2012年32卷6期

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在胎牛血清蛋白润滑环境下GO/UHMWPE复合材料的摩擦学性能研究
安应飞, 邰志新, 阎兴斌, 刘斌, 裴金莹
2012, 32(6):533-537.
[摘要](2300) [PDF 911KB](2407)
摘要:
采用往复式滑动摩擦磨损试验机,考察了在胎牛血清蛋白(BSA)润滑环境下,氧化石墨烯/超高分子量聚乙烯(GO/UHMWPE)复合材料的摩擦学性能.试验结束后,利用高分辨扫描电子显微镜(HR-SEM)和Micro-XAM非接触式三维表面轮廓仪观察试样表面磨痕并计算相应的磨损率.结果表明:在BSA润滑环境下,相对纯UHMWPE,尽管无机增强填料GO的添加可以显著降低复合材料的稳态摩擦系数(COF),但是随GO含量增加无明显变化.然而,复合材料的体积磨损率(WR)却随GO含量增加呈现出逐渐减小的趋势.因此无机填料GO可以显著改善UHMWPE在BSA润滑环境下的摩擦学性能.

多孔聚酰亚胺含油材料的储油性能及摩擦学行为研究
邱优香, 王齐华, 王超, 王廷梅
2012, 32(6):538-543.
[摘要](1615) [PDF 1573KB](1741)
摘要:
通过冷压热烧结技术制备了多孔聚酰亚胺(PI)材料,利用其多孔结构分别浸渍不同性质的润滑油M1、M1001和P200得到3种PI含油材料.研究了多孔PI材料的微观结构,并考察了PI含油材料的储油性能和摩擦磨损性能.结果表明:多孔PI材料呈现"墨水瓶"型贯通孔结构,孔径分布较窄约为1.6 μm,孔隙率为26%,3种PI含油材料的含油率只与所含润滑油密度相关,而油保持率大小则随着润滑油黏度的增大而增大;在摩擦过程中3种PI含油材料的摩擦系数均稳定且小于0.1,对于含润滑油M1和M1001的PI含油材料其摩擦系数随着转速的提高而增大,而含P200的PI含油材料的摩擦系数却随着转速的增大而明显降低.根据上述实验结果,提出多孔PI含油材料的纳米薄膜润滑模型.

Cr/Ag纳米多层薄膜膜-基结合强度及摩擦学性能研究
胡明, 张立平, 高晓明, 伏彦龙, 杨军, 翁立军
2012, 32(6):544-549.
[摘要](1599) [PDF 1072KB](2049)
摘要:
采用中频磁控溅射技术在AISI 440C钢表面制备了不同调制周期的Cr/Ag纳米多层薄膜.通过X射线衍射仪(XRD)及高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析表征了纳米多层薄膜的微观组织结构,通过划痕试验机与真空球-盘摩擦试验机分别测试了纳米多层薄膜膜-基结合强度及真空摩擦学性能,并与纯Ag薄膜及Cr/Ag双层薄膜进行了对比.结果表明:纳米多层结构可以显著提高Ag基固体润滑薄膜膜-基结合强度,Cr/Ag纳米多层薄膜在较高转速及载荷条件下表现出明显优于纯Ag及Cr/Ag双层薄膜的摩擦学性能.Cr薄膜层与钢基体表面良好结合以及纳米多层薄膜内良好的层间结合性能是纳米多层薄膜膜-基结合强度提高的主要原因.

油松和落叶松根与土界面摩擦特性
刘小光, 赵红华, 冀晓东, 陈丽华
2012, 32(6):550-556.
[摘要](1608) [PDF 665KB](2000)
摘要:
通过直接拉拔试验研究了加载速率、根系埋深和不同树种对根系与土体的摩擦特性的影响.结果表明:被拉断的根系最大拉拔力和位移关系曲线分为陡峭上升和陡峭下降两个阶段,被拔出的根系最大拉拔力和位移关系曲线分为陡峭上升、陡峭下降和平缓下降3个阶段;加载速率或埋深增大时,根土静摩擦力及其对应位移亦增大;落叶松的根土静摩擦力及其对应位移比油松的根土静摩擦力及其对应位移大.

常用实木地板的摩擦磨损性能研究
刘振东, 王文波, 蔡雷, 郭东杰, 戴振东
2012, 32(6):557-562.
[摘要](1519) [PDF 1002KB](1987)
摘要:
用UMT-2MT摩擦试验机测试了9种常用实木地板对橡胶和440C不锈钢的摩擦磨损性能.结果表明:橡胶对多数地板的摩擦系数大于0.5,满足安全标准,且均大于钢球对地板的摩擦系数.钢球对地板漆层的摩擦系数介于0.1~0.6之间,而钢球对地板木材的摩擦系数基本相同,处于0.55左右.橡胶对地板磨损试验未能得到可测的磨损量(试验时间为1 h).钢球对地板漆层和木材层的磨损不同,漆层的抗磨损能力普遍高于木质层.每种地板都有临界载荷,载荷小于临界载荷时,随着载荷的增加磨损量几乎不变;载荷大于临界载荷后,随着载荷的增加磨损明显加快.

基于鸟翼轮廓的干式气体密封仿生型槽设计
彭旭东, 呼延晨龙, 白少先, 李纪云, 盛颂恩
2012, 32(6):563-569.
[摘要](1622) [PDF 1003KB](1722)
摘要:
为解决目前干式气体密封存在的开启力与气膜轴向刚度不足,易出现磨损与失稳等问题,本文尝试将仿生学理念引入干式气体密封技术中,通过分析典型飞鸟的羽翼轮廓差异对其飞行状态与能力的影响,定义轮廓外形几何特征参数,运用几何重构法在现有干式气体密封的典型型槽即螺旋槽的基础上构建仿生型槽,提出新型仿生型槽干式气体密封密封.基于气体润滑理论,在建立仿生型槽干式气体密封的几何模型和端面气膜压力控制方程的基础上,采用有限差分法对仿生型槽干式气体密封进行数值模拟研究,分析了仿生型槽的主要几何结构参数对密封性能的影响规律.结果表明:相较于典型螺旋槽干式气体密封,通过合理设置仿生型槽干式气体密封的端面型槽的几何结构参数值,其开启力、气膜刚度等密封性能参数在一定范围内有所提升;干式气体密封的仿生设计具有重要的实际意义.

表面微织构对球盘点接触润滑摩擦性能的影响
沈殿, 王文中, 孔凌嘉
2012, 32(6):570-576.
[摘要](1572) [PDF 1061KB](2370)
摘要:
基于统一Reynolds方程系统模型开展了富油点接触工况下微织构表面润滑摩擦性能的数值模拟研究.在通过实验标定数值模拟中润滑剂流变参数的基础上,系统分析了微织构表面摩擦系数周期变化的全过程,初步揭示了微织构的减摩机理.结果表明:数值模拟结果与实验结果有较好的吻合;瞬时摩擦系数达到最小值时,微坑单元一般处于名义Hertz接触区域的前边界;当微坑运动到Hertz接触区域内时,微坑前沿局部膜厚减小,而微坑后边沿膜厚局部增大,形成局部膜厚增大区;局部膜厚增大区的大小对微织构的润滑摩擦性能有较大影响,其面积越大,减摩效果越好.

汽车发动机活塞裙部-缸套系统摩擦学仿真分析和减摩设计
武彬, 宁李谱, 孟祥慧, 李骏, 谢友柏
2012, 32(6):577-583.
[摘要](1625) [PDF 745KB](2874)
摘要:
摩擦学在降低发动机摩擦损失和提高系统可靠性方面具有很大的潜力.本文以汽车发动机活塞裙部-缸套系统为对象,以寻求降低该系统摩擦损失的技术方案为目标,考虑各种因素建立了内燃机活塞裙部混合润滑模型.利用该模型,对活塞裙部型面的改进设计进行了探索,并据此确定了某款发动机活塞的改进方案.仿真结果表明:所提出的改进方案,均能实现显著降低活塞裙部-缸套系统摩擦损失的目标,最大降幅达到45.5%.

Ni3Al基自润滑复合材料摩擦学性能的研究
徐建林, 闫成旗, 朱圣宇, 杨军, 毕秦岭
2012, 32(6):584-591.
[摘要](1705) [PDF 1844KB](1886)
摘要:
采用真空热压烧结方法制备了Ni3Al基自润滑复合材料,通过HT-1000型球盘式高温摩擦仪分别测试了不同条件下Ni3Al基自润滑复合材料的摩擦磨损性能.结果表明:复合材料在20~1 000 ℃均具有良好的自润滑性能,其摩擦系数在0.24~0.43之间.研究发现复合材料在低载(5 N、滑动速度为0.2 m/s)低温(20~400 ℃)下具有最低的摩擦系数(0.24~0.29),但在低载高温下(600 ℃以上)摩擦系数较高(0.39~0.41);而在高载(20 N)时在整个温度测试区间(20~1 000 ℃)拥有低而稳定的摩擦系数(0.28~0.31).Ni3Al基自润滑材料优异的高温摩擦学性能归因于高温下材料摩擦表面形成的银、氟化物、氧化物以及钼酸盐等低剪切化合物的协同润滑作用.

基于有限元法的面接触摩擦热流分配系数反推研究
尹延国, 邢大淼, 尤涛, 俞建卫, 魏巍
2012, 32(6):592-598.
[摘要](1575) [PDF 887KB](1968)
摘要:
本文基于有限元基础,利用红外测温-温度场有限元模拟-热电偶验证相结合的方法,反推得出摩擦副热流分配系数,分析了不同摩擦副材料、表面接触状况、散热条件对摩擦副热流分配系数的影响.分析表明:反推热流法为热流分配系数的计算提供了1个可行的方案;当摩擦副材料具有较好的减摩、抗黏着特性时,摩擦副运行稳定,摩擦副动态热流分配系数随时间变化平缓;摩擦副表面接触状况和散热条件对热流分配系数有明显的影响,利用本文提出的修正系数,可对理论公式进行修正.

合金含量对高速车轮材料滚动接触磨损性能的影响
曾东方, 鲁连涛, 张远彬, 张继旺, 温泽峰, 朱旻昊
2012, 32(6):599-605.
[摘要](1459) [PDF 1299KB](1638)
摘要:
将2种含碳量相同合金含量不同的高速车轮材料分别与钢轨材料匹配,利用滚动接触摩擦磨损试验机测试了各摩擦副的摩擦系数和磨损率,比较研究了组织、硬度和加工硬化等因素对车轮材料滚动接触磨损性能的影响.结果表明:在传统的高速车轮材料中适当地增加Si、Mn的含量,降低Cr的含量可以提高车轮材料的抗磨损性能;硬度高的车轮材料未必耐磨,组织差异对车轮材料的抗磨损性能影响显著;表面裂纹易萌生于高度变形的先共析铁素体组织;加工硬化引起的硬度增加对材料的抗磨损性能影响不大.

去角质化妆品对皮肤摩擦性能的影响研究
翟正绘, 李炜, 庞强
2012, 32(6):606-611.
[摘要](1518) [PDF 1131KB](2214)
摘要:
采用UMT-Ⅱ多功能摩擦磨损试验机,模拟洗脸的摩擦条件,考察了微粒大小、数量和硬度不同的3种磨砂洗面奶介质对不同性别人体皮肤摩擦特性的影响.结果表明:由于在往复摩擦条件下磨砂洗面奶去除了皮肤表面老化角质层,皮肤的表面粗糙度下降,皮肤的电导、水合作用、黏着力及摩擦系数增加;含有2种微粒大小、数量和硬度适中的B组洗面奶介质摩擦去除老化角质较多,皮肤后续对保湿化妆品的渗透效果较好;由于不同性别皮肤表面结构的差异,磨砂洗面奶对男性皮肤表面结构的影响较女性大.

基底温度对脉冲激光沉积WSx薄膜组织结构和摩擦学性能的影响
张继, 郑晓华, 杨芳儿, 寇云峰, 宋仁国
2012, 32(6):612-618.
[摘要](1379) [PDF 2194KB](1565)
摘要:
采用脉冲激光沉积法(PLD)在不同温度单晶硅基底上制备了WSx固体润滑薄膜.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对薄膜的成分、形貌和微观结构进行了分析,采用球-盘式磨损试验机测试了薄膜在大气环境下(相对湿度50%~60%)的摩擦学特性.结果表明:室温下所获得的薄膜为微晶结构;在RT~300 ℃范围内,随着温度的升高,薄膜表面趋于光滑、致密,且形成晶态WSx的趋势逐渐增大,薄膜与基底间的结合力增大,但薄膜中S和W的含量之比(S/W比)从1.84逐步下降到1.49.薄膜的摩擦系数在RT~200 ℃范围内与其S/W比呈反比关系,在300 ℃条件下,薄膜中形成了大量的WS2晶体,摩擦系数最低且耐磨性能也最好.

两种含氟空间润滑油的真空摩擦磨损行为研究
张松伟, 胡丽天, 王海忠, 冯大鹏
2012, 32(6):619-625.
[摘要](1404) [PDF 1057KB](1835)
摘要:
利用真空四球摩擦试验机系统考察了全氟聚醚(Z25)和甲基氟氯苯基硅油(FCPSO)两种空间润滑油在空气、真空和高纯氮气气氛中的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)分别分析了磨损表面的微观形貌及典型元素的化学状态。结果表明:Z25在3种气氛中均表现出低摩擦高磨损的特性,且真空中摩擦系数最低,这主要是由于Z25对摩擦副具有润滑和腐蚀的双重作用;FCPSO在3种气氛中均表现出高摩擦低磨损的特性,且真空中磨斑直径最小,这主要是由于FCPSO在摩擦副表面形成了FeCl2边界保护膜.

非稳态弹流润滑状态下滚动体-滚道摩擦副的动力特性研究
张玉言, 王晓力, 闫晓亮
2012, 32(6):626-633.
[摘要](1695) [PDF 972KB](1847)
摘要:
针对滚动体-滚道摩擦副,建立了点接触非稳态弹流润滑数学模型,利用FFT技术和半解析算法数值求解了接触体在自由振动过程中油膜压力和膜厚的变化,同时结合有阻尼系统的自由振动模型,给出了预测点接触摩擦副动力特性的方法,在较宽的载荷和速度范围内分析了接触副的等效刚度系数和阻尼系数的变化.结果表明:根据接触副的实际工作载荷和速度所确定的无量纲自然频率来进行非稳态弹流的计算所得到的膜厚结果更接近实验值;在接触体的振动过程中油膜的压力和厚度在平衡位置附近上下波动,且由于润滑油膜的作用接触体的振动幅值逐渐减小;刚度系数随载荷参数的增加而增加,随速度参数的增加而减小,而阻尼系数的变化规律较复杂,在不同的载荷和速度范围内呈现出不同的变化趋势.

偏压对硅掺杂类金刚石碳膜力学及摩擦学性能的影响
杨保平, 郑愉, 张斌, 张俊彦
2012, 32(6):634-640.
[摘要](1768) [PDF 821KB](1898)
摘要:
通过磁控溅射沉积过程中,硅靶表面中毒制备表面微量硅掺杂类金刚石薄膜,并改变沉积偏压制备出不同结构及性能的含硅类金刚石薄膜.利用XPS、拉曼光谱仪、SEM、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机等手段表征含硅类金刚石薄膜的结构、横截面形貌、力学性能及摩擦学性能.结果表明:偏压为-600 V下沉积Si-DLC薄膜具有致密结构,高结合力,高硬度的特性,在大气环境下,薄膜与Al2O3陶瓷球对摩表现出优良的摩擦学性能,摩擦系数与磨损率分别为0.018和1.60×10-16 m3/(N·m).

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