2014年34卷3期

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水深对POM摩擦学性能的影响
陈松, 高万振, 段海涛
2014, 34(3):225-232.
[摘要](1223) [PDF 2070KB](1277)
摘要:
本文中以聚甲醛(POM)作为摩擦副材料,与不锈钢(0Cr17Ni12Mo2)配对,研究了POM在0~300 m不同模拟水深(去离子水)中的摩擦磨损性能,并与大气压下干摩擦进行对比,试验目的主要是探寻水深变化引起的水环境压力变化对POM材料摩擦磨损性能的单因素影响.采用白光共焦三维轮廓仪与扫描电子显微镜对试验前后的表面形貌进行测量与分析.结果表明:模拟水深对POM磨损深度及POM/0Cr17Ni12Mo2摩擦副的摩擦系数有较大影响,且有明显规律;在0~300 m模拟水深(去离子水)范围内,随着模拟水深深度的加大,POM的磨损深度和POM/0Cr17Ni12Mo2摩擦副的摩擦系数均有所减少;模拟水深对试样摩擦后的表面粗糙度无明显影响;对主导的磨损机理无明显影响.

三种钢轨材料与车轮匹配时滚动磨损与损伤行为
丁昊昊, 付志凯, 郭火明, 周琰, 王文健, 刘启跃
2014, 34(3):233-239.
[摘要](1195) [PDF 1511KB](1562)
摘要:
利用WR-1轮轨滚动磨损试验机研究了U71Mn、PD3、PG4三种钢轨与AAR-B车轮材料匹配时的滚动磨损与损伤性能.结果表明:不同钢轨材料的微观组织结构明显不同,钢轨硬度对轮轨滚动摩擦系数基本无影响;随钢轨硬度增加,钢轨磨损率减小,车轮磨损率增大,轮轨系统总磨损率先减小后增大.随试验时间增加,不同钢轨试样的硬化率趋于一致,车轮试样硬化率随钢轨试样硬度的增加而变大,轨轮硬度比随试验时间增加趋于相同.钢轨材料对轮轨试样表面损伤形貌有一定影响,随钢轨硬度增加轮轨表面犁沟现象明显,钢轨试样表面剥落损伤减轻且塑性变形层变薄,出现了明显的疲劳裂纹损伤,钢轨硬度增加导致车轮试样表面剥落加重且塑性变形层变厚;轮轨试样表层出现明显的白层现象,且车轮试样的白层更厚.

环境气氛与温度对钴基碳化钨超音速火焰喷涂(HVOF)层磨损行为的影响
耿哲, 段德莉, 刘阳, 李曙
2014, 34(3):240-247.
[摘要](1174) [PDF 1370KB](1313)
摘要:
采用球/盘试验机研究WC-12Co和WC-17Co超音速火焰喷涂(HVOF)层在大气和Ar气环境中室温至650 ℃的磨损行为,结合磨痕形貌的SEM观测、成分的EDX和氧化物相的Raman光谱分析,探索涂层氧化和磨损的相互关系.结果表明:氧在WC-Co涂层的磨损过程中发挥至关重要的作用.在大气环境中,WC-Co涂层在室温至550 ℃形成的氧化物能减轻磨损,属氧化抑制磨损;650 ℃时氧化剧烈,涂层磨损严重,属氧化加速磨损.在Ar气环境中,WC-Co涂层在室温至550 ℃范围内的磨损严重程度远高于大气环境中试验的结果;由于高温下磨痕表面仍会生成少量氧化物,致使涂层的体积流失量呈现随温度升高而下降的特征;650 ℃时涂层的强烈氧化受到抑制,使其体积流失量甚至低于大气环境中的损失量.因此,乏氧环境中WC-Co涂层无论是在常温还是高温条件下均不宜作为耐磨涂层应用.

有限氧化物粉末润滑下Ti3SiC2自配副在空气中的摩擦系数-温度特性
海万秀, 曾俊菱, 任书芳, 孟军虎, 吕晋军
2014, 34(3):248-255.
[摘要](1348) [PDF 1289KB](1301)
摘要:
以传统固体润滑剂石墨和MoS2为基准,考察了PbO、ZnO、NiO和TiO2等氧化物粉末有限润滑下Ti3SiC2自配副在空气中从室温到800 ℃的摩擦系数-温度特性.结果表明:石墨和MoS2可大幅降低Ti3SiC2自配副的摩擦系数,但石墨的使用温度范围较窄且最高使用温度较低(200 ℃以下);MoS2使用温度虽较宽,但在500 ℃以上会发生氧化失效.与石墨和二硫化钼的摩擦系数相比,虽然氧化物粉末的润滑性较差,但在不同温度范围具有固体润滑作用.从室温至600 ℃范围内PbO粉末润滑性最好;700 ℃以上,TiO2和NiO具有一定减摩作用.石墨、MoS2和氧化物粉末的润滑机理与粉末的成膜性、膜的剪切和膜的化学稳定性有关.

曲率半径对车轮滚动接触疲劳性能的影响
何成刚, 周桂源, 王娟, 文广, 王文健, 刘启跃
2014, 34(3):256-261.
[摘要](1213) [PDF 1205KB](1493)
摘要:
滚动接触疲劳和磨损是铁路轮轨损伤的主要问题.本文中应用赫兹接触理论,在JD-1型轮轨模拟试验机上,通过改变试验冲角,研究了干态工况下曲率半径对车轮钢滚动接触疲劳性能的影响,并用光学显微镜和扫描电子显微镜观察车轮试样剖面与磨痕表面交界处的疲劳裂纹,分析不同曲率半径条件下车轮的滚动接触疲劳机理.结果表明:由于加工硬化的作用试验后所有试样的硬度均有提高;随着曲率半径的减小,车轮钢的磨损量增大,塑性流变层增厚且不均匀,车轮试样疲劳裂纹扩展加剧;裂纹在交变应力作用下容易继续向下扩展,从而形成严重的疲劳破坏.

高铼酸钙与PETE基础油的复配及其宽温度范围减摩性能
刘阳, 王俊海, 刘林林, 李曙
2014, 34(3):262-267.
[摘要](1153) [PDF 932KB](1459)
摘要:
优选出将Ca(ReO42粉末长期稳定分散在季戊四醇脂(PETE)基础油中的表面活性剂体系及其含量,制备出含Ca(ReO42成分的PETE复配油品.考察了油品从室温到600 ℃对Si3N4球/GH128盘摩擦副的润滑能力.结果表明:OP-10加SDS的表面活性剂体系具有超过90天的稳定分散效果,Ca(ReO42质量百分数为0.5%~1.0%的PETE复配润滑油,在宽温度范围具有良好的减摩效果,全程摩擦系数保持在0.15~0.25.讨论了从油润滑平稳过渡到固体薄膜润滑的混杂润滑模式的作用机理.

端铣Ti40阻燃钛合金的刀具磨损破损形态及其机理
吕东升, 徐九华, 丁文锋, 傅玉灿, 严凯
2014, 34(3):268-277.
[摘要](1025) [PDF 2110KB](1196)
摘要:
分别采用油冷和低温喷雾射流冷却方法开展了涂层硬质合金刀具端铣Ti40阻燃钛合金试验,结合铣削力和铣削温度,对刀具磨损破损形态及其磨损机理进行了系统研究.结果表明:涂层硬质合金刀具在铣削Ti40阻燃钛合金时主要磨损形式为前刀面月牙洼磨损和后刀面边界磨损;前后刀面破损形态主要表现为涂层贝壳状剥落、裂纹和微崩刃.磨损机理主要是黏结磨损、磨粒磨损、氧化磨损及疲劳破损的综合作用.铣削高温是造成硬质合金刀具快速磨损的主要原因.低温喷雾射流冷却方式明显降低了铣削温度,减轻了刀具黏结磨损、氧化磨损,同时抑制了刀具边界磨损的发展速度,因而大幅度提高了刀具的耐用度.

接触共振频率与摩擦噪声频率之间关系的试验研究
王冀军, 陈光雄
2014, 34(3):278-284.
[摘要](1135) [PDF 840KB](1266)
摘要:
在金属往复滑动试验机上用2种尺寸不同和结构略有差别的球-平面摩擦副系统,对接触共振与摩擦噪声的相关性进行了试验研究.结果表明:摩擦系统的接触共振频率非常接近于摩擦噪声频率,两者相对误差不大于2%~5%.对发生尖叫噪声的磨痕形貌进行SEM扫描电镜分析发现:摩擦噪声的发生与摩擦过程中微凸体之间的锤击相互作用有着密切的联系,通过接触共振试验可以辨识实际滑动摩擦系统中最容易发生摩擦噪声的模态频率.

葫芦[7]脲作为水基润滑添加剂的摩擦学性能研究
宋增红, 姚美焕, 梁永民, 凡明锦, 周峰
2014, 34(3):285-290.
[摘要](1040) [PDF 1256KB](1985)
摘要:
合成了葫芦[7]脲化合物,用核磁共振、元素分析和红外光谱对其结构进行了表征,用同步热分析仪测定了其热稳定性,在SRV-IV摩擦磨损试验机上评价了其作为水及水/乙二醇润滑体系的添加剂在室温下对钢/钢摩擦副的润滑性能,用X射线光电子能谱仪(XPS)研究了其润滑机理.结果表明:葫芦[7]脲具有非常优异的热稳定性能、初始热分解温度在360 ℃以上;作为水基润滑体系的添加剂能有效地提高体系的减摩抗磨性能,使得体系的摩擦系数由0.30左右降低到0.20左右,磨损率降低50%;根据XPS分析结果,我们推测其优异的润滑性能主要归因于葫芦[7]脲通过羰基氧原子与摩擦副表面带正电荷的金属离子之间的静电作用吸附在磨损表面而形成的物理吸附膜.

典型微藻生物油的润滑性能和作用机理研究
徐玉福, 胡献国, 俞辉强, 胡立人
2014, 34(3):291-296.
[摘要](1239) [PDF 1147KB](1249)
摘要:
鉴于对生物质能源的需求日益增长,将典型微藻生物油添加到CD 15W-40柴油机油中实现部分替代.采用四球摩擦磨损试验机考察了生物油的润滑性能,利用现代表面分析技术探讨了其作用机理.结果表明:微藻生物油有很好的润滑效果;随柴油机油中生物油添加量的增大,摩擦系数逐渐降低、钢球磨斑直径先减小后增大;当生物油的添加质量百分数为10%时,柴油机油的摩擦学性能较优.其中,利用La2O3催化液化制备的生物油的润滑性能优于直接液化制备的生物油,能显著降低摩擦系数和钢球磨斑直径.就润滑机理而言,润滑油中的含C、N有机物在摩擦副接触表面吸附、沉积形成润滑膜,同时摩擦副滑动表面经摩擦化学反应生成由Fe2O3和FeN组成的保护膜,从而起到良好的润滑防护作用.相关研究结果可望为拓展生物油的应用提供参考.

不同润湿性锡青铜表面摩擦特性实验研究
严诚平, 王莉, 王权岱, 徐华, 郝秀清, 郭方亮
2014, 34(3):297-303.
[摘要](1206) [PDF 1378KB](2194)
摘要:
运用微细掩膜脉冲电解加工在锡青铜表面制备了不同直径和面积率的微结构,并辅以低表面能处理得到了不同润湿性表面;采用接触角测量仪表征了润滑油的润湿性能;使用球-盘式摩擦磨损试验机研究了油润滑时不同润湿性锡青铜表面的摩擦学特性,并采用扫描电镜观察表面磨损形貌.研究结果表明:低表面能处理后的结构化试样具备疏油性,且其疏油性随着微结构密度增加而增加;与未经润湿性处理表面相比,低润湿性光滑表面和结构化表面摩擦系数最大降幅分别为21.2%、33.6%,磨损率降幅分别为17.3%、4.9%;在3 N载荷、球-面接触副条件下,所制备的4种不同直径微结构中,微结构直径小于30 μm时,面积率为4.9%或当直径大于等于30 μm时,面积率为8.7%的低润湿性表面减摩效果最好.

基于微观分析的火炮挡弹装置磨损失效机理研究
杨艳峰, 郑坚, 狄长春, 吴向东, 崔凯波
2014, 34(3):304-310.
[摘要](1144) [PDF 1404KB](1383)
摘要:
针对PCrMo钢在火炮上应用较多但因零部件磨损失效造成系统故障不断的问题,利用现有摩擦磨损微观分析方法和技术,对在火炮射击及训练等特殊工况下,零部件磨损失效机理及规律进行研究.以挡弹装置中的挡弹板轴为研究对象,利用显微硬度计及扫描电镜对零件表面和剖面进行硬度测量与结构组织微观分析,结果表明零件表面磨损区域硬度明显高于未磨损区域,且磨损区域表层剖面硬度增大;依据表面形貌可将磨损区域划分为以剥落为主的初始磨损区、以切削为主的中间磨损区和磨损较轻的末端磨损区.零件磨损失效机理为以冲击滑动耦合磨损和磨粒磨损为主的磨损机制造成表面材料的损失累积与加工硬化.

酚醛纤维增强纸基摩擦材料的性能研究
张海娥, 付业伟, 李贺军, 张翔, 王欢欢
2014, 34(3):311-318.
[摘要](1107) [PDF 1111KB](2127)
摘要:
采用湿式成型工艺制备出5种不同酚醛纤维含量的纸基摩擦材料,研究了酚醛纤维含量对纸基摩擦材料各项性能的影响.通过力学试验机测试了材料剪切强度和压缩-回弹性能,利用同步热分析仪和湿式摩擦试验机测试了材料热性能及摩擦磨损性能,通过扫描电镜观察材料摩擦表面和剪切断裂面的微观形貌.结果表明:随着酚醛纤维含量的增加,材料层间剪切强度逐渐提高,而压缩率变化较小,回弹率先增大后减小;材料耐热性随酚醛纤维含量的增加而降低;随着酚醛纤维含量的增加,磨损率逐渐降低,同时摩擦系数保持稳定.

石墨添加量对Fe-Ti-V-C熔覆层组织及耐磨性的影响
张辉, 邹勇, 邹增大, 郝玉林
2014, 34(3):319-324.
[摘要](1102) [PDF 1106KB](1896)
摘要:
通过激光熔覆在低碳钢表面获得Fe-Ti-V-C铁基熔覆层,利用X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计和磨粒磨损试验机,分析比较了熔覆粉末中不同的石墨添加量对Fe-Ti-V-C熔覆层物相组成、硬度和耐磨性的影响.结果表明:熔覆层中碳化物为均匀分布的TiVC2和VC.TiVC2呈多角块状或枫叶状,VC呈小块状或细长条状,且碳化物数量随石墨加入量的增加而增加.熔覆粉末中石墨添加量过多时,熔覆层中出现残余奥氏体.一定范围内,熔覆层的硬度与耐磨性随石墨加入量的增加呈现先显著提高后降低的趋势.进行多层熔覆时存在回火软化现象,且熔覆层硬度越高回火软化现象越明显.

新型含噻二唑有机硼酸酯在锂基脂中的极压抗磨性能及作用机理研究
赵彩松, 张雅文, 李建昌, 任天辉, 赵屹东
2014, 34(3):325-332.
[摘要](1041) [PDF 777KB](1525)
摘要:
合成了两种含噻二唑有机硼酸酯添加剂,利用元素分析、红外光谱和质谱对分子结构进行了表征.对两种化合物的热稳定性进行了考察,发现其具有良好的热稳定性.利用四球式摩擦磨损试验机考察了化合物作为锂基润滑脂添加剂的摩擦磨损性能,结果表明:这两种杂环硼酸酯添加剂能大幅度提高锂基润滑脂的承载能力,并具有良好的抗磨减摩性能,是一类性能优异的新型高效润滑脂添加剂.采用软X射线吸收精细结构光谱(XANES)和X射线光电子能谱(XPS)对这两种添加剂的摩擦学机理进行了初步探讨,结果显示钢球磨损表面形成了含氧化硼、铁的硫化物、铁的氧化物、硫酸亚铁以及有机含氮络合物等多组分的混合边界润滑膜,从而使润滑剂的极压性能和抗磨性能得到明显的改善.

碳纤维织物/环氧复合材料油润滑下摩擦学性能
周先辉, 孙友松, 王万顺
2014, 34(3):333-340.
[摘要](1242) [PDF 1297KB](1689)
摘要:
采用半干法制备碳纤维织物增强环氧树脂基自润滑复合材料,研究钢背衬复合材料与45钢在环-环端面浸油润滑状态下的摩擦学特性,考查载荷、速度和碳织物类型对复合材料摩擦磨损性能的影响,并采用扫描电子显微镜对复合材料及偶件磨损表面进行观察与分析.结果表明:轻载高速启动可显著提高单向碳织物/环氧复合材料的摩擦磨损性能,边界润滑状态下的碳织物/环氧复合材料主要表现出黏着磨损特性,对偶钢环上出现的网状转移膜大大改善了材料的摩擦学性能;平纹碳织物/环氧复合材料因表面织物纹理使得润滑油能深入到摩擦表面各区域,在重载下表现出较低的摩擦系数.

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