2013年33卷4期

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层片式复合材料摩擦性能与表面形态的研究
高飞, 杨亭亭, 符蓉, 韩晓明
2013, 33(4):321-328.
[摘要](1756) [PDF 5886KB](1563)
摘要:
粉末冶金材料摩擦面上多组分的混合以及第三体的存在,不利于澄清材料中不同组分对摩擦性能的贡献程度.本文采用机械组合方法制备了铜-钢-铝层片式摩擦材料,通过定速摩擦试验机,在干、湿两种条件下,观察了3种组分的摩擦表面微结构随摩擦速度的变化过程,测试了不同条件下的摩擦性能.结果表明:铜良好的塑性和焊合性,易形成与基体黏附性良好的第三体,使表面的粗糙程度增加;钢较高的强度及其氧化物的脆性,形成的第三体流动性好且与基体的结合强度有限,容易发生开裂和脱落;铝形成的富氧化铝的第三体,其颗粒间较差的黏合程度易在表面弥散分布,使表面平整度好.在摩擦速度低于900 r/min条件下,水分的润滑作用使湿摩擦条件下的摩擦系数低于干摩擦;摩擦速度高于900 r/min时,水分的冷却和清理微细第三体颗粒的作用,降低了材料的软化程度和第三体的流动性,使湿摩擦系数大于干摩擦系数.

超音速火焰喷涂WC-Co层的高温氧化对摩擦磨损性能的影响
耿哲, 段德莉, 刘阳, 李曙
2013, 33(4):329-336.
[摘要](1522) [PDF 3063KB](1492)
摘要:
针对WC-12Co和WC-17Co超音速火焰喷涂层(HVOF),采用球/盘试验机研究其在大气环境下从室温至800℃的摩擦磨损性能,并结合涂层的氧化试验、氧化产物的XRD和Raman光谱分析、磨痕表面SEM观测,探索高温氧化对涂层摩擦磨损机制的影响.结果表明:WC-Co涂层在350~450℃时的摩擦磨损主要受Co氧化物的控制,体积流失小,为轻微氧化磨损;高于500℃时,WO3增多,虽有利于减摩却因消耗WC使涂层耐磨损性能下降;摩擦作用促进CoWO4的形成,这种钨钴双氧化物能够降低摩擦,减轻磨损,使涂层在600℃高温下仍维持良好的摩擦学性能;在更高温度条件下氧化剧烈,涂层性能迅速恶化而发生严重磨损,不宜作为耐磨涂层使用.Co含量较高的WC-Co涂层具有更好的高温耐磨性.

Nano-Ni粉体对Fe/WC涂层组织和性能的影响
国洪建, 贾均红, 张振宇, 梁补女
2013, 33(4):337-342.
[摘要](1405) [PDF 2746KB](1371)
摘要:
在Fe/WC喷涂材料中添加不同量的Nano-Ni粉体,采用亚音速火焰喷涂技术在Q235基体上制备涂层,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等设备进行显微组织、表面形貌观察及物相分析,利用MM-W1磨损试验机和HXD-1000TM型显微硬度仪对涂层的性能进行测试.结果表明:Nano-Ni粉体可以细化涂层组织,提高涂层的致密性,随着Nano-Ni粉体添加量的增大,相应的力学性能均得到提高,在涂层形成过程中Nano-Ni粉体与喷涂材料中的其他成分形成了一些新相,如Fe-Ni固溶体和CeNi3,这些新相为改善涂层组织和提高涂层的力学性能起到积极作用.

风沙环境下钢结构涂层低角度冲蚀特性研究
郝贠洪, 李永
2013, 33(4):343-347.
[摘要](1525) [PDF 688KB](2033)
摘要:
针对风沙环境中钢结构涂层长期受冲蚀,涂层破坏直接降低钢结构体系耐久性的现状,采用能模拟风沙环境的气流挟沙喷射法对钢结构涂层试件进行了低角度冲蚀试验,用失重测量法测定涂层冲蚀失重量与沙剂量和冲击速度关系,进而评定冲蚀程度,用扫描电镜(SEM)观测分析涂层冲蚀区的微观形貌来分析冲蚀机理,并提出了涂层冲蚀程度评价计算公式.结果表明:涂层冲蚀失重量随沙剂量和冲击速度的增大而增加;低角度冲蚀主要为微切削作用,材料硬度起决定因素,高角度冲蚀主要为冲蚀挤压变形作用,材料韧性起决定作用,由于涂层材料硬度低而韧性高,故在低冲角下其受冲蚀程度严重;验证了评价计算公式用于评价涂层冲蚀程度的可靠性.研究结果将为准确评价风沙区钢结构体系耐久性提供依据.

线接触状态下激光加工微造型表面摩擦特性研究
李杨, 刘小君, 王庆生, 刘焜
2013, 33(4):349-356.
[摘要](1525) [PDF 788KB](1388)
摘要:
为了研究表面形貌对线接触弹流状态下摩擦副摩擦特性的影响,采用激光微造型技术,通过控制微造型的形状、深度、间距和面积占有率等参数制造了两组表面高度算术平均值Sa分别相同的试件.使用Talysurf CCI Lite 非接触式三维光学轮廓仪对表面进行测量,采用ISO25178参数及连通性系数Us对测量表面进行表征,最后在JPM-1型双盘摩擦磨损试验机上对试件进行富油摩擦试验,得到不同转速、不同载荷工况下的摩擦系数.结果表明:线接触状态下,微造型形状、方向及深度均会对表面的摩擦特性产生影响,顺向箭头微造型表面表现出了最优的摩擦特性;试件摩擦系数随着转速的增大呈线性增长趋势,随着载荷的增大而减小,减小的幅度随载荷的增大逐渐变得缓慢;表面形貌三维表征参数SskSkuVvvVvcUs与摩擦特性均有一定的关联性.

微循环表面网状形态对其润滑特性影响的研究
卢艳, 刘佐民
2013, 33(4):357-362.
[摘要](1502) [PDF 1250KB](1529)
摘要:
为研究微循环表面网状形态对其润滑特性影响,采用飞秒激光和数控加工方法,构建出不同滑动表面网格织构,并以此研究了其形态对润滑特性的影响.研究采用网格形态的参数化设计,并以无量纲长度 Λ,无量纲宽度Γ和夹角α表征其结构特征,采用数值迭代求解和摩擦学试验相结合的方法,研究了不同形态的网格参数对其润滑的影响.研究结果表明:具有微循环网格形态的滑动表面可有效地改善其摩擦系数,当Λ大于0.45时会使得摩擦系数达到最佳优化值,而当Λ小于0.45时,则网格参数与摩擦系数的关系将变得较为复杂;较大的无量纲深度参数Γ和较小的夹角也可优化出改善润滑的最优组合;该研究可为滑动表面微循环网状织构优化设计提供了理论基础.

Ti3SiC2、不锈钢和NiCr合金在人工海水中的摩擦学性能
任书芳, 孟军虎, 吕晋军, 杨生荣
2013, 33(4):363-371.
[摘要](1333) [PDF 6627KB](2040)
摘要:
在SRV-1型摩擦磨损试验机上考察了Ti3SiC2、NiCr合金和不锈钢在干摩擦、蒸馏水和人工海水中的摩擦磨损性能,并用扫描电镜(SEM-EDS)及光电子能谱(XPS)对磨痕形貌及成分进行分析.结果表明:Ti3SiC2/Al2O3摩擦副的摩擦系数对摩擦条件变化不敏感,在液体介质中磨损稍有降低.3种摩擦条件下存在机械磨损和摩擦氧化磨损竞争,但机械磨损始终为主要磨损机制,因此摩擦和磨损较大.不锈钢/Al2O3和NiCr合金/Al2O3两摩擦副对摩擦条件变化较敏感,摩擦系数和磨损率在干摩擦、蒸馏水和海水中依次降低,其中NiCr合金降低幅度最大.干摩擦条件下两者以机械磨损为主要磨损机制,表现为黏着磨损和材料转移;蒸馏水中机械磨损和摩擦氧化磨损并存;海水中以腐蚀磨损为主导,腐蚀产物FeCl2、CrCl3或CrO22-或CrO42-等具有减摩抗磨作用.

仿生多叶翼型槽干式气体端面密封的性能研究
彭旭东, 呼延晨龙, 白少先, 李纪云, 盛颂恩
2013, 33(4):372-381.
[摘要](1357) [PDF 2640KB](1241)
摘要:
为有效解决干式气体端面密封(简称干气密封)在低速、低压等操作条件下端面开启困难、稳定性差以及在高速、高压等高操作参数工况下泄漏率较高的瓶颈问题,提高密封的可靠性及使用寿命,在现有干气密封型槽设计方法的基础上,根据鸟类仿生学原理,提出了仿生多叶翼型槽干气密封.基于气体润滑理论,建立了仿生多叶翼型槽干气密封及其几种衍生型式的端面几何结构模型和气膜压力控制非模型,采用有限差分法进行数值模拟,分析了仿生多叶翼型槽及其衍生型槽的特殊几何结构与几何参数对干气密封性能的影响规律.结果表明:相较于单向螺旋槽干气密封和普通单向仿生双叶翼型槽,仿生多叶翼型槽及其衍生型槽干气密封在端面开启能力及运行稳定性上都有明显提升,而且仿生多叶翼型槽的衍生型式干气密封其泄漏率保持不变甚至更低.文中提出了仿生多叶翼型槽干气密封的合适衍生型式,给出了相应型槽主要几何参数的优化取值范围.该研究进一步验证了干气密封仿生型槽的设计理念,为极端工况下干气密封的端面型槽设计提供了仿生学依据,拓宽了干气密封及其他润滑部件表面设计的研究思路.

微动诱发的触点电接触间歇失效现象研究
任万滨, 王鹏, 马晓明, 薛升俊, 崔黎, 翟国富
2013, 33(4):382-387.
[摘要](1360) [PDF 1992KB](2259)
摘要:
金属触点是电气电子工程领域中导通电流、传递信号的关键,机械振动应力环境产生的微动将使系统的电接触性能逐步退化,并诱发触点间发生间歇失效现象.借助电动振动台设计了触点微动磨损测试分析系统,以铜镀金触点为研究对象,获得了接触电阻全寿命周期内的退化过程.结合接触电阻与SEM/EDX分析结果确定了微动频率、微动幅值对触点磨损发生间歇失效的条件及电接触间歇失效机理.

Cu-Al-Mn相变合金对树脂基摩擦材料摩擦磨损性能的影响
宋娟, 侯贵华, 王占红, 杨子润
2013, 33(4):388-393.
[摘要](1459) [PDF 2131KB](1392)
摘要:
将Cu-11.9Al-2.5Mn相变合金粉以20%,30%和40%的质量百分数掺入到酚醛树脂基摩擦材料中,采用摩擦试验机测试试样的摩擦系数和磨损率,利用扫描电镜观察试样的磨损表面,并比较分析了相变合金粉对试样摩擦和磨损性能的影响.结果表明:与未掺相变合金粉的试样相比,掺入合金粉后,试样的热衰退程度大大降低,盘温为350℃时摩擦系数反而略有升高.此现象应与Cu-11.9Al-2.5Mn合金发生逆马氏体相变,吸收摩擦热,延缓温度上升有关.当掺入比例为30%时,摩擦系数稳定性最好.随着掺入比例的提高,磨损率上升.当掺入比例提高至40%时,由于树脂相对量减小,使合金颗粒与基体的结合性能变差,合金颗粒脱落量增大,磨损率在350℃时剧增.

抛光垫特性及其对300mm晶圆铜化学机械抛光效果的影响研究
王同庆, 韩桂全, 赵德文, 何永勇, 路新春
2013, 33(4):394-399.
[摘要](1438) [PDF 1536KB](3091)
摘要:
利用扫描电子显微镜和接触式表面形貌仪分析了IC1000/Suba-IV和IC1010两种商用抛光垫的主要特性,并通过自行研制的超低压力化学机械抛光(CMP)试验机、四探针测试仪和三维白光干涉仪等研究了这两种抛光垫对300 mm晶圆铜互连的CMP材料去除率、片内非均匀性、碟形凹陷和腐蚀的影响规律.结果表明:IC1010比IC1000的硬度低、压缩率高、粗糙度大,IC1000为网格状沟槽、沟槽较宽、分布较稀,IC1010为同心圆沟槽、沟槽较细、分布较密;相同条件下IC1010比IC1000的材料去除率大、片内非均匀性好;在相同线宽下IC1000与IC1010的腐蚀几乎一致,IC1010的碟形凹陷比IC1000的略大.

小肠的结构及边界润滑模型建立
王泽, 周明, 叶霞, 杨晓红, 卢雅琳, 杨龙兴
2013, 33(4):400-405.
[摘要](1503) [PDF 1578KB](1771)
摘要:
为了实现内窥镜的无损诊治,提高肠道机器人的行走能力,需构建肠道的结构模型和边界润滑模型.本文以小肠为研究对象,表征了其内部结构,测定了肠道内表面摩擦系数与径向应变、载荷和滑动速度之间关系.结果表明:小肠内表面结构由皱襞、绒毛和微绒毛组成;直径变化是影响其摩擦的首要因素,其次是滑动速度和载荷.运用薄膜理论,根据小肠内部结构特征和摩擦系数的变化规律,构建其结构模型及边界润滑模型,并推断出小肠收缩状态润滑形式为流体动压润滑,摩擦阻力主要由肠黏液表面剪切力决定,膨胀时,润滑形式为薄膜润滑,摩擦阻力由肠黏液表面剪切力、绒毛产生的约束力和吸附力决定.

冰水浴和自然冷却条件下锂基润滑脂的流变学性能
许俊, 徐楠, 王晓波, 刘维民
2013, 33(4):406-412.
[摘要](1409) [PDF 1894KB](1986)
摘要:
通过两种不同冷却方式制得锂基润滑脂,采用HAAKE流变仪考察了锂基润滑脂的流变特性,从流变学的角度分析了润滑脂在动态条件下的实时变化,并与其胶体安定性和机械安定性等性能进行了比较.结果表明:锂基润滑脂的流变性能可以很好地反映出润滑脂的胶体安定性和机械安定性;在测试应力范围内,于自然冷却条件下制备的润滑脂结构变化为可逆变化,而冰水浴制备的润滑脂结构容易遭到不可逆的破坏.

超音速火焰喷涂WC-CoCr涂层复合微动磨损性能研究
周靖, 沈承金, 张宏
2013, 33(4):413-419.
[摘要](1342) [PDF 2760KB](1236)
摘要:
采用超音速火焰喷涂技术在35钢基体表面制备了WC-CoCr涂层,利用高精度SLP-20微机控制电液伺服微动试验机研究涂层在复合微动磨损条件下的摩擦学特性,通过扫描电镜观察涂层的微动磨损形貌,探讨其复合微动磨损机理.结果表明:涂层在振幅为40 μm时,F-D图由准梯形型转变为闭合的椭圆形型,微动从滑移区过渡到微滑区,振幅增大,处于滑移区的时间也随之延长;WC-CoCr涂层复合微动磨痕呈现典型的中间黏着、边缘磨损的环状磨损形貌,具有非对称性,磨损初期的滑移区以黏着磨损为主,稳定阶段微滑区的磨损机理为疲劳磨损.

海洋结构物摩擦学问题的研究进展
周婷婷, 牟明磊, 白秀琴, 严新平, 袁成清
2013, 33(4):420-428.
[摘要](1653) [PDF 1039KB](2506)
摘要:
海洋结构物主要包括海上钻井平台、油气开采平台、FPSO、海底输油管线及海上大型储油罐等大型海上结构物.海洋结构物总是处于波浪、海流、风暴、海冰等严峻海洋环境中,并受到海生物污损、海洋腐蚀、磨损等多方面因素相互作用的影响,摩擦学问题无处不在.论文针对海洋平台结构、流体处理及运输设备、定位设备及作业设备四方面的摩擦学问题进行论述,主要介绍了海洋平台结构、管道系统及海水泵、锚链及螺旋桨、钻井套管及电潜泵等海工设备的工作特点,概述了国内外关于这类海工设备的摩擦学问题的研究现状,并对海洋结构物的摩擦学研究重点进行了展望.

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