2013年33卷3期

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高碱值复合磺酸钙-钛基脂的制备及其摩擦学性能研究
闻振中, 夏延秋, 冯欣, 吴浩
2013, 33(3):209-214.
[摘要](1574) [PDF 2857KB](1943)
摘要:
本文将高碱值磺酸钙与复合钛基润滑脂融合,制备出一种新的复合磺酸钙-钛基润滑脂,并对其理化性能、摩擦学性能及机理进行了研究分析.结果表明:新的复合磺酸钙-钛基润滑脂在摩擦表面生成了含有二氧化钛的摩擦保护膜,有效降低了摩擦系数并在常温条件下表现出优异的润滑性能.同时高温下摩擦表面生成了更多的含硫酸盐成分,而生成的二氧化钛含量相对减少,高温条件下呈现减摩性能优异,但抗磨损性能降低的特点.

含氮硼酸衍生物的摩擦学性能及与二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)配伍性能研究
白雪峰, 晏金灿, 吴华, 任天辉
2013, 33(3):215-221.
[摘要](1451) [PDF 437KB](1945)
摘要:
合成两种含氮硼酸衍生物抗磨添加剂:长链烷基醇胺硼酸钙ODOB-Ca、长链烷基醇胺和长链烷基苯酚的硼酸酯DPOB,分别用元素分析和红外光谱对分子结构进行表征.用热重分析仪考察两种化合物的热稳定性,用饱和蒸汽法考察其水解稳定性,发现这两种化合物均具有良好的热稳定性和较好的水解稳定性,其水解稳定性分别为硼化聚异丁烯基丁二酰亚胺(T154B)的3倍和10倍;用立式万能摩擦磨损试验机考察了ODOB-Ca和DPOB的摩擦学性能以及与ZDDP的配伍性能,结果表明两种化合物作为矿物基础油均具有较好的抗磨性能,且均与ZDDP在一定比例配伍,有很好的协同作用.采用XPS考察了钢球磨斑表面成份,结果显示钢球磨斑表面形成了B2O3、铁的氧化物以及硫酸化合物等多组分混合边界润滑膜,从而使配伍体系摩擦学性能得以改善.

氧化石墨烯增强义齿基托材料耐磨性能的实验研究
安应飞, 刘斌, 阎兴斌, 裴金莹, 柳文娟
2013, 33(3):222-228.
[摘要](1438) [PDF 4463KB](1962)
摘要:
为改善常规口腔义齿基托材料聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate, PMMA)的低硬度、低亲水性以及低耐磨性等,本文中以PMMA为基体、氧化石墨烯(Graphene oxide, GO)为增强填料,借助液相超声-高速球磨分散技术将两种粉末均匀混合后,采用常规义齿基托加工法制备GO增强型义齿基托复合材料.采用高分辨扫描电子显微镜、维氏显微硬度计和光学接触角测量仪分别对复合材料显微结构、表面显微硬度及其亲水性能进行观察和评价;在人工唾液润滑环境下,采用UMT-3MT往复式摩擦磨损试验机和三维表面轮廓仪对复合材料耐磨性能及表面磨痕形貌进行评价和观察.结果表明:随着增强填料GO的加入,复合材料的显微硬度呈现先快速增加后逐渐变缓的趋势;复合材料表面水静态接触角则呈现逐渐降低的趋势;当GO质量百分数小于0.1%时,复合材料的摩擦系数和磨损率均低于常规口腔义齿基托材料,而GO质量百分数大于0.1%时其摩擦系数和磨损率呈升高趋势.GO的添加提高了常规义齿基托材料PMMA的硬度、亲水性和耐磨性能,显示出了良好的应用潜能.

交变磁场对激光熔覆Fe基复合涂层组织结构及其耐磨性的影响
蔡川雄, 刘洪喜, 蒋业华, 王传琦, 张晓伟, 唐淑君
2013, 33(3):229-235.
[摘要](1492) [PDF 3191KB](1707)
摘要:
采用激光熔覆辅助电磁控制工艺在45钢表面合成了Fe-Cr-Si-B-C复合涂层.通过对熔覆层进行SEM、EDS和XRD表征,研究了外加交变磁场对涂层微观组织和物相结构的影响.结果表明:外加磁场可降低激光熔池固-液界面前沿液相的温度梯度和增加非均质形核率,促使粗大、方向性很强的柱状晶转变为均匀、细小的等轴晶,并能够消除熔覆层内的气孔和裂纹等缺陷,但其对熔覆层物相组成的影响不大.熔覆涂层由白色初生γ-(Fe, Cr)固溶体相和其间黑色的γ-(Fe, Cr)共晶相组成,同时含有少量Fe3(B, C)、Cr7(B, C)3、CrFeB等碳化物和硼化物.常温干摩擦磨损试验表明,外加磁场所制备的涂层耐磨性能得到明显提高,其磨损失重仅为未加磁场的43%,且摩擦系数波动较小.

基于轮轨蠕滑机理的货车车轮磨耗寿命预测
丁军君, 孙树磊, 戚壮, 黄运华, 李芾
2013, 33(3):236-244.
[摘要](1368) [PDF 1247KB](2282)
摘要:
为对货车车轮磨耗寿命进行预测,在SIMPACK中建立车辆-轨道多体动力学模型,基于轮轨半赫兹接触理论和Zobory车轮磨耗模型编制车轮磨耗数值仿真程序.对C80型货车等在环形线和大秦线上运行时的车轮磨耗行为进行仿真,并根据实测结果和仿真结果对Zobory车轮磨耗模型进行修正,最后利用修正后的Zobory模型对C80型货车在国内某重载线路上运行时的车轮磨耗寿命进行预测.结果表明:车辆在环形线和大秦线上运行时,仿真得到的车轮磨耗分布范围以及圆周磨耗深度和轮缘厚度随运行里程的变化趋势均与现场实测结果较为接近,但车轮圆周磨耗率分别为实测结果的1.394~1.842倍和2.172~3.658倍,主要原因是仿真中采用了轮轨半赫兹接触理论,考虑了弹性剪切变形对滑动速度的影响,并且国内货车采用的CL60钢的硬度大于国外BS11钢的硬度;C80型货车在国内某重载线路上运行时,利用修正后的Zobory模型仿真得到的车轮段修磨耗寿命为39×105 km,运用磨耗寿命为65×105 km,与现场统计结果较为吻合.

低温沉积Ag-Cu薄膜的耐原子氧和摩擦学性能
高晓明, 孙嘉奕, 胡明, 翁立军, 伏彦龙, 杨军, 谭洪根, 张良俊
2013, 33(3):245-252.
[摘要](1178) [PDF 998KB](1598)
摘要:
采用多弧离子镀在低温(173 K)沉积了Ag-Cu薄膜,通过地面原子氧模拟试验机构考察了薄膜的耐原子氧性能,通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和球-盘摩擦试验机对薄膜结构、耐原子氧性能和摩擦学性能进行了表征,并与室温(300 K)及低温(173 K)沉积Ag薄膜进行了比较研究.结果表明:低温沉积Ag-Cu薄膜由面心立方结构的AgCu合金相和少量Ag或Cu组成,Cu元素合金和低温沉积可细化Ag薄膜的晶畴尺寸、提高其致密性,细密的薄膜结构有利于抑制原子氧对薄膜的攻击,因此低温沉积的Ag-Cu薄膜表现出较好的耐原子氧性能;磨损试验结果表明低温沉积的Ag-Cu薄膜表现出较好的耐磨性,这主要归因于其细密的薄膜结构和较高的膜-基结合强度,此外由于其耐原子氧性能的改善,低温沉积Ag-Cu薄膜在原子氧辐照前后磨损率的增加明显低于低温和室温沉积Ag薄膜.

Fe-Ni基高温自润滑复合材料摩擦磨损特性研究
郭志成, 李长生, 唐华, 阎逢元, 孙建荣, 刘金银子
2013, 33(3):253-261.
[摘要](1509) [PDF 5649KB](1221)
摘要:
本文中采用滑动磨损试验方法研究了以PbO和WS2为润滑组元的复合材料与440C不锈钢配副在25~600℃温度范围内的摩擦磨损特性.通过X射线衍射仪分析发现复合材料中含有铬的硫化物等高温润滑物质生成.使用扫描电镜和金相显微镜进一步分析了材料摩擦表面形貌.结果表明:在500~600℃范围内,PbWO4、CrxSx+1等各种金属化合物在摩擦表面形成了较完整的润滑膜,产生了自润滑能力,具有优良的减摩耐磨性能.润滑膜材料可向摩擦对偶表面转移,在一定程度上阻止了复合材料与440C不锈钢对摩材料的直接接触,显著降低了材料摩擦系数和磨损率,实现了高温自润滑性能.本文进一步探索了单一润滑组元润滑膜和两种润滑组元润滑膜的承载能力,发现两种固体润滑组元产生的协同润滑效应显著改善了润滑膜的润滑性能.

水分对猪牙表面硬度和摩擦系数的影响
华李成, 郑靖, 周仲荣
2013, 33(3):262-266.
[摘要](1404) [PDF 1336KB](2066)
摘要:
本文采用猪牙为研究对象,通过干燥和浸泡处理来控制猪牙釉质中的水分含量,利用维氏硬度仪和纳米压痕/划痕仪,研究了水分对离体生物硬组织力学性能和摩擦学特性的影响.结果表明:水含量能引起猪牙釉质表层硬度和摩擦系数的恢复性变化.猪牙表层硬度会随着水分的减少而升高,在水分再次增加后回落.猪牙表面摩擦系数随着水分的减少而降低,在水分再次增加后回升.

Ni-P-纳米金刚石黑粉化学复合镀层的摩擦磨损性能
刘蕴锋, 朱永伟, 刘婷婷, 张尚文, 彭雁
2013, 33(3):267-274.
[摘要](1457) [PDF 3283KB](1881)
摘要:
通过非均匀形核法,在纳米金刚石黑粉颗粒表面包覆一层Al2O3,采用包覆后颗粒制备了Ni-P-纳米金刚石黑粉化学复合镀层.通过沉降法分析了包覆前后纳米颗粒悬浮液的分散稳定性;研究了金刚石质量浓度、搅拌转速及粉体热处理工艺对复合镀层显微硬度和耐磨性能的影响;利用SEM和EDS分析了镀层微观形貌和组分.结果表明:颗粒表面包覆氧化铝可以显著提高其在分散介质中的悬浮稳定性;综合考虑摩擦磨损特性,其最优工艺参数为金刚石质量浓度4 g/L,搅拌转速500 r/min,复合粉体经100℃下热处理4 h;与Ni-P镀层相比,复合镀层摩擦系数降低58%,耐磨性能提高59%.

Ti-46Al-2Cr-2Nb和Ti6Al4V合金的干摩擦学性能对比研究
乔竹辉, 程军, 李斐, 马吉强, 符立才, 杨军
2013, 33(3):275-281.
[摘要](1352) [PDF 5011KB](1505)
摘要:
本文以商业Ti-6Al-4V合金为参照,考察了Ti-46Al-2Cr-2Nb(原子比)金属间化合物在不同载荷和速率下的干摩擦学行为.结果表明:Ti-46Al-2Cr-2Nb和Ti6Al4V合金的摩擦系数几乎相同,而Ti-46Al-2Cr-2Nb金属间化合物比Ti-6Al-4V具有更好的抗磨性;Ti-46Al-2Cr-2Nb和Ti6Al4V合金的磨损率均随载荷的增加而增加,Ti-46Al-2Cr-2Nb合金磨损率随滑动速率增加而增加,Ti-6Al-4V合金磨损率却随滑动速率增加呈下降直至稳定的趋势;Ti-46Al-2Cr-2Nb合金的磨损机制主要为疲劳磨损,Ti-6Al-4V合金的磨损机制为塑性变形,犁沟和剥落.

锂离子液体作为聚乙二醇添加剂的摩擦学性能研究
宋增红, 梁永民, 凡明锦, 周峰
2013, 33(3):282-288.
[摘要](1486) [PDF 2277KB](1945)
摘要:
利用2-恶唑烷酮(OZO)、尿素、三乙二醇二甲醚(G3)和四乙二醇二甲醚(G4)与四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、三氟甲烷磺酸锂(LiSO3CF3)和双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂(LiTFSI)的配位作用,在聚乙二醇(PEG)中合成了一系列锂离子液体润滑油添加剂,如[Li(OZO)]BF4、[Li(OZO)]PF6、[Li(OZO)]SO3CF3和[Li(OZO)]TFSI等,并对其物理化学性质和摩擦学性能进行了研究.结果显示:这类离子液体在PEG中具有较好的溶解性,作为PEG的添加剂,显示出优于传统离子液体(1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐)的减磨抗磨性能;阳离子对这一系列离子液体添加剂的摩擦学性能影响不明显,以TFSI-为阴离子的离子液体表现出最好的减摩性能.

表面波纹度对偏心轮-平面挺杆接触润滑性能的影响
王静, 王娜, 吉志宽
2013, 33(3):289-297.
[摘要](1597) [PDF 1920KB](1938)
摘要:
本文采用数值分析方法研究了偏心轮-挺杆副的微热弹性流体动力润滑问题.分析中假设平面挺杆表面分布有余弦波纹,探讨了偏心距和余弦波波长对润滑油膜变化的影响.数值模拟计算结果表明:在偏心轮-挺杆副工作的一个周期里,表面波纹度的存在会导致油膜压力和温度上升.在不同的滑滚比条件下,表面波纹的弹性变形程度不同.在两表面反向运动的半个周期内,随偏心距的增加,滑滚比也增加,导致表面波纹的变形程度降低.在两表面反向运动的半个周期内,波纹的弹性变形程度受"温度-黏度楔"机理的控制.

椭圆接触弹流润滑气穴现象的实验观察
王学锋, 郭峰, 胡如夫, 王明军
2013, 33(3):298-303.
[摘要](1612) [PDF 1784KB](2122)
摘要:
采用多光束干涉测量技术对椭圆滚子-玻璃盘形成的椭圆接触气穴现象进行了实验观察.实验在传统光弹流实验机上进行,只研究了纯滑动的情形.结果表明:气穴形状及其发展过程依赖于椭圆接触区短轴与卷吸方向之间的夹角.在一定的载荷-速度条件下,出现片状气穴区;载荷一定时,椭圆接触区短轴与卷吸方向之间的夹角越大,形成片状气穴区需要的速度越高.卷吸速度增大,气穴区向接触中心靠近;载荷增大,气穴区远离接触中心.椭圆接触区短轴与卷吸方向之间的夹角越大,气穴区越是远离接触中心,且气穴区位置受速度影响越显著.

沟槽型织构化表面摩擦噪声特性试验研究
王正国, 莫继良, 陈光雄, 朱旻昊
2013, 33(3):304-310.
[摘要](1358) [PDF 2084KB](1613)
摘要:
用电火花加工方法在制动盘蠕墨铸铁材料表面加工出不同沟槽宽度和间距的沟槽型表面织构,在自行研制的新型摩擦噪声试验装置上,采用球-平面接触方式,选取直径10 mm 的GCr15球为对摩副,对沟槽型织构表面和光滑表面进行摩擦噪声对比试验,研究沟槽型织构对摩擦噪声的影响.结果表明:本试验条件下沟槽型表面织构的尺寸及分布对摩擦噪声具有重要影响,一定尺寸及分布的织构表面可明显降低摩擦噪声.本试验条件下的摩擦噪声产生主要归因于接触表面的不平顺、磨屑层不均匀分布以及犁削作用等界面因素,这些因素导致了界面摩擦力高频成分的产生,当其与系统的自然频率耦合时,将引起摩擦系统强烈的自激振动并最终产生摩擦噪声.而摩擦界面存在尺寸分布合理的沟槽型表面织构,将能提高界面排屑能力并打断摩擦界面连续的接触,扰乱摩擦系统的自激振动,抑制摩擦噪声的产生.

海洋环境下的材料摩擦学研究进展与展望
董从林, 白秀琴, 严新平, 袁成清
2013, 33(3):311-320.
[摘要](1646) [PDF 2279KB](2894)
摘要:
海洋是人类赖以生存的载体,与人类未来发展休戚与共.海洋科学领域的发展常常依赖于海洋专用材料的研究和进展.海洋极端环境下的摩擦磨损是制约海洋材料应用与推广的关键问题之一,主要表现在材料在海洋苛刻环境下的腐蚀行为、电化学腐蚀以及材料在载荷和腐蚀环境下的耦合摩擦学行为.本文中分析了海洋环境的特点及其关键摩擦学问题,阐述了海洋环境下的材料摩擦学的研究内涵,对金属材料、高分子材料、陶瓷材料在海洋环境下的摩擦学问题进行了探讨,并结合海洋材料摩擦学现有研究进展及发展趋势,对海洋环境下的材料摩擦学相关研究前景进行了展望.

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