2014年34卷6期

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海水环境中环氧值对环氧树脂涂层摩擦学性能的影响研究
陈颢, 伍方, 赵文杰, 曾志翔, 乌学东, 薛群基
2014, 34(6):601-607.
[摘要](1217) [PDF 2463KB](1254)
摘要:
环氧树脂是一类具有优异的粘接、耐腐蚀和电气绝缘等性能的高强度热固性高分子材料,在黏结剂、防腐涂料和复合材料方面展现出广阔的应用前景,其摩擦学行为与环氧值密切相关.本研究中采用线棒涂布器在铸铁表面分别制备了3种具有不同环氧值的环氧树脂涂层.借助傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、纳米压痕仪、热重/差热综合热分析仪(TG/DTA)、UMT-3摩擦磨损试验机和表面轮廓仪研究了涂层的结构、硬度、耐热性及摩擦学性能.研究结果表明:涂层在干燥条件和海水环境中的摩擦系数和磨损率均随环氧值的增大而升高;海水环境中涂层的摩擦系数和磨损率均较干燥条件下低.涂层的磨损机理在干燥条件下包括了疲劳磨损、黏着磨损和磨粒磨损,而在海水中仅为疲劳磨损.本研究成果为高性能防腐耐磨涂层的设计与应用提供理论指导.

偏压对CrN涂层结构与海水环境摩擦学行为的影响
郭峰, 王永欣, 薛群基, 王立平
2014, 34(6):608-616.
[摘要](1085) [PDF 1726KB](1229)
摘要:
利用多弧离子镀技术在M2高速钢和p(100)单晶硅片上用不同偏压条件分别制备了4种CrN涂层,考察了涂层的显微结构、力学性能、海水环境中的电化学特性与摩擦学行为,分析了涂层的裂纹形貌与断裂机制.结果显示:交替偏压下制备的多层CrN涂层内部结构致密且硬度与择优取向梯度变化,具有高的膜基结合力(Lc大于150 N),较小的平均晶粒尺寸(70 nm),较高的自腐蚀电位(-0.234 V)和较低的自腐蚀电流(3.052×10-8 A).在海水环境中与直径为3 mm的YG-6(94%WC+6%Co)硬质合金球配副,Hertzian接触应力达到3.47 GPa时,平均摩擦系数低于0.15,磨损率低于1.26×10-15 m3/(Nm),磨痕内没有明显的涂层崩裂失效,耐磨损性能明显优于其余3种CrN涂层.

Fe-Mo-Ni-Cu-石墨高温自润滑复合材料的摩擦学性能研究
郭俊德, 何世权, 马文林, 孟军虎, 王静波, 陆龙
2014, 34(6):617-622.
[摘要](1090) [PDF 1391KB](1250)
摘要:
采用粉末冶金工艺,在Fe-Mo-石墨自润滑复合材料的基础上,制备了添加Ni、Cu两种元素的Fe-Mo-Ni-Cu-石墨高温自润滑复合材料,并在栓-盘式高温摩擦试验机上考察了其在室温、320和450 ℃下的摩擦学性能;采用金相显微镜、XRD和SEM等表征方法,分析了材料金相组织、物相成分和摩擦表面形貌.结果表明:Fe-Mo-石墨自润滑复合材料中添加Ni和Cu元素,可以强化基体,增强材料的力学性能,改善材料的摩擦学性能.在高温摩擦过程中,Fe-Mo-Ni-Cu-石墨高温自润滑复合材料摩擦表面生成的由石墨+CuFe5O8 +Fe3O4+Fe2.6Ni0.4O4组成的复合润滑膜是导致其具有良好高温润滑性的主要原因.

湿式铜基粉末冶金摩擦材料黏着损伤研究
韩明, 杜建华, 宁克焱, 许成法
2014, 34(6):623-630.
[摘要](1053) [PDF 1818KB](1502)
摘要:
通过离合器试验台研究了铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦学性能和黏着损伤特性;采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了表面损伤特征和成分变化.研究了湿式铜基粉末冶金摩擦材料黏着损伤形成发展历程和损伤机理. 结果表明:在高于临界功率密度的试验条件下,出现黏着损伤.黏着损伤初期摩擦材料表面出现大量长度200 μm~1mm的剥落坑;黏着损伤进展期摩擦片表面形成点状、连续分布撕裂坑;黏着失效期对偶片表面出现显著的过铜现象,扭矩曲线波动异常.摩擦材料发生黏着失效前,在低于临界功率密度的条件下,摩擦性能无明显改变,具有可回复性,仍可继续使用.

相变微胶囊改性UHMWPE复合材料的摩擦学性能
潘炳力, 李宁, 杜三明, 孙乐民, 刘继纯, 楚广成, 张永振
2014, 34(6):631-640.
[摘要](1065) [PDF 2422KB](1127)
摘要:
以石蜡为囊芯,蜜胺树脂为高分子囊壁材料,采用原位聚合法制备了相变微胶囊,并将其作为填料添加入超高分子量聚乙烯基体中,制得相变微胶囊改性UHMWPE复合材料. 分析了该复合材料的硬度和物相组成,并研究了其在室温,低速和高速试验条件下的摩擦磨损性能. 结果表明:微胶囊填料的加入可以起到较好的减摩降磨作用,填料的最适宜添加比例为20%,在低速试验条件下经改性的复合材料摩擦系数较纯UHMWPE降低60%以上,高速试验条件下改性后的复合材料耐磨性较之纯UHMWPE有明显提高,不同试验条件下材料呈现不同的磨损机理.

N31型磷酸盐激光玻璃的摩擦磨损性能研究
简清云, 余家欣, 宋丹路, 张瑞
2014, 34(6):641-649.
[摘要](1072) [PDF 2593KB](1071)
摘要:
在Rtec-MFT3000多功能摩擦磨损试验机上采用硅酸盐玻璃球作为对摩副,研究了0.2~2 N的载荷条件下N31型磷酸盐激光玻璃的摩擦磨损性能,着重讨论了载荷对该玻璃摩擦磨损性能的影响.结果显示:稳定磨损阶段的摩擦系数随载荷的增加而减小,且载荷越大摩擦系数达到稳定所需的时间越短.随着载荷的增加,N31型磷酸盐激光玻璃的磨损体积先急剧增加后缓慢增加,同时磨损机理经历从磨粒磨损为主到磨粒磨损和裂纹滋生并存最后到脆性剥落为主的转变过程.而硅酸盐玻璃球的磨损体积在给定载荷范围内随载荷的增加保持线性增加,且在所有试验载荷下的磨损机理均以磨粒磨损为主.在目前试验条件下N31型磷酸盐玻璃表面磨损区域未发生可被EDS检测到的明显的摩擦化学反应,磨屑成分为对摩副两种材料的混合体.

小腿残肢与接受腔界面的摩擦行为分析及测试
孔亮, 贾振岗, 石磊, 李炜
2014, 34(6):650-657.
[摘要](1106) [PDF 1089KB](1262)
摘要:
利用断层扫描数据,图像处理和反求技术建立了骨骼、软组织以及假肢接受腔的三维有限元模型,分别施加Heel Strike、Foot Flat、Mid-Stance、Heel Off和Toe Off五个典型步态时相的载荷,计算残肢皮肤在一个步态周期内的应力、滑移量变化,确定最大临界参数;借助UMT-II 多功能摩擦磨损试验机模拟残肢皮肤和接受腔摩擦界面,研究皮肤在步态周期临界参数下的摩擦行为变化.有限元结果表明:一个步态周期内五个典型时相,软组织表面最大正应力和剪切力均发生在髌韧带处,在Heel off步态时相,最大临界正应力为384.3 kPa,剪应力为102.1 kPa;随着正压力的减小,摩擦力减小,摩擦系数增大;当正应力下降到39.5 kPa临界值时,接触面发生相对滑动,摩擦系数达到最大值.摩擦学试验结果表明:法向载荷分别为17 N和7 N时,残肢皮肤均处于黏着状态;皮肤弹性变形越大,黏着程度越大.

流体润滑条件下BSA水溶液吸附膜的光干涉测量
李霞, 郭峰, 黄柏林
2014, 34(6):658-664.
[摘要](1382) [PDF 1117KB](1292)
摘要:
利用面接触流体润滑光干涉测量装置,对BSA水溶液的润滑和吸附特性进行了试验研究.试验中润滑接触副由静止的钢块和旋转的玻璃盘组成,结果表明润滑膜厚度随速度的增加而增加,随载荷的增加而减小.BSA在钢滑块表面形成两种类型的吸附,一为连续的薄膜层,二为离散的蛋白质凝聚团簇.同时证实了钢块表面微观腐蚀的发生,并由入口区向出口区扩展,该腐蚀促进吸附膜的增长.吸附层的形成受润滑膜剪应变率和压力的影响,高的剪应变率和低的载荷有利于吸附膜的增长.

WS2薄膜/空间液体润滑剂复合润滑体系的摩擦学性能研究
权鑫, 孙嘉奕, 翁立军
2014, 34(6):665-672.
[摘要](1005) [PDF 1752KB](1141)
摘要:
采用射频溅射技术制备了WS2薄膜,考察了WS2/全氟聚醚(815Z)和WS2/聚烯烃取代环戊烷(P201)两种固/液复合润滑体系的真空摩擦学性能.通过扫描电子显微镜(SEM)、三维表面轮廓仪对磨损表面的微观形貌进行了分析,采用X射线能量色散谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)分析了磨损表面元素的组成和化学状态.探讨了两种固/液复合润滑体系的摩擦磨损特性和失效机理.结果表明:WS2/815Z复合润滑体系中,二者相容性较差,摩擦系数较高、波动较大,且表现出较高的磨损率;WS2薄膜与P201的相容性较好,组成的复合润滑体系表现出较低且平稳的摩擦系数和较低的磨损率,具有良好的协同效应.

摩擦层的形成对TC4合金磨损性能的影响
王兰, 王树奇, 张秋阳
2014, 34(6):673-677.
[摘要](1263) [PDF 1217KB](1364)
摘要:
采用MG-2000型销盘式高温磨损试验机对TC4合金在环境温度为200、 400和600 ℃,载荷为50~250 N时的磨损性能进行了研究.利用SEM、EDS、XRD以及XPS等对试样磨面和剖面的形貌、成分及结构进行了观察与分析.结果表明:在不同的试验条件下,磨损表面均会形成一层不同于基材的摩擦层.摩擦层的成分及分布形态对TC4合金的磨损性能产生了重要的影响.在200和400 ℃时,摩擦层分布不均匀且不含或仅含少量的摩擦氧化物,这样的摩擦层对磨损表面不具有保护作用,TC4合金的磨损率随着温度的提高而提高.在600 ℃时,摩擦层分布均匀,且摩擦层含有较多的TiO2和TiO摩擦氧化物,TC4合金的磨损率大幅下降.因此,磨损过程中形成的均匀且含有大量摩擦氧化物的摩擦层极大地改善了TC4合金的磨损性能.

基于多功率源梯度过渡层的Si-DLC的制备及水润滑性能研究
吴行阳, 邓兆星, 黄一鸣, 华子恺, 张建华
2014, 34(6):684-688.
[摘要](991) [PDF 832KB](1588)
摘要:
采用溅射、反应溅射与RF-CVD技术相结合的多功率源沉积了梯度过渡层,在此基础上用RF-CVD法沉积了掺硅类金刚石膜,研究了梯度过渡层对薄膜结构、力学性能及水中摩擦学性能的影响.结果表明:梯度过渡层的引入可在一定程度上提高薄膜的sp3成分含量、硬度和杨氏模量,对增强膜基结合力,提高薄膜在水中的抗剥落性能有较显著的效果.

微量离子液体润滑下铝自配副的载流摩擦学性能
杨贵荣, 阳雪衡, 吕晋军, 姚瑞清, 孟军虎, 宋波涛
2014, 34(6):689-696.
[摘要](1132) [PDF 1459KB](1339)
摘要:
本文中考察了铝自配副在干摩擦和微量离子液体润滑条件下的载流摩擦学性能.在干摩擦条件下,铝自配副因黏着极易发生卡咬.而微量的离子液体L-P106就可有效润滑铝自配副,摩擦系数可低至0.1左右.无论载流与否,润滑状态均为边界润滑.与无载流条件相比,载流时铝自配副的摩擦系数稍有增大,且在高速(0.79 m/s及以上)磨损由中等程度的磨损转化为严重磨损.电流会导致电侵蚀磨损,从而使磨损加剧.

非皂基凹凸棒石润滑脂磨损修复机理研究
张博, 许一, 王建华, 王晓波
2014, 34(6):697-704.
[摘要](904) [PDF 2673KB](1215)
摘要:
以表面有机改性的亚微米凹凸棒石粉体为稠化剂,稠化合成型基础油聚α-烯烃,制成3号非皂基润滑脂.采用SRV-Ⅳ型摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验,并利用SEM、EDS和XPS分析磨痕表面和截面的形貌,元素组成、分布与价态,以及物相组成.结果表明:非皂基凹凸棒石润滑脂在摩擦过程中能够在磨损表面形成由Mg、O、Fe、C和Si等元素组成的,含有多个物相的,厚度不均的复合修复层.最后,结合修复层形成过程,提出了修复层形成机理.

柔性对多体系统中铰接副磨损的影响
赵波, 戴旭东, 张执南, 谢友柏, 于海洋
2014, 34(6):705-714.
[摘要](1138) [PDF 3879KB](1017)
摘要:
通过集成柔性多体动力学与磨损计算程序,提出了一种用于对柔性多体系统中间隙铰接副部位的磨损进行了预测的方法.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Lankanrani和Nikravesh提出的连续接触力模型计算间隙铰接副部分的法向接触力,采用LuGre摩擦模型计算切向摩擦力,并利用基于Archard模型的迭代计算程序计算磨损.为了提高计算效率,引入了并行计算策略.最后,通过对一个含柔性连杆的曲柄滑块机构机构进行仿真计算,发现当考虑部件的柔性时,得到的间隙处的冲击力会大幅降低,预测的磨损量也随之降低,并且随着机构柔性的增强,这种效果更为明显.

苯并三氮唑离子液体作为钢/钢摩擦副润滑剂的腐蚀性及摩擦学性能研究
朱立业, 陈立功, 刘汉臣, 雷杰, 张楠嵩
2014, 34(6):715-721.
[摘要](1070) [PDF 1468KB](1263)
摘要:
为了抑制传统离子液体的金属腐蚀性,本文中合成了系列苯并三氮唑离子液体;研究了此类离子液体的物化性质、热稳定性和对钢的腐蚀性;在SRV摩擦磨损试验机上采用钢/钢摩擦副考察了室温和高温条件下此类离子液体的摩擦学性能;采用SEM和XPS对磨斑表面的进行了分析.结果显示:苯并三氮唑离子液体与含有相同阴离子的咪唑类离子液体相比,热稳定性略有下降,但在钢/钢摩擦副条件下其减磨抗磨性能占优,因此推断此类离子液体良好的抗磨性能归因于其对钢无腐蚀性.

渐开线直齿圆柱齿轮接触疲劳失效成因再分析
朱有利, 王燕礼, 边飞龙, 候帅, 杨红军
2014, 34(6):722-728.
[摘要](1137) [PDF 1932KB](1700)
摘要:
联合采用表面失效分析和有限元应力分析的方法,研究了渐开线直齿圆柱齿轮接触疲劳失效的成因.结果表明:由啮入线至第一次双对轮齿啮合结束部分齿面上密集的表面点蚀与该段啮合齿面相对滑移大,所消耗的摩擦功最大,摩擦应力大于第二次双齿啮合部分,而且最大剪应力更靠近齿面等因素有关.靠近节线的齿根齿面上的片状大块剥落属次表面点蚀,是由于该部位的次表面剪应力最大,位置最深,并且承受了前一对轮齿脱离啮合带来的冲击作用.紧邻啮入线附近齿面的较浅的剥落点蚀是由于承受啮入冲击,最大剪应力较大且出现位置较浅,齿面相对滑移最大所造成的,并与该处的表面点蚀坑有关.

深部煤层采煤机关键部件磨损故障监测诊断的难点问题
李志雄, 葛世荣, 朱华
2014, 34(6):729-731.
[摘要](1033) [PDF 643KB](1537)
摘要:

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