2013年33卷5期

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HVOF制备的微纳米结构WC-12Co涂层组织结构与抗空蚀性能
丁彰雄, 胡一鸣, 赵辉
2013, 33(5):429-435.
[摘要](1259) [PDF 1060KB](2474)
摘要:
本文中采用HVOF工艺制备了二种微纳米结构及一种普通微米WC-12Co金属陶瓷复合涂层,并采用SEM、XRD等分析了涂层的显微形貌和组织结构;测量了涂层的显微硬度、孔隙率及开裂韧性;采用超声振动空蚀装置研究了涂层的抗空蚀性能,探讨了涂层空蚀机理.结果表明:由亚微米与纳米WC-12Co组成的微纳米结构涂层孔隙率最低,组织最细小;虽然HVOF制备的微米WC-12Co涂层中WC基本上没有产生氧化脱碳,但是在二种微纳米结构WC-12Co涂层中WC不同程度地产生氧化脱碳,生成W2C、W及Co6W6C等物相;由亚微米与纳米WC-12Co组成的微纳米结构涂层显示了最优异的抗空蚀性能,空蚀率仅为微米涂层的1/3,其涂层抗空蚀性能提高的根本原因在于涂层中同时存在亚微米和纳米尺寸的WC、W2C、Co6W6C高硬度颗粒及一定量的Co、W韧性金属,由此提高了涂层的硬度和开裂韧性,延缓了微裂纹的产生与扩展.

考虑摩擦动力学特性的渐开线齿轮润滑分析
董辉立, 苑士华, 胡纪滨, 李雪原
2013, 33(5):436-442.
[摘要](1201) [PDF 1483KB](2498)
摘要:
以渐开线齿轮为研究对象,综合考虑齿面摩擦、油膜刚度和阻尼的影响,将摩擦动力学特性和齿面形貌考虑到有限长线接触弹流润滑理论(EHL)中,采用多重网格数值求解法获得了渐开线齿轮在不同啮合位置处的动载荷分布,压力与膜厚分布,并对比分析了干摩擦与润滑条件下压力分布的不同特征以及动载荷对油膜分布的影响.计算结果表明:低速时,动载荷接近稳态分布,在单双齿交替点有明显的高频冲击,随着转速的增加,动载荷变化趋于平缓;与干摩擦相比,润滑油膜可以减小最大压力峰值以及入口区和出口区的压力,但对粗糙峰凹谷处压力有所增加.沿啮合线方向,压力在节点位置附近达到最大值,膜厚受动载荷的影响较小,近似呈线性增加趋势.

弹性体摩擦的黏滞疲劳理论及实验研究
郭胤, 王家序, 李峰, 潘典坤, 李康
2013, 33(5):443-448.
[摘要](1149) [PDF 908KB](1975)
摘要:
为了更好地解决弹性体摩擦学方面的问题,建立了弹性体摩擦的黏滞疲劳理论,阐明了弹性体摩擦是粘附的表面拉伸效应和迟滞的体积变形效应的综合作用,揭示了弹性体磨损的本质机理是周期性疲劳破坏,解释了弹性体在摩擦过程中的各种特征现象.实验论证了黏滞疲劳理论在摩擦和磨损方面的可行性和精确性.通过建立的公式计算了弹性体的摩擦系数和摩擦力,并控制误差在6%的范围内;计算了弹性体的表观单位磨损率,并控制误差在7%的范围内.

水滴撞击黄铜基超疏水表面的破碎行为研究
胡海豹, 陈立斌, 黄苏和, 杜鹏
2013, 33(5):449-455.
[摘要](1201) [PDF 909KB](2576)
摘要:
采用高速摄像技术,在自制的超疏水黄铜表面上开展水滴撞击后破碎行为的实验,并对水滴破碎现象力学机理、发生破碎现象的条件和破碎过程中直径铺展规律进行了分析.测试结果表明:一定速度下不同直径的水滴均会发生破碎,直径越大的水滴破碎速度越低.从能量守恒角度,对上述现象过程进行了定性的力学解释并推导出水滴在超疏水表面上发生破碎现象的临界速度的计算公式,该公式预测值与实验值的偏差小于10%.

钛硅多元掺杂类金刚石薄膜在不同气氛环境下的摩擦学性能研究
姜金龙, 黄浩, 陈娣, 王琼, 冯旺军, 郝俊英
2013, 33(5):456-462.
[摘要](1192) [PDF 1347KB](2265)
摘要:
采用中频磁控溅射技术在单晶硅表面制备了钛硅多元掺杂的含氢类金刚石薄膜. 在球-盘摩擦试验机上考察了不同气氛环境对薄膜摩擦学性能的影响. 利用扫描电子显微电镜和拉曼光谱分析了磨损表面形貌和转移层结构, 探讨了薄膜的摩擦磨损机理. 结果表明:薄膜在真空和氮气环境下摩擦系数较小、磨损率低,表现为磨粒磨损;在氧气和高湿度大气环境下摩擦系数较大、磨损率高,表现为黏着磨损;在低湿度空气环境下薄膜摩擦系数最低,表现为磨粒磨损和黏着磨损混合磨损机理;转移层发生摩擦诱导石墨化和聚乙炔链C=C键双氢化两种摩擦化学过程.

考虑摩擦因素的结合面切向接触刚度分形预估模型及其仿真分析
李小彭, 鞠行, 赵光辉, 梁亚敏, 闻邦椿
2013, 33(5):463-468.
[摘要](1411) [PDF 690KB](2632)
摘要:
为建立更完善和精确的结合面接触刚度模型,本文根据分形理论和摩擦学原理,从微观角度建立了考虑摩擦因素的结合面切向接触刚度分形预估模型.通过数值仿真分析研究了接触载荷、分形维数、摩擦系数和接触面积等因素对结合面切向接触刚度的影响.分析结果表明:结合面切向接触刚度随法向载荷和分形维数的增加而增大,而随分形尺度参数的增大而减小;摩擦系数对结合面切向接触刚度的影响较大,不同实际接触面积下的切向刚度相差较大;当分形维数较小时,摩擦系数对结合面切向刚度的影响将降低.这些研究对于进一步开展结合面的动力学特性研究具有重要意义.

高速电弧喷涂NiCrBMoFe/BaF2·CaF2涂层的摩擦磨损性能研究
梁秀兵, 商俊超, 郭永明, 陈永雄, 徐滨士
2013, 33(5):469-474.
[摘要](1226) [PDF 1441KB](1631)
摘要:
利用高速电弧喷涂技术制备了NiCrBMoFe和NiCrBMoFe/BaF2·CaF2两种复合涂层.两种涂层均含非晶相与纳米晶相,非晶相质量百分数分别达45%和33%.NiCrBMoFe涂层中纳米晶相弥散分布在非晶母相中;NiCrBMoFe/BaF2·CaF2涂层纳米晶相以团聚形态存在.检测了两种涂层的摩擦磨损性能.在常温下,NiCrBMoFe和NiCrBMoFe/BaF2·CaF2两种涂层的摩擦系数分别为0.5和0.375,后者比基体18Cr2Ni4WA的摩擦系数下降了25%,耐磨性能优异.在高温摩擦磨损条件下,NiCrBMoFe/BaF2·CaF2涂层也具有良好的耐磨性能.在450 ℃左右,涂层中BaF2·CaF2固体润滑相会析出涂层表面,形成一层低摩擦系数的润滑转化膜,使涂层具有良好的减摩润滑作用.

Fe-Mo-石墨和Fe-Mo-Ni-石墨的高温摩擦磨损行为
马文林, 陆龙, 郭鸿儒, 王静波, 贾辉, 张树伟, 吕晋军
2013, 33(5):475-480.
[摘要](1248) [PDF 1411KB](1973)
摘要:
采用粉末冶金技术制备了Fe-Mo-石墨材料(FM)和Fe-Mo-Ni-石墨材料(FMN),分析了其显微组织及组成,并研究了其在室温、320 ℃和450 ℃下的摩擦磨损性能.结果表明:FM 和FMN两种复合材料主要含有铁素体、珠光体、Fe3Mo金属间化合物、Mo2C、Fe2MoC以及少量石墨,各相分布均匀.FMN较FM珠光体数量要少, Ni元素的加入在一定程度上抑制了珠光体的生成;室温条件下,富含石墨的摩擦层发挥了减摩作用,而在高温条件下,复合材料中的石墨与对偶表面生成的Fe氧化物Fe2O3+Fe3O4+FeO·Cr2O3对其减摩降磨至关重要.

不同排布方向性椭圆孔液体润滑机械密封性能的研究
彭旭东, 佘宝瑛, 孟祥铠, 李纪云
2013, 33(5):481-487.
[摘要](1225) [PDF 772KB](1770)
摘要:
为提高液体润滑多孔端面密封的动压性能,提出了方向性多孔端面机械密封.考虑端面间润滑液膜的空化现象,基于质量守恒的JFO空化边界条件建立了理论模型,采用有限差分法求解Reynolds控制方程,获得了端面膜压分布,从而对比分析了方向性椭圆孔的排布方式对多孔端面机械密封性能的影响规律.结果表明:椭圆孔的方向性排布对端面密封的密封性能影响较大,高压侧下游泵送孔可有效提升密封端面的流体动压特性,上游泵送孔不论在高压侧还是在低压侧均可有效降低密封泄漏率;当形状因子γ为3~5,内外孔倾斜角α为35°~45°和β为125°~135°时,可获得最佳的动压性能,当形状因子γ为3~5,倾斜角α为30°~50°和β为30°~50°时,可以获得最低泄漏率.

两种润滑介质下关节软骨摩擦行为的对比研究
钱善华, 刘利国, 倪自丰, 葛世荣
2013, 33(5):488-494.
[摘要](1229) [PDF 996KB](2059)
摘要:
通过对两种润滑介质下关节软骨摩擦行为的对比研究,探讨软骨摩擦行为的影响因素.以牛膝关节软骨为摩擦副,以生理盐水和50%小牛血清溶液为润滑介质,在UMT-2试验机上分别测定软骨摩擦副的接触变形和摩擦系数,以及两种润滑介质在软骨表面的接触角.结果表明:滑动时接触变形是由软骨变形量和波动变形组成,软骨变形量与时间呈非线性增加,波动变形与时间呈周期非线性变化;软骨表面轮廓对波动变形和摩擦系数有着显著的影响;生理盐水的接触角低于小牛血清溶液的接触角,生理盐水的软骨变形量和摩擦系数均略高于小牛血清溶液的变形量和摩擦系数,其差异可能是边界润滑的效果.

高速轧机工作界面非稳态混合润滑过程多因素耦合辊缝力学特性研究
王桥医, 方敏, 陈娟, 赵勇
2013, 33(5):495-500.
[摘要](1220) [PDF 1060KB](1497)
摘要:
综合运用摩擦润滑理论、流体力学理论、轧制理论,建立了考虑动态辊缝非稳态润滑过程多因素耦合轧制界面力学模型.该模型综合运用了基于非稳态润滑过程的界面摩擦模型、工作辊运动模型、辊缝应力分布模型构成的界面薄膜约束多因素耦合模型.系统分析了非稳态混合润滑状态下,当压下率和表面粗糙度为定值时不同时刻工作区压应力和摩擦应力的分布情况,以及压下率为定值时工作区压应力、摩擦应力随表面粗糙度和后张应力变化的情况.结果表明:在压下率和表面粗糙度为定值时,当具有较大的后张应力时,工作区压应力和摩擦应力却较低,同时压应力梯度和摩擦应力梯度也相当小,摩擦应力在入口和出口边缘处达到最大,当后张应力减小时,辊缝间压应力和摩擦应力增加,压应力梯度和摩擦应力梯度较大;在压下率为定值而表面粗糙度为变量时,当后张应力较大时,表面粗糙度对工作区中的压应力和摩擦应力影响非常大,辊缝间压应力和摩擦应力随着表面粗糙度的增加而增加,当后张应力较小时,表面粗糙度对工作区中的压应力和摩擦应力影响不太明显.

a-C:H膜的高真空磨损失效机制研究——应力的影响
吴艳霞, 李红轩, 吉利, 冶银平, 孙晓军, 陈建敏, 周惠娣
2013, 33(5):501-506.
[摘要](1087) [PDF 1666KB](1477)
摘要:
采用中频非平衡磁控溅射法沉积了含氢无定形碳(a-C:H)薄膜,利用球-盘摩擦试验机考察了不同载荷下薄膜在高真空中(5.0×10-3 Pa)的摩擦磨损行为,通过对磨损表面的分析以及相关的验证实验,探讨了应力(接触应力、薄膜内应力)对薄膜在高真空中摩擦磨损行为的影响.结果表明:在高真空中,随着载荷的增加,薄膜的摩擦系数逐渐降低,而耐磨寿命却急剧缩短;在高真空高接触应力下,无论是摩擦还是静压,薄膜表面均出现了明显的应力释放花样.因此可以认为,薄膜在高真空中的磨损失效与其在高接触应力下的内应力释放有密切关系.

中频磁控溅射制备不同S/W原子比WSx薄膜的结构和摩擦学性能研究
徐书生, 高晓明, 胡明, 孙嘉奕, 翁立军, 刘维民
2013, 33(5):507-513.
[摘要](1138) [PDF 869KB](2138)
摘要:
采用中频磁控溅射制备了WSx薄膜,通过X射线衍射 (XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱 (XPS)对其结构进行了分析,采用纳米压入仪(Triboindenter)和真空球-盘摩擦试验机分别考察了薄膜的力学性能和摩擦磨损性能.结果表明:改变溅射功率密度和气压,将引起选择性溅射与薄膜氧化程度的变化,致使薄膜S/W原子比随之变化,薄膜的S/W原子比随着溅射功率密度的增加先减小后增大,而随着溅射气压的增大逐渐增大.薄膜S/W原子比较低时,薄膜W含量较高,薄膜结构较致密、硬度较高,但摩擦系数较大、耐磨性能较差;随着S/W原子比的增大,薄膜中WS2含量显著增加,W含量明显下降,摩擦系数降低,耐磨性能明显改善.

生物油对发动机缸套摩擦学性能的影响
徐玉福, 胡献国, 俞辉强, 张丹阳, 薛腾, 魏小洋
2013, 33(5):514-521.
[摘要](1265) [PDF 1000KB](2432)
摘要:
以生物油为研究对象,利用乳化技术对生物油进行提质改性,在发动机缸套-活塞环摩擦磨损试验机上考察了提质前后生物油的摩擦学性能.利用表面轮廓仪,扫描电镜与X-射线光电子能谱仪表征了发动机缸套摩擦表面的微观形貌及化学元素状态,探讨了相关的摩擦磨损机理.结果表明:小球藻生物油比稻壳生物油对缸套-活塞环具有更好的减摩抗磨性能;通过乳化提质方法,可以快速提升生物油的性能;生物油的减摩润滑作用归因于油品中的有机物在缸套表面吸附、摩擦挤压及摩擦沉积形成润滑油膜,局部摩擦熔融形成的"微滚珠",以及在摩擦表面生成的Fe2O3及FeOOH氧化膜.此外,小球藻生物油能在摩擦副表面形成含N有机保护膜,这是其具有更好摩擦学性能的重要原因.

紫外照射对FOTS自组装分子膜表面特性和摩擦特性的影响
张会臣, 连峰, 关光辉, 朱海波
2013, 33(5):522-529.
[摘要](1360) [PDF 956KB](2173)
摘要:
利用自组装技术在硅基底制备FOTS自组装分子膜,对FOTS自组装分子膜进行紫外照射.采用接触角测量仪、原子力显微镜(AFM)、傅里叶红外变换光谱仪(FTIR)、X光电子能谱(XPS)和多功能摩擦磨损试验机(UMT)评价薄膜的表面特性和摩擦学特性.结果表明:FOTS自组装分子膜的蒸馏水接触角为109°.紫外照射导致C元素被O3氧化,形成亲水的-COOH末端基团,使其接触角变小,表面粗糙度增大.在微载荷下,FOTS自组装分子膜和经不同时间紫外照射的FOTS自组装分子膜均可降低硅基底的摩擦和磨损.紫外照射后使FOTS自组装分子膜的摩擦系数增大,磨损加剧,这与其表面结构和润湿性变化相关.

纳米碳酸钙胶核硼化改性对高碱值磺酸钙清净剂摩擦学性能的影响
赵勤, 赵改青, 王晓波, 刘维民
2013, 33(5):530-536.
[摘要](1093) [PDF 977KB](1688)
摘要:
将高碱值磺酸钙清净剂(TBN>400)进行硼化反应改性处理并用红外光谱仪对其胶核成分进行了对比表征,同时利用热分析仪对比了硼化改性处理前后磺酸钙清净剂的热稳定性.采用SRV摩擦磨损试验机和四球摩擦磨损试验机分别考察了高碱值磺酸钙以及硼化改性高碱值磺酸钙清净剂作为复合锂基润滑脂添加剂对钢-钢摩擦副摩擦学性能的影响.利用扫描电子显微镜 (SEM)及光电子能谱 (XPS)对磨损表面进行了分析.结果表明:高碱值磺酸钙以及硼化改性高碱值磺酸钙清净剂均能显著提高复合锂基润滑脂的减摩抗磨能力;复合锂基润滑脂分别含有高碱值磺酸盐以及硼化改性高碱值磺酸盐清净剂润滑下的钢块磨损形貌及表面润滑膜组成存在明显差异,这种差异决定了硼化改性高碱值磺酸盐清净剂作为复合锂基润滑脂添加剂表现出更为优异的极压抗磨性能.

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