2013年33卷6期

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离子液体作为Si3N4-Ti3SiC2摩擦副润滑剂的摩擦学性能研究
王海忠, 曾俊菱, 冯大鹏, 吕晋军, 刘维民
2013, 33(6):537-542.
[摘要](1232) [PDF 1647KB](1845)
摘要:
采用SRV摩擦磨损试验机在室温及100 ℃下考察了两种离子液体(L-B106 和L-P106)、丙三醇、水作为Si3N4-Ti3SiC2摩擦副润滑剂的摩擦学行为,利用扫描电子显微镜(SEM)及X光电子能谱(XPS)对磨损表面进行了分析.结果表明:室温、20 N条件下,两种离子液体和丙三醇抗磨和减摩性能相当,室温、100 ℃条件下,L-P106相较于L-B106具有更好的润滑性能,且其抗磨和减摩性能均优于丙三醇,作为Si3N4-Ti3SiC2摩擦副润滑剂具有在苛刻环境条件下使用的应用前景. XPS分析结果表明:Ti3SiC2材料在摩擦过程中在摩擦热作用下生成了SiOx、TiO2,进而有效提高了Ti3SiC2摩擦副材料的抗磨损性能;此外,离子液体中的活性元素在Si3N4-Ti3SiC2摩擦副表面发生了复杂的摩擦化学反应,生成了由氟化钛、磷酸钛及硼酸钛等组成的具有减摩和抗磨性能的边界润滑膜.

钛合金与钴铬钼切向微动磨损行为研究
耿浩, 张德坤, 武琳, 陈凯
2013, 33(6):543-549.
[摘要](1192) [PDF 3764KB](2266)
摘要:
本文中以Ti6Al4V与CoCrMo合金为研究对象,在不同介质中开展了球/面切向微动磨损的试验研究,结合多种微观分析手段,揭示了不同条件下钛合金与钴铬钼间切向微动运行特性和损伤机理.结果表明:钛合金球与钴铬钼平面间的切向微动主要运行于部分滑移区和混合区.随着微动振幅的增加,Ft-D曲线从直线型向椭圆型转变,其中振幅较大时微动末期Ft-D曲线呈平行四边型.在部分滑移区,摩擦系数较小且保持不变,磨痕表面磨损轻微.在混合区,摩擦系数的变化因振幅的不同各存在两种情况.在振幅较小的混合区,磨斑边缘有磨屑堆积,中心以黏着为主.在振幅较大的混合区,磨痕表面以磨粒磨损为主.

标准超声振动气蚀孕育期内材料响应与表面形貌
宫雪, 韩杰胜, 李珍, 吕晋军
2013, 33(6):550-555.
[摘要](1036) [PDF 882KB](1606)
摘要:
材料在气蚀孕育期内仅发生极轻微的磨损,但以弹/塑性变形和晶粒拔出等方式对气蚀做出响应,具体的响应方式则随材料种类而不同.通过对孕育期内材料响应和磨损表面形貌的研究,探索不同材料响应与磨损表面形貌的关系,从而建立以表面粗糙度测量和光学显微镜观察等方式进行材料孕育期的研究.本文在标准超声振动气蚀试验机上进行了纯铜、镍基合金Hastelloy C-276和Sialon陶瓷共三种材料的气蚀试验,着重考察了它们在各自孕育期内的表面粗糙度参数(表面粗糙度Ra和核心粗糙度深度Rk)以及蚀坑面积比的变化.研究结果表明:纯铜和Hastelloy C-276在孕育期内主要以塑性变形为主.Rk不仅可以更好地反映孕育期乃至整个气蚀过程的材料表面形貌变化,还能反映不同金属在孕育期内塑性变形的程度.Sialon陶瓷在孕育期内以新蚀坑的形成为主,伴随着少量蚀坑的长大,蚀坑面积比很好地表征了陶瓷材料孕育期的变化.

中频磁控溅射制备a-C:H(Al,W)薄膜及其性能研究
龚秋雨, 郝俊英, 刘小强, 刘维民
2013, 33(6):556-564.
[摘要](1373) [PDF 2738KB](1396)
摘要:
采用中频磁控溅射技术,以W、Al复合靶(面积比为1:1)为靶材,在氩气和甲烷混合气体中于n(100)型单晶硅表面沉积了一系列Al、W共掺杂含氢非晶碳[a-C:H(Al,W)]薄膜.分析了不同甲烷流量对薄膜成分、结构和表面形貌的影响,并表征了薄膜的力学性能和摩擦磨损行为.结果表明:随着甲烷流量的增加,薄膜中C含量呈上升趋势,而W和Al含量均呈现递减趋势,过高流量的CH4会导致金属靶材中毒.薄膜中的sp2C和sp3C含量受W、Al以及H注入效应的共同影响.所制备的薄膜表面均较为平滑,表面粗糙度(RMS)在0.39 ~0.48 nm范围内.薄膜的纳米硬度(H)在9.98~11.37 GPa之间,弹性模量(E)介于71~93.36 GPa之间,弹性恢复系数均在70 %以上.当薄膜中W和Al的原子百分含量分别为3.74 %和2.37 %时,H/E值和H3/E2值分别为0.141和0.198,且此时薄膜在大气环境下表现出较好的减摩抗磨性能.薄膜具有适度的sp3C/sp2C比值、优异的弹性形变性能、摩擦过程中对偶球表面形成连续而致密的转移层等因素是薄膜具有良好摩擦学性能的重要原因.

球形磁铁在弯管内表面磁力研磨中的应用
韩冰, 邓超, 陈燕
2013, 33(6):565-570.
[摘要](1140) [PDF 1573KB](1899)
摘要:
空间弯管内表面微裂纹用传统的研磨方法难以去除.利用六自由度机械手结合磁力研磨加工装置实现空间弯管内表面研磨加工.为了提高磁力研磨弯管内表面的加工效率,根据研磨工艺数学模型分析得到提高研磨压力是提高研磨效率的有效手段.因此,提出在研磨介质中添加球形磁铁作为辅助抛光工具提高研磨介质对弯管内表面的压力.通过Ansoft Maxwell软件分析得到添加球形磁铁后加工区域的磁感应强度增大,即研磨压力变大.并对TB8合金弯管进行研磨试验,试验结果表明添加球形磁铁后研磨加工效率提高约40%;表面粗糙度降至0.09 μm左右,并通过电子显微镜观察到内表面上的微裂纹已去除.实验验证了球形磁铁辅助研磨弯管内表面的可行性,为提高磁力研磨加工效率提供了一种新方法.

摩擦自激振动引起摩擦面波状磨耗的试验研究
胡文萍, 王平, 陈光雄, 朱旻昊
2013, 33(6):571-577.
[摘要](1172) [PDF 808KB](1241)
摘要:
在销-盘摩擦磨损试验机上进行金属干摩擦试验,研究摩擦自激振动对盘试件磨痕表面轮廓的影响,采用激光位移传感器测量盘试件摩擦表面轮廓尺寸,用加速度传感器测量销试件的摩擦自激振动.试验结果表明:在干摩擦状态下,销-盘系统容易发生持续的摩擦自激振动,当摩擦时间达到一定数值后,盘试件的磨痕表面轮廓会出现明显的波浪形磨耗,波浪形磨损机理主要是疲劳磨损.分析表明波浪形磨耗的波长近似等于摩擦自激振动的周期与滑动速度的乘积,由此推断摩擦自激振动引起了摩擦表面的波浪形磨耗.

油松根系的轴向疲劳性能研究
吕春娟, 陈丽华, 赵红华, 冀晓东, 李云霞
2013, 33(6):578-585.
[摘要](1023) [PDF 809KB](1315)
摘要:
初次室内模拟自然界导致土壤侵蚀的循环荷载作用,研究油松根系的轴向疲劳性能.结果表明:油松根系100次和1 000次疲劳后的抗拉力和抗拉强度均大于疲劳前根系单调轴向抗拉力和抗拉强度;油松根系轴向循环应力-应变滞回曲线表现出明显的周期循环特征,“滞回环”最初阶段为较饱满的“梭形”,具有较好的塑形变形和耗能能力,其间距较大,表现为“稀疏型”排列;随着循环次数的增加,“滞回环”间距越来越小,表现为“密集型”排列,趋于稳定;“滞回环”的加载段和卸载段均可用二次函数拟合,拟合曲线参数A、B、C除较小直径波动较大外,其余各根径的函数参数变化平稳;根系的疲劳轴向应变包括弹性变形和塑性变形两部分,以第20次循环为界限,总应变可划分为两个阶段:应变迅速增长阶段和应变缓慢增长阶段.

考虑滚道波纹度的推力球轴承油膜的测量与计算
任志强, 郭峰, 王静
2013, 33(6):586-593.
[摘要](1507) [PDF 1014KB](1718)
摘要:
使用能够模拟推力球轴承工作的光干涉油膜测量系统,在静态时基于Hertz接触理论测量得到了该轴承座圈滚道的波纹度变化,并测量了轴承工作一周的油膜变化情况.依据试验参数进行了钢球与玻璃盘接触以及钢球与座圈滚道接触的弹性流体动压润滑(EHL)数值分析.试验和理论分析均较好地验证了表面波纹度对润滑状态的影响,发现推力球轴承运动时油膜的变化和滚道的表面波纹度密切相关.

水介质条件下7075合金扭转复合微动磨损特性研究
沈明学, 蔡振兵, 周琰, 彭旭东, 朱旻昊
2013, 33(6):594-599.
[摘要](1016) [PDF 929KB](1309)
摘要:
在新型扭转复合微动试验机上,以7075合金平面/GCr15钢球配副为研究对象,研究水介质对7075合金扭转复合微动磨损行为的影响.在微动动力学特性分析的基础上结合磨痕形貌微观分析,研究水介质环境下7075合金扭转复合微动的磨损机理.结果表明:水介质对扭转复合微动运行和损伤机制存在显著影响,水介质明显地改变了微动运行区域;相比干态,在部分滑移区和混合区,水介质下的剥层现象更加明显,水介质加速了微动损伤.在滑移区,磨损机制主要转变为以磨粒磨损为主,湿润的磨屑能有效降低表面摩擦系数和减缓微动损伤;而单一的水介质会加剧材料的磨损.此外,水介质和干态微动环境中不同倾斜角度下的磨损体积均与累积耗散能分别呈不同的线性关系.

稀土钇对Ni-W-ZrO2复合镀层性能的影响
孙万昌, 冯佩, 侯冠群, 佘晓林, 刚爽
2013, 33(6):600-605.
[摘要](1223) [PDF 865KB](1873)
摘要:
通过脉冲电沉积技术在铝合金基体表面制备了Ni-W-ZrO2复合镀层,利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪、维氏硬度仪、电化学工作站和马弗炉等设备分别对复合镀层的截面形貌、元素分布、表面硬度、耐蚀性和抗高温氧化性分别进行了表征和测试,研究了Y(NO33添加量对复合镀层性能的影响.研究结果表明:所制备复合镀层截面平整、成分分布均匀,基体与镀层之间结合良好,ZrO2颗粒弥散分布于Ni-W基质金属之中,镀层厚度约为130 μm;Y(NO33的加入能显著提高复合镀层的硬度、抗高温氧化性和耐蚀性;当硝酸Y添加量为1.5 g/L时,Ni-W-ZrO2复合镀层的综合力学性能达到最佳.

挡板尺寸对电弧离子镀TiAlN涂层微观结构和摩擦学性能的影响
冯长杰, 胡水莲, 江鸢飞, 胡弦
2013, 33(6):606-613.
[摘要](1027) [PDF 1413KB](1505)
摘要:
利用电弧离子镀技术,采用Ti50Al50合金靶,在304不锈钢基体上沉积TiAlN涂层.在Ti50Al5合金靶和基体挂架中间设置直径分别为80、100和120 mm圆形挡板,并与无挡板沉积的TiAlN涂层对比,采用SEM/EDS、XRD研究挡板尺寸对涂层微观结构、成分的影响,通过显微硬度计、划痕仪和摩擦磨损试验研究挡板尺寸对TiAlN涂层力学性能及摩擦学性能的影响.结果表明:随着挡板尺寸增大,TiAlN涂层中Ti含量逐渐降低,Al含量逐渐升高,涂层表面熔滴数量显著减少,沉积速率降低.增大挡板尺寸后,涂层硬度下降,膜基结合力减小.添加挡板后TiAlN涂层表面凹坑缺陷增多,摩擦系数增大,与无挡板的TiAlN涂层相比,耐磨性显著提高.

刮擦线速度对TC4叶片与Ni-G封严涂层磨损行为的影响
薛伟海, 高禩洋, 段德莉, 刘阳, 李曙
2013, 33(6):614-621.
[摘要](1006) [PDF 1816KB](1536)
摘要:
利用高速刮擦试验机模拟了压气机叶片与封严涂层的刮擦行为,研究了TC4(钛合金)叶片材料与Ni-G(镍-石墨)封严涂层体系在线速度30~150 m/s范围内的磨损行为.通过对叶片样品端面及涂层样品磨痕的SEM-EDS、XPS分析和涂层样品磨痕表面的显微硬度测试,探讨了对摩体系的磨损机制.结果表明:随着线速度的增大,叶片样品的磨损率呈现先升后降的趋势;在低线速度下涂层样品致密化使叶片样品磨损轻微,中等线速度下叶片样品与涂层样品磨痕中高硬度转移层的刮擦造成叶片样品磨损加剧,高线速度下叶片样品端面较厚氧化膜减轻叶片材料向涂层的转移导致叶片样品磨损下降.

微乳化生物质燃油的往复运动摩擦学特性研究
俞辉强, 徐玉福, 胡恩柱, 刘天霞, 胡献国
2013, 33(6):622-629.
[摘要](1155) [PDF 941KB](1506)
摘要:
采用发动机活塞环-缸套摩擦磨损试验台,研究了微乳化生物质燃油在活塞环-缸套摩擦副往复运动过程中的摩擦磨损特性.借助扫描电子显微镜及附带的能谱、X射线光电子能谱仪等分析测试手段考察了磨痕表面形貌及元素组成与含量、主要元素化学状态,探讨了摩擦磨损机理.结果表明,在微乳化生物质燃油润滑条件下,活塞环-缸套之间的摩擦系数和它们的磨损量均随着往复运动频率增加而增大,微乳化生物质燃油减摩性较0#柴油好,耐磨性比0#柴油差;摩擦磨损的机理归于微乳化生物质燃油中的极性基团如羧基(—COOH)易于吸附在摩擦副表面起到边界润滑作用,而乳化燃油中酸性物质在摩擦过程中加大了对摩擦表面的腐蚀,同时摩擦表面形成的Fe2O3氧化膜在摩擦力作用下脱落并充当磨粒,从而使磨损加剧.

多沟槽水润滑橡胶合金轴承润滑特性研究
周广武, 王家序, 王战江, 韩彦峰, 蒲伟
2013, 33(6):630-637.
[摘要](1229) [PDF 1029KB](1798)
摘要:
建立了考虑多沟槽润滑结构和实际工况边界条件的水润滑橡胶合金轴承弹流润滑数学模型,数值计算了有无沟槽以及沟槽半径对润滑性能的影响.计算结果表明:沟槽对水润滑橡胶合金轴承润滑性能影响显著,即在沟槽处膜厚较大,压力较低,而在承载区膜厚较小,压力较高,周向方向上压力分布不连续,并且在最小膜厚处轴向方向的入口和出口附近出现了两个压力峰值;水膜压力和最小膜厚均随沟槽半径的增大而减小;承载能力随偏心率增大而增大,随沟槽半径和过渡圆弧半径的增大而减小;摩擦系数随转速增大而略有增大,随沟槽半径的增大显著增加.

柔性多体系统中间隙铰接副的磨损预测
赵波, 戴旭东, 张执南, 谢友柏
2013, 33(6):638-644.
[摘要](1077) [PDF 1245KB](1857)
摘要:
通过集成磨损计算与柔性多体动力学,对柔性系统中间隙铰接副部位的磨损进行了预测.基于绝对节点坐标方法(ANCF)建立了柔性部件的多体动力学模型,引入连续接触力模型计算间隙铰接副部分的接触力,并采用Archard磨损模型的迭代磨损计算程序预测磨损.为了得到在不同接触情况下的磨损系数,本文中采用了径向基神经网络处理试验数据.通过对含柔性连杆的曲柄滑块机构进行仿真计算,发现当考虑部件的柔性时,得到的间隙处的冲击力大幅降低,且预测的磨损量也略有降低,这种区别会随着仿真时间的增加而变得更加明显.

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