2014年34卷5期

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ZrO2/rGO多层复合薄膜的构筑及其摩擦学性能研究
密永娟, 杨志刚, 王赵锋, 王金清, 杨生荣
2014, 34(5):477-481.
[摘要](1080) [PDF 1052KB](1649)
摘要:
将层层自组装(LBL)技术与原位还原过程相结合在单晶硅片表面成功构筑了与基底结合牢固、性能优异的氧化锆/还原氧化石墨烯(ZrO2/rGO)多层纳米复合薄膜. 试验中,引入了具有强附着性和还原性的物质-多巴胺,使得氧化石墨烯(GO)片的表面锚固和原位还原可以一步完成. 另外,ZrO2 粒子的表面组装通过简单、温和的溶液沉积过程来实现.结果证明:复合薄膜中rGO和ZrO2的引入以及多层结构的构筑赋予复合薄膜许多优异的性能. 在不进行热处理的情况下,所构筑的ZrO2 /rGO多层薄膜表现出优异的力学性能(硬度:11.54 GPa)和摩擦学性能(摩擦系数:0.12~0.17),可作为减摩抗磨涂层被用于微/纳机电系统(MEMS/NEMS)的表面保护和其他领域.

植物根土界面摩擦力的影响因素研究
曹云生, 陈丽华, 刘小光, 杨苑君
2014, 34(5):482-488.
[摘要](1075) [PDF 686KB](1647)
摘要:
为探索影响林木根系与土壤界面摩擦力的因素,采用施加拔出荷载的方式对林木根系进行单根拔出试验.结果表明:根系与土壤界面的摩擦力随根系直径和埋深的增加而呈线性规律增大;平均摩擦力的大小随土壤含水率的增加呈现先增大后减小的规律;摩擦力随加载速率的增加而减小;不同树种的根系与土壤摩擦力和摩擦系数差异显著,平均摩擦力大小表现为白桦>落叶松>蒙古栎>油松,平均摩擦系数表现为落叶松>蒙古栎>白桦>油松.

不同基体高铝青铜等离子喷焊层组织与摩擦磨损机理
何艳艳, 李文生, 吴学军, 王大锋, 杨效田, 何玲
2014, 34(5):489-496.
[摘要](1001) [PDF 1697KB](1457)
摘要:
采用等离子喷焊技术在不同基体上制备耐磨高铝青铜喷焊涂层,研究喷焊层与基体之间元素扩散对喷焊层组织的影响,并在室温条件下采用销-盘式摩擦磨损试验机考察喷焊层的摩擦磨损性能,进而分析喷焊层的磨损机理.结果表明:三种基体喷焊层在干摩擦条件下摩擦磨损机理存在明显差异,45钢基体喷焊层中团聚状k相易与对摩件发生黏着,脱落成为磨粒,导致严重的磨粒磨损,摩擦系数大;ZQAl9-4铝青铜基体喷焊层中脆性共晶组织(α+γ2)呈网状分布,断裂韧性对材料的磨损起支配作用,主要磨损机制为疲劳磨损与磨粒磨损;T3紫铜基体喷焊层中k相呈细小梅花状,均匀分布在固溶度较大的β'相中,涂层抵抗弹性变形能力提高,疲劳磨损机制得到抑制,摩擦系数小.

单点修整工具磨损对砂轮磨削表面的影响
刘月明, 李建勇, 沈海阔, 智少丹
2014, 34(5):497-503.
[摘要](1142) [PDF 1945KB](1506)
摘要:
在磨削加工过程中,砂轮表面的切削刃分布情况与磨削工件表面特征直接相关,而砂轮表面特征又与修整过程相联系,为研究单点金刚石笔的磨损和修整参数对磨削工件表面的影响,利用数值模拟和试验测量的方法揭示了砂轮修整及磨削过程,在修整重叠率为3时,讨论了修整参数与工件表面形貌特征的关系,并获得金刚石笔的磨损对磨削表面的影响.结果表明:金刚石笔初期修整阶段,磨削工件表面的峰谷分布明显具有规律性,其0.12 mm的变化周期完全为修整导程的复映;金刚石笔磨损后,工件截面曲线特征的规律性减弱,测量的表面粗糙度由0.52 μm减小到0.38 μm,最后导致工件表面烧伤;若调整修整导程保持原重叠率,则表面粗糙度增大为0.81 μm.

硅藻壳孔状结构的摩擦学性能研究
孟凡明, 高贵响, 王雪丽
2014, 34(5):504-511.
[摘要](1069) [PDF 4813KB](1355)
摘要:
鉴于硅藻壳精细的孔状结构和良好的力学性能,选取较为典型的圆筛藻为研究对象,对其摩擦学性能进行了流固耦合分析(FSI).首先建立了圆筛藻壳壁的三维模型,然后应用计算流体动力学理论分析了圆筛藻壳不同孔径、孔深、孔距和速度下,其承载力(抵抗水压的能力)、摩擦力和摩擦系数等性能,并将该结构与无孔结构性能对比.结果表明:相对于无孔壳,硅藻壳的精细孔状结构可以增大其承载力,减小其与水环境间的摩擦.且在选取的尺寸范围内,随着硅藻壳体孔径或孔深的增大,其承载力增大,摩擦系数减小.

考虑空化影响的水润滑橡胶合金轴承冲蚀磨损研究
潘阳, 王家序, 王飞, 邓海峰, 崔洪斌, 李金明
2014, 34(5):512-522.
[摘要](1535) [PDF 3568KB](1865)
摘要:
用计算流体力学方法,数值模拟水润滑轴承空化-冲蚀交互作用时气液固三相流场的动力学特性(压力场、速度场、气含率分布),然后在水润滑轴承摩擦磨损装置上,进行试件磨损试验,并观察试件表面形貌.结果表明:考虑空化影响后,水润滑轴承整个流场压力分布更接近实际;数值模拟所得的流场压力、速度、气含率最大值,均出现在发生空化的位置附近,其余位置基本不变,说明交互磨损比单一磨损严重.观察试件表面磨痕,存在短程犁沟、空蚀针孔、麻点状气蚀坑和蚀坑,磨痕呈现规律性,磨痕与轴转速的方向基本一致.试验结果和数值计算吻合较好,证明了理论分析的正确与合理.上述仿真与试验初步探讨了水润滑轴承空化与冲蚀交互作用的磨损机理与影响因素.

多层石墨烯水分散体系的摩擦磨损性能研究
乔玉林, 赵海朝, 臧艳, 张庆
2014, 34(5):523-530.
[摘要](1161) [PDF 973KB](1973)
摘要:
采用液相超声直接剥离法制备了不同厚度的纳米石墨烯片,用SEM、TEM对其形貌进行了表征,利用多功能往复摩擦磨损试验仪考察了石墨烯水分散体系的摩擦磨损性能.通过SEM、EDS、XPS等手段,分析了磨损表面的形貌、元素组成和典型元素的化学状态,初步探讨了石墨烯水分散体系的润滑机理.结果表明:所制备的石墨烯为厚度不一的多层石墨烯混合物,厚度范围为10~180 nm;石墨烯作为水基添加剂具有良好的减摩抗磨性能,使纯水的磨损机理发生转变,由严重的黏着磨损和腐蚀磨损转变为磨粒磨损,主要原因是在石墨烯水分散体系润滑下,磨损表面形成吸附减摩层和摩擦化学反应膜,两者协同作用,抑制Fe的氧化,减轻摩擦磨损.

Si过渡层类金刚石薄膜界面优化及其性能研究
王军军, 蒲吉斌, 张广安, 王立平
2014, 34(5):531-537.
[摘要](1116) [PDF 946KB](1488)
摘要:
本文中利用等离子体化学气相沉积法,制备了具有Si过渡层的DLC薄膜.利用俄歇深度分析的方法,研究了Si 过渡层沉积条件如电压、气压和气源对Si过渡层的影响;利用薄膜应力分布测试仪和划痕仪,研究了不同沉积条件下制备的Si 过渡层对类金刚石薄膜内应力和附着力特性的影响;利用摩擦磨损仪,分析比较了薄膜的摩擦性能.研究表明:DLC薄膜与基底之间形成(Fe+Si+O混合层)/Si/(Si+C混合层)过渡层.过渡层制备过程中,气压、电压和Ar/SiH4比例升高,会导致过渡层中Si层厚度的减小.这种过渡层在一定范围内提高了DLC薄膜与基体之间的结合力,缓解了因薄膜与基底间不匹配而产生的应力.在大气环境下,优化的DLC薄膜与GCr 15钢对偶的摩擦系数及磨损率可低至0.02和8.2×10-14 m3/(N·m).

冲击接触加载下人体天然牙的磨损行为研究
闻健, 郑靖, 郑良, 周仲荣
2014, 34(5):538-542.
[摘要](1022) [PDF 950KB](1269)
摘要:
在自制的小载荷冲击磨损试验机上,对离体人牙进行了不同循环次数的冲击加载试验,结合微观分析,研究了人体天然牙的冲击磨损行为.结果表明:人牙表面的磨损体积随冲击次数增加呈非线性增大.在冲击磨损初期,人牙表面呈现轻微塑性变形;随着时间增长,磨损表面出现剥落,磨损加剧;随着时间继续增长,磨损表面形成磨屑层,磨损速率减缓.研究还发现,人牙磨损表面硬度随冲击次数增加而增大.

高压干气密封扭转变形结构因素影响分析
许静, 彭旭东, 白少先, 孟祥铠, 李纪云
2014, 34(5):543-552.
[摘要](1131) [PDF 4936KB](1546)
摘要:
基于圆环理论以及气体润滑理论,以复杂截面机械密封环为研究对象,建立密封扭转变形无量纲分析模型;提出了干气密封端面膜压引起端面扭转变形的计算方法,并基于该法,采用多因素优化法研究密封环结构和辅助密封圈安放位置等因素对其扭转变形的影响规律,以期使结构影响规律化.结果表明:采用解析法与集中法计算膜压扭转变形是可行的;各结构参数对扭转变形的影响规律及程度不同;扭转角随台阶半径比π2、长度比π3、O型圈位置的长度比π5的增大而增大,随宽度比π4、内径ri的增大而减少;扭转角在π4≤3.5时随长宽比π1的增大而减小,当π4>3.5时,随π1的增大先增大后减小,在π1=2~3间形成最大值;π1值相比π2值,对扭转角影响不大;相比π1π2π3π4的影响,riπ5影响较小,相比密封结构,O型圈位置影响较小.

表面形貌对滑动接触界面摩擦行为的影响
杨本杰, 刘小君, 董磊, 王伟, 刘焜
2014, 34(5):553-560.
[摘要](1282) [PDF 2222KB](1290)
摘要:
为了研究表面形貌对拉延形成的滑动接触界面摩擦行为的影响,设计了一种新型的摩擦试验装置.在油润滑条件下,针对具有单向沟槽、规则圆形凹坑和随机表面的铝合金试样,以不同滑动速度与接触压力进行一系列摩擦试验.利用非接触式三维轮廓仪测量出试验前后试样的三维表面形貌参数,并选取表面高度算术平均偏差Sa,表面支承指数Sbi,中心区空体体积Vvc和谷区空体体积Vvv来分析滑动接触界面表面形貌的变化规律.结果表明:规则圆形凹坑表面比单向沟槽表面和随机表面具有较低的摩擦系数;在相对低的接触压力下,3种表面的摩擦系数随着接触压力的增大而减小,但在高的接触压力下,3种表面的摩擦系数随着接触压力的增大而增大;在接触压力一定的情况下,3种表面的摩擦系数对滑动速度有显著依赖性;表面形貌、滑动速度和接触压力是影响滑动接触界面摩擦行为的重要因素.

PFPE脂润滑2Cr13钢摩擦副的真空摩擦磨损行为研究
杨剑群, 刘勇, 王黎钦, 何世禹
2014, 34(5):561-569.
[摘要](1046) [PDF 2201KB](1459)
摘要:
利用销-盘式摩擦磨损试验机对PFPE脂润滑2Cr13钢摩擦副进行了不同滑动时间的真空滑动摩擦磨损试验.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分别对磨损表面的形貌、化学状态及润滑脂的结构和成分进行了系统分析.结果表明:随着滑动时间的增加,由微切削磨损、轻微腐蚀磨损向严重腐蚀磨损、轻度局部剥落继续向严重黏着磨损、严重局部剥落的严重复合磨损转变.在真空摩擦过程中PFPE润滑脂主要以物理退化为主,即润滑脂中基础油和增稠剂的相对比例发生变化.同时,PFPE润滑脂与2Cr13钢在摩擦过程中发生化学反应,生成具有催化作用的FeF3.但由于所生成的FeF3量较少,并未使PFPE润滑脂发生化学降解.

等离子喷涂镍基合金涂层内聚强度的截面划痕表征
于鹤龙, 张伟, 郭永明, 魏敏, 宋占永
2014, 34(5):570-577.
[摘要](1032) [PDF 2053KB](1265)
摘要:
制备了3类不同成分的等离子喷涂NiCrBSi涂层,利用截面大载荷划痕测试方法表征了涂层内聚结合强度,评价了涂层在油润滑条件下的滑动磨损行为,讨论了涂层内部残余应力、显微硬度、内聚强度与涂层耐磨性之间的内在关联.结果表明:在本文所用涂层沉积与划痕测试条件下,NiCrBSi涂层内聚强度的高低次序为Ni25>Ni35>Ni45,涂层显微硬度的高低次序与喷涂原始粉末硬度次序同为Ni25Ni35>Ni45;NiCrBSi涂层在低载荷条件下的磨损失效形式主要为磨粒磨损,随着载荷增加,涂层内部微小孔隙、裂纹等缺陷在残余拉应力和摩擦剪切力作用下诱发裂纹扩展并引发材料剥落,使疲劳剥落主导了涂层的磨损失效.

壳层形态对核/壳结构PS/SiO2复合磨料抛光性能的影响
赵晓兵, 李志娜, 钱程, 陈杨
2014, 34(5):578-585.
[摘要](1154) [PDF 2133KB](1059)
摘要:
以聚苯乙烯(PS)微球为内核,通过控制正硅酸乙酯的水解过程制备具有不同壳层形态的核/壳结构PS/SiO2复合磨料,应用于二氧化硅介质层的化学机械抛光,借助AFM测量抛光表面的形貌、轮廓曲线及粗糙度.SEM和TEM结果显示:碱性水解条件下,复合磨料的壳层由SiO2纳米颗粒组成(非连续壳层);酸性条件下,复合磨料的壳层则呈无定型网状(连续壳层).抛光对比试验结果表明:复合磨料的PS弹性内核有利于降低表面粗糙度并减少机械损伤,SiO2壳层则有利于提高材料去除率,复合磨料的核/壳协同效应对于提高抛光质量具有主要影响.相对于非连续壳层复合磨料,具有连续壳层的PS/SiO2复合磨料能够得到更低的抛光表面粗糙度值(RMS=0.136 nm),且在抛光过程中表现出了更好的结构稳定性.然而,PS/SiO2复合磨料的壳层形态对抛光速率的影响则不明显.

Ti对镍基高温自润滑复合材料力学和摩擦学性能的影响
甄金明, 李斐, 朱圣宇, 乔竹辉, 杨军
2014, 34(5):586-591.
[摘要](874) [PDF 2023KB](1395)
摘要:
本文中采用热压烧结技术制备了镍基高温自润滑复合材料,研究了镍基合金基体中添加少量Ti对复合材料力学与高温摩擦学性能的影响.研究结果显示:两者的摩擦系数整体较低,添加少量Ti后,复合材料的硬度提高,室温弯曲强度明显降低,室温压缩强度基本不变,摩擦系数总体上略有降低,抗磨性能提高.摩擦机理方面,两者基本相同.

宽温域固体自润滑涂/覆层材料的研究进展
陈建敏, 卢小伟, 李红轩, 周惠娣
2014, 34(5):592-600.
[摘要](1172) [PDF 1351KB](1501)
摘要:
随着国防、航空、热核等高新科技的迅速发展,对润滑材料的研发也提出了更高的要求:不仅要求材料在高温下具有优异的减摩耐磨性能,同时要求材料在室温到高温宽温域范围内均具有良好的摩擦磨损性能.因此研制从室温到高温宽温域内均具有良好摩擦学性能的涂/覆层材料意义重大.在综合国内外大量文献的基础上,对宽温域固体自润滑涂/覆层材料的结构设计和性能研究进行了综述,并提出了未来一段时间内宽温域固体自润滑涂/覆层材料的发展趋势.

四种不同形状微粒的摩擦学性能研究
王泽, 周明, 叶霞, 杨晓红, 雷卫宁, 姜燕
2014, 34(5):678-683.
[摘要](838) [PDF 1079KB](1139)
摘要:
为了减少润滑液对石油的依赖,发展环境友好水基润滑液,本文通过在蒸馏水中加入螺旋藻、白葡萄球菌、寡核苷酸和丝素四种水溶性微粒来改善水的摩擦学特性.采用原子力显微镜和扫描电子显微镜对螺旋藻、白葡萄球菌、寡核苷酸和丝素进行结构表征;采用微摩擦试验仪对蒸馏水和四种水基润滑液摩擦性能进行了评价,采用流变仪对其流变性进行了评价.结果表明:①螺旋藻结构为螺旋状,白葡萄球菌为球状,寡核苷酸和丝素为线状;②螺旋藻的减摩效果最好,白葡萄球菌次之,最后是寡核苷酸和丝素;随着载荷增大蒸馏水摩擦系数减小,四种水基润滑液摩擦系数均增大;随着滑动速度增大摩擦系数均减小;③蒸馏水中添加微粒后仍为牛顿流体,但黏度增大.通过对机理进行分析,认为螺旋藻减摩效果最好是由于表面的螺旋结构能够产生足够大的滑动摩擦力,容易克服滚动阻力偶使微粒滚动起来;载荷增大四种水基润滑液摩擦系数均增大是微粒滚动阻力偶增大造成的;滑动速度增大四种水基润滑液摩擦系数均减小是微粒聚集体逐渐被分解造成的.

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