合时间、降低摩擦系数,然而其在小载荷下摩擦学性能欠佳.

结构可控多孔聚酰亚胺含油薄膜的制备及性能研究
邱优香, 王齐华, 王超, 王廷梅
2012, 32(5):480-485.
[摘要](1300) [PDF 1082KB](1447)
摘要:
利用SiO2硬质微球作模板制备得到多孔聚酰亚胺薄膜,通过改变SiO2微球的含量可以实现聚酰亚胺薄膜孔隙率及内部孔结构的精确控制.利用多孔聚酰亚胺薄膜的多孔结构,真空浸油得到聚酰亚胺含油薄膜.分别对聚酰亚胺含油薄膜的热稳定性能、含油性能及摩擦磨损行为和寿命进行了考察.结果表明:含油薄膜最大含油率可达40.6%,其小孔径特点决定了含油薄膜具有较高的油保持率;润滑油自身的挥发温度决定了含油薄膜的使用工况,其浸入并未对多孔薄膜本身热稳定性能产生影响;润滑油的存在很大程度上提高了多孔聚酰亚胺薄膜的磨损寿命,并随着薄膜含油率的增加而延长;在低转速摩擦条件下,含油薄膜呈现干摩擦和油润滑2种摩擦方式.

高性能渗氮钢微动磨损性能研究
屈盛官, 王光宏, 李文龙, 李小强, 杨卯生
2012, 32(5):486-492.
[摘要](1436) [PDF 1199KB](1512)
摘要:
采用等离子渗氮技术在1种高性能钢材表面进行了等离子渗氮.对处理后的试样进行了金相组织分析,测试了渗氮层的显微硬度,然后在SRV IV试验机上在常温条件下考察了渗氮钢微动摩擦磨损性能.结果表明:经等离子渗氮后试样表面形成了硬度较高的渗氮层,渗层硬度最大值是基体硬度的2.8倍;与未渗氮样相比,干摩擦时表面摩擦系数、磨损体积降低最大幅度分别约为28%、80%,渗氮样的主要磨损机理为氧化磨损和疲劳剥落;油润滑时表面摩擦系数、磨损体积降低最大幅度分别约为37%、97%,渗氮样主要磨损机理为磨粒磨损和裂纹扩展引起的细块状剥落;渗氮处理后的试样表面抗微动磨损性能更加优异.

凹凸棒石黏土润滑油添加剂对钢/钢摩擦副摩擦学性能的影响
王利民, 徐滨士, 许一, 高飞, 于鹤龙, 乔英杰
2012, 32(5):493-499.
[摘要](4429) [PDF 1207KB](1331)
摘要:
采用天然凹凸棒石黏土作为润滑油添加剂加入150SN润滑油中,在Optimal SRV-IV摩擦磨损试验机上研究了添加剂含量对钢/钢摩擦副摩擦学性能的影响, 借助SEM及EDS分析了摩擦副的表面形貌及表面元素组成.结果表明:凹凸棒石黏土的浓度为0.6%可使平均摩擦系数较基础油润滑条件下降低42.32%;凹凸棒石黏土的浓度为0.4%可使磨损体积降低85.48%;凹凸棒石黏土的加入使得磨损表面更加光滑平整,同时磨损表面氧元素含量升高.分析认为凹凸棒石黏土层链状的晶体结构和摩擦过程中复杂的理化过程是实现减磨抗磨的原因.

蛇纹石润滑油添加剂摩擦反应膜的力学特征与摩擦学性能
于鹤龙, 许一, 史佩京, 王红美, 魏敏, 赵可可
2012, 32(5):500-506.
[摘要](1383) [PDF 1365KB](1599)
摘要:
文中考察了变载、变速条件下表面修饰蛇纹石超细粉体作为矿物基础油添加剂的摩擦学性能,利用扫描电镜、能谱仪、纳米压痕仪等对比分析了蛇纹石添加剂形成的摩擦反应膜和基础油润滑下的磨损表面微观形貌、元素分布及微观力学性能. 在此基础上,通过改变旋转滑动试验过程中的载荷/速度比,建立了基础油/摩擦反应膜和基础油/普通磨损表面润滑体系的Stribeck曲线. 结果表明:蛇纹石超细粉体作为润滑油添加剂形成的摩擦反应膜具有较高的硬度和近似于金属材料的弹性模量,氧化物颗粒的嵌入进一步改善了摩擦反应膜的微区纳米力学性能,同时膜层的多孔结构可起到储油和捕获磨粒的双重作用,从而使摩擦反应膜在边界和混合润滑状态下表现出优异的摩擦学性能.

轴承钢早期胶合故障静电在线监测方法及试验
张营, 左洪福, 陈志雄, 蔡景, 白芳
2012, 32(5):507-515.
[摘要](1378) [PDF 1016KB](1297)
摘要:
采用自制静电传感器进行润滑条件下轴承钢点接触滑动摩擦胶合故障在线监测试验研究.首先分析了磨损过程静电产生机理和静电感应原理,在此基础上设计研制了磨损区域静电传感器并进行轴承钢胶合故障试验,研究了磨损区域静电信号去噪方法,分析了载荷和转速对摩擦系数和静电信号的影响.研究结果表明:奇异值差分谱理论适用于静电信号去噪,取得了较好的效果;静电信号与摩擦系数同时监测到胶合的发生,具有一致性,并且静电在线监测技术能够在胶合故障发生前监测到异常,为视情维修提供支持;静电信号反映了4个阶段(磨合磨损,稳定磨损,早期胶合以及胶合阶段);在稳定磨损阶段,摩擦系数随载荷的增大而降低,随转速的升高而降低,静电信号均方根值随载荷的变化很小,随转速的升高而增大.

MoSx掺杂DLC薄膜的摩擦磨损行为Ⅰ:载荷的影响
赵飞, 逄显娟, 杜三明, 刘敬超, 牛永平, 李红轩, 张永振
2012, 32(5):516-523.
[摘要](1735) [PDF 2040KB](1583)
摘要:
采用射频等离子体增强化学气相沉积与非平衡磁控溅射复合技术制备了MoSx掺杂的DLC薄膜(a-C:H:Mo:S),在QG-700摩擦试验机上考察了其在不同载荷下的摩擦磨损行为.通过对摩擦表面的扫描电镜(SEM)观察及能谱(EDS)分析,简单探讨了其摩擦磨损机理.结果表明:随着载荷的增加,a-C:H:Mo:S/Si3N4体系的摩擦系数及磨损率均呈先降后升的趋势,在高速下尤为明显.初步分析认为该现象与摩擦热效应导致的接触层结构转化相关.

MoSx掺杂DLC薄膜的摩擦磨损行为Ⅱ:速度的影响
赵飞, 逄显娟, 杜三明, 刘敬超, 牛永平, 李红轩, 张永振
2012, 32(5):524-530.
[摘要](1644) [PDF 1177KB](1351)
摘要:
采用RF-PECVD与磁控溅射复合技术制备了MoSx掺杂的DLC(a-C:H:Mo:S)薄膜,并对其组成、表面形貌、纳米硬度及热稳定性进行了分析.在QG-700摩擦试验机上考察了其在不同滑动速度下的摩擦行为.通过对摩擦表面的光学显微观察、扫描电镜(SEM)观察及能谱(EDS)分析,简单探讨了其摩擦磨损机理.结果表明:随着速度的增加,a-C:H:Mo:S/Si3N4体系的摩擦系数先升高后降低,而磨损率则表现出相反的变化趋势.分析认为摩擦系数的升高与高湿度下薄膜表面的氧化反应有关,而降低则主要是由于石墨化所致.

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