2015年35卷2期

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低碳贝氏体微观组织形态对冲蚀磨损性能的影响
华晨, 徐颖, 程先华
2015, 35(2):121-130. doi: 10.16078/j.tribology.2015.02.001
[摘要](1075) [PDF 1720KB](1004)
摘要:
通过热处理改变低碳贝氏体钢中的奥氏体及其转变物(下称M/A)分布形态,调整钢响应载荷时的微观应力集中位置,并用弹塑性力学理论揭示了贝氏体钢较高的抗冲蚀磨损性能的力学机理.对比研究了相同化学成分贝氏体、珠光体和马氏体的冲蚀磨损性能,发现珠光体和马氏体因强度、韧塑性无法达到最佳匹配,其抗冲蚀磨损性能均不如贝氏体.在贝氏体钢中,粒状M/A贝氏体的应力集中位置使得冲蚀裂纹显著地向试样心部扩展,降低了抗冲蚀磨损能力.薄膜状M/A贝氏体的应力集中位置不利于表面裂纹向试样心部生长,实现了较高的抗冲蚀磨损性能.

磁力研磨法对陶瓷管内表面超精密抛光技术的试验研究
陈燕, 张广彬, 韩冰, 李昌
2015, 35(2):131-137. doi: 10.16078/j.tribology.2015.02.002
[摘要](966) [PDF 819KB](1030)
摘要:
应用磁力研磨法,利用外部磁场控制陶瓷管内部的磁粒刷运动,从而实现对整个陶瓷管内表面的超精密抛光.通过理论分析和试验结果相结合的方法验证了应用磁力研磨法对陶瓷管内表面进行光整加工方法的可行性;为了提高研磨效率,利用ANSYS软件模拟分析并结合试验验证,提出了在陶瓷管内部增加V型磁铁,改变磁回路的磁力线分布,增大了工作区域的磁感应强度,研磨效率成倍增加;通过试验分别对研磨液用量、铁粒子粒径、金刚石粒子粒径等参数对陶瓷管内表面研磨质量和效率的影响进行分析和研究,对工艺参数进行了优化设计.试验结果证明磁力研磨后陶瓷管内表面粗糙度值Ra可以由原始的0.4 μm降至0.02 μm,达到镜面抛光的效果,为陶瓷管内表面超精密抛光加工提供了一种新方法.

碳基和氮化物基涂层的摩擦-腐蚀交互行为的原位研究
高溥, 何东青, 郑韶先, 蒲吉斌, 郭峰
2015, 35(2):138-146. doi: 10.16078/j.tribology.2015.02.003
[摘要](1148) [PDF 1226KB](901)
摘要:
海洋装备大量关键金属运动部件同时承受摩擦与腐蚀作用,其表面防护涂层在海水环境下的抗磨擦-腐蚀性能成为考察涂层性能优劣的关键.本文中采用摩擦-腐蚀试验机原位实时监测了DLC、Cr-DLC、CrN与TiN四种涂层与氧化铝陶瓷摩擦副在人工海水环境下的开路电位和摩擦系数等腐蚀-磨损特性,并采用动电位扫描法测试了四种涂层在腐蚀和摩擦-腐蚀过程中的电化学行为,综合分析了涂层在海水介质中的磨损-腐蚀交互机制.研究结果表明:非晶结构的碳基涂层在海水介质中具有优异的抗腐蚀和抗摩擦-腐蚀性能,其中金属铬的掺入能够进一步提高DLC涂层的抗摩擦-腐蚀性能;而氮化物基涂层的粗大柱状晶结构显著削弱了其在海水环境中的抗摩擦-腐蚀性能.

滑动速度对IS304涂层自润滑磨损机理的影响
段文博, 孙岩桦, 丁春华, 耿海鹏, 戚社苗, 虞烈
2015, 35(2):147-153. doi: 10.16078/j.tribology.2015.02.004
[摘要](1089) [PDF 908KB](1051)
摘要:
采用感应烧结技术制备出润滑相细小且分布均匀的自润滑涂层.其中润滑相Ag粒子尺寸为5 μm左右,氟化物粒子尺寸为1 μm左右,强化相Cr2O3粒子尺寸小于1 μm.研究表明低速磨损时磨损面比较粗糙,磨损机理主要为磨粒磨损与疲劳磨损;而高速磨损时磨损面比较光滑,虽然磨粒磨损与疲劳磨损依然为涂层的磨损机理,但磨损面上存在明显的Ag润滑膜.Ag润滑膜的出现使得涂层的摩擦系数降低.Ag润滑膜的出现与接触面摩擦产生的摩擦热有关.滑动速度越高,接触面产生的摩擦热会使局部区域的瞬态温度升高,从而使得热膨胀系数较大的Ag粒子从基体NiCr中溢出到表面,并在压力和摩擦力的作用下发生塑性变形从而形成Ag润滑膜.采用溢出体积计算法计算得滑动速度为1 m/s时,瞬态温升为296 ℃,该温升明显高于采用Ansys有限元模型计算得到的温升.

钢轨-磨石相互作用的摩擦学模拟试验研究
顾凯凯, 王文健, 郭俊, 刘启跃
2015, 35(2):154-159. doi: 10.16078/j.tribology.2015.02.005
[摘要](1095) [PDF 822KB](975)
摘要:
设计了新型钢轨打磨摩擦试验机,实现了钢轨-磨石相互作用的摩擦学模拟试验,研究了不同打磨参数下的钢轨-磨石界面的摩擦系数、表面粗糙度、磨损量及硬度等变化情况.结果表明:随磨石粒度增加,打磨钢轨表面粗糙度和磨损量呈减小趋势;增加磨石转速导致摩擦系数和表面粗糙度减小,打磨钢轨磨损量和表面硬度增加;随打磨压力增加,摩擦系数和表面粗糙度呈减小趋势,但磨损量和表面硬度增加;打磨钢轨表面存在明显的犁沟,随磨石粒度减小犁沟变宽;所设计钢轨打磨摩擦试验机可用来评价不同参数下钢轨-磨石界面相互作用的摩擦学行为.

膦酸酯类离子液体作为钢/铜锡合金润滑剂的摩擦学性能及其机理研究
韩云燕, 乔旦, 张霖, 冯大鹏
2015, 35(2):160-166. doi: 10.16078/j.tribology.2015.02.006
[摘要](1189) [PDF 1590KB](830)
摘要:
合成了三种膦酸酯类离子液体,在微动摩擦磨损试验机SRV-IV上评价其作为钢/铜锡合金润滑剂的摩擦学性能,并与全氟聚醚及传统离子液体1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐对比.采用扫描电子显微镜(SEM)及X射线光电子能谱仪(XPS)对磨斑表面进行了分析.结果表明:所合成的膦酸酯类离子液体在常温及高温下均表现出优于全氟聚醚及1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐离子液体的摩擦学性能.离子液体分子的极性使其形成有效的吸附润滑膜,并且膦酸酯类离子液体与金属基底发生了摩擦化学反应,形成了摩擦化学反应膜,从而使该离子液体表现出优异的摩擦学性能.

不同形态的二硫化钼润滑剂在离子液体中的摩擦学性能
胡坤宏, 徐勇, 徐玉福, 胡献国
2015, 35(2):167-175. doi: 10.16078/j.tribology.2015.02.007
[摘要](1007) [PDF 1247KB](1020)
摘要:
以1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体为基础油,考察了不同形态二硫化钼(MoS2)微粒的摩擦学性能.低载低速下,空心球形MoS2(空心球)与片状纳米MoS2(纳米片)均能改善基础油的减摩抗磨性能,片状微米MoS2(微米片)不仅不具备减摩性能,还会增加磨损;高载高速下,空心球仍保持着较好的减摩抗磨性能,微米片也表现出一定的减摩抗磨能力,而纳米片易导致润滑失效.纯离子液体润滑时钢球表面出现了一定的疲劳磨损,添加空心球与纳米片后,疲劳磨损消失,磨损量下降.空心球与纳米片润滑时,MoS2能转移到摩擦表面,少部分仍以MoS2形式存在,其余MoS2与基础油及摩擦副材料等发生摩擦化学反应,形成由MoO3、MoS2、FePO4、FeSO4、FeF2及含N与S的有机物组成的复合润滑膜;微米片润滑时,很少MoS2参与了转移膜的形成,因而对基础油改性效果较差.

PTFE基超声电机摩擦材料磨合阶段摩擦磨损特性研究
李锦棒, 曲建俊
2015, 35(2):176-182. doi: 10.16078/j.tribology.2015.02.008
[摘要](1044) [PDF 1043KB](1426)
摘要:
在超声电机运行200 h时间内,对超声电机的运行参数进行监测,采用激光共聚焦显微镜对定、转子表面粗糙度、表面形貌和磨屑特征等进行观察分析,探讨超声电机磨合期的时间及磨合期、稳定期的摩擦磨损特性.结果表明:① 经过80 h磨合后,超声电机性能基本稳定. ② 磨合初期,摩擦材料磨损形式以黏着磨损为主,在定子表面可观测到尺寸较大的片状磨屑,进入摩擦稳定期后摩擦材料表面出现大量点蚀凹坑,表面疲劳磨损成为磨损形式之一,磨粒磨损始终存在并占重要部分;定子表面可观测到明显犁沟,磨损形式以磨粒磨损为主. ③ 由于超声振动的存在,摩擦产生的磨屑不易在摩擦表面停留,进入稳定期后在摩擦界面难以观测到磨屑的大量存在,超声振动有排除磨屑的作用.

ZDDP作用下钨/钼膜的摩擦化学润滑机理研究
李星亮, 岳文, 王成彪, 李国龙, 毕超, 刘家浚
2015, 35(2):183-189. doi: 10.16078/j.tribology.2015.02.009
[摘要](1042) [PDF 1006KB](1005)
摘要:
利用SRV高温磨损试验机考察了钨膜、钼膜以及钨-钼合金膜与ZDDP的交互作用规律,并使用XPS和SEM等表面分析技术分析摩擦反应膜的成分与化学态.结果表明:不同材料的薄膜在加入ZDDP后,其表面的摩擦系数的变化趋势与基础油润滑作用下相同,均从0.11降到0.08左右.而磨损量表现出不同的变化规律:钨膜表面的磨损量在加入ZDDP前后均保持在3.7×10-13 m3左右;钼膜和钨-钼膜表面的磨损量在加入ZDDP后明显降低,而且钨-钼膜表面的磨损量降低幅度最大,达74.5%.这与不同材料表面的硬度值和生成的表面摩擦反应膜有关.

nc-TiC/a-C纳米复合多层薄膜的制备及其摩擦学性能的研究
彭燚, 张玉娟, 翟玉浩, 杨坤鹏, 张晟卯, 张平余, 王超峰
2015, 35(2):190-197. doi: 10.16078/j.tribology.2015.02.010
[摘要](1113) [PDF 1646KB](1004)
摘要:
采用磁过滤阴极弧等离子体沉积技术,在单晶硅片上制备了不同亚层厚度和亚层弹性模量匹配的nc-TiC/a-C纳米复合多层薄膜,采用X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对其微观结构进行表征,利用激光扫描仪对其内部应力进行测试,采用微摩擦磨损试验机表征薄膜的摩擦磨损性能,以考察多层结构设计对于薄膜机械性能的影响.结果表明:多层薄膜相对于单层薄膜可以有效降低膜层内应力,同时薄膜的减摩抗磨性能也得到了提高.亚层厚度为40 nm和相邻亚层弹性模量差距较小的nc-TiC/a-C纳米复合多层薄膜的抗磨性能最佳.

往复滑动干摩擦条件下碳烟颗粒的摩擦学特性研究
唐卡, 宋汝鸿, 胡恩柱, 刘一鸣, 胡献国
2015, 35(2):198-205. doi: 10.16078/j.tribology.2015.02.011
[摘要](1307) [PDF 1351KB](1176)
摘要:
采用往复摩擦磨损试验机分别研究了生物质燃油碳烟颗粒和0#柴油碳烟颗粒对滑动干摩擦条件下铸铁/铸铁摩擦副摩擦磨损行为的影响;借助扫描电镜、原子力显微镜和拉曼光谱仪等分析测试设备探讨了不同碳烟颗粒的摩擦学作用机理.结果表明:引入碳烟颗粒后,铸铁摩擦副的摩擦磨损明显减轻,摩擦系数和磨损量均随往复频率的增加而增大;且生物质燃油碳烟颗粒的抗磨减摩效果优于柴油碳烟颗粒.其原因归于碳烟颗粒自身的力学特性、自润滑性以及摩擦副表面特性,主要包括含碳烟颗粒摩擦表面膜的形成、摩擦诱导铁基氧化物的生成,以及摩擦表面有序化碳含量的增加.

Cr掺杂对GLC薄膜结构及其摩擦学性能的影响
王佳凡, 王永欣, 陈克选, 李金龙, 郭峰
2015, 35(2):206-213. doi: 10.16078/j.tribology.2015.02.012
[摘要](1088) [PDF 1349KB](935)
摘要:
采用磁控溅射方法制备类石墨碳膜(GLC)及掺杂金属Cr的类石墨碳膜(GLC-Cr),利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)、纳米压痕仪等测试技术对比分析两薄膜样品的结构及机械性能,利用UMT-3多功能摩擦磨损试验机考察其在大气、去离子水、发动机油3种环境下的摩擦学性能.结果表明:本实验参数下制备的类石墨碳膜中,Cr的掺杂促使了类石墨碳膜中sp2杂化键的形成,降低了GLC薄膜的硬度及弹性模量,但在3种不同环境下均使得类石墨碳膜的摩擦学性能得到明显改善.其中水介质的存在可明显降低类石墨碳膜的摩擦系数,而油润滑介质虽未使得其摩擦系数明显降低,但其摩擦曲线波动性及磨损率均最小.

TC4和TC11合金磨损性能的对比研究
王兰, 王树奇, 陈康敏, 张秋阳
2015, 35(2):214-220. doi: 10.16078/j.tribology.2015.02.013
[摘要](1105) [PDF 1613KB](1077)
摘要:
采用MG-2000型高温磨损试验机对TC4和TC11合金在25和600 ℃进行磨损试验.利用SEM、EDS、XRD对两种钛合金的磨损表面及剖面的形貌、成分及结构进行对比观察与分析,利用HVS-1000型显微硬度计测试磨损表面至基材的硬度梯度分布.结果表明:TC4和TC11合金在25和600 ℃时磨损表面均形成了摩擦层.但在25 ℃时,摩擦层比较薄且分布不均匀,合金的磨损性能并未得到改善,因此两种钛合金的磨损率均随着载荷的增加而增加,磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损;600 ℃时,摩擦层厚度增加,分布均匀且含有较多高硬度的摩擦氧化物,因此两种钛合金的磨损率较25 ℃时均有大幅度的减小,且TC11合金的磨损率低于TC4合金,磨损机制为氧化轻微磨损.可以认为,TC4和TC11合金在25 ℃时均具有较差的抗磨损性能,而在600 ℃时均具有非常优异的抗磨损性能.

不同摩擦工况下纯铁试样表面磁记忆现象研究
赵坤鹏, 樊建春, 商强, 高富民, 胡治斌
2015, 35(2):221-227. doi: 10.16078/j.tribology.2015.02.014
[摘要](1051) [PDF 921KB](895)
摘要:
采用纯铁圆盘试样与标准碳钢钢球(45钢)组成球-盘摩擦副进行旋转摩擦试验,研究在干摩擦条件下,不同的滑动速度及法向载荷下摩擦表面的磁记忆现象.试验结果表明:磨损前后磁记忆信号存在较大差异,磨损后的磁记忆信号在磨痕处出现信号突变,此突变信号可以准确地表征磨痕的位置及磨痕的宽度.对磁记忆信号进行梯度处理,可以发现不同工况下磨痕处的信号峰面积S、交点距n及梯度峰峰值Vpp三者均不相同,且与磨痕的特征存在一定的关系.此外,通过获取不同干摩擦条件下磨痕处的梯度信号特征值,发现信号峰面积S、交点距n及梯度峰峰值Vpp三者均随滑动速度及法向载荷的增大而增大.

表面织构对刀具切削性能及前刀面摩擦特性的影响
杨超, 刘小君, 杨海东, 刘焜
2015, 35(2):228-235. doi: 10.16078/j.tribology.2015.02.015
[摘要](1240) [PDF 852KB](1218)
摘要:
为了研究刀具表面织构对切削性能的影响,通过控制前刀面上微凹坑的直径、深度和面积占有率等参数制备了两组表面高度算术平均值Sa相同的织构刀具.使用Talysurf CCI Lite 非接触式三维光学轮廓仪对织构表面进行测量,采用ISO25178参数对测量表面进行表征;通过SL200KS接触角测量仪测量织构刀具前刀面湿润性的变化;随后在CA6140车床上进行45钢切削试验,研究不同织构对切削力、前刀面摩擦特性、工件表面粗糙度和切屑形变的影响.结果表明:合理的表面织构能够改善刀具的切削性能;切削液在前刀面铺展较快的织构刀具获得了较好的切削性能;凹坑直径、深度和面积占有率的协同作用对改善刀具切削性能至关重要,为了协调这三个织构参数,进一步研究三维表征参数SkuSskSvVvvVvcSdvSdaSpd与刀具切削性能的关联性,为刀具表面设计提供了基础.

环境气氛对C/C复合材料载流摩擦学性能的影响
张会杰, 孙乐民, 张永振, 上官宝
2015, 35(2):236-241. doi: 10.16078/j.tribology.2015.02.016
[摘要](1028) [PDF 993KB](1002)
摘要:
在HST-100销盘式高速载流摩擦磨损试验机上,以电流、速度、载荷为试验参数对C/C复合材料/QCr0.5摩擦副进行载流摩擦磨损试验,分别分析空气、氮气对C/C复合材料磨损率和摩擦系数的影响.试验结果表明:相较于空气气氛,氮气气氛下摩擦系数较高,磨损率较低.通过扫描电子显微镜和能谱仪对不同气氛下材料磨损表面形貌和成分进行观察,从微观上解释了两种气氛对C/C复合材料磨损率和摩擦系数的作用机理.

纳尺度下类金刚石(DLC)薄膜摩擦性能研究
张艳, 东梅, 李媚, 段早琦
2015, 35(2):242-248. doi: 10.16078/j.tribology.2015.02.017
[摘要](1420) [PDF 1042KB](1086)
摘要:
类金刚石薄膜(DLC)作为保护涂层在磁存储系统和微/纳米机电系统(M/NEMS)等方面的应用十分广泛,但其在实际应用中存在着摩擦副的设计问题,本文中采用物理气相沉积(PVD)技术以金属Cr作为过渡层在硅基底上制备类金刚石薄膜,利用原子力显微镜,对类金刚石薄膜的表面特性进行表征,并研究针尖的力学性能对类金刚石薄膜摩擦学性能的影响.结果表明纳尺度下硅针尖和氮化硅针尖测得的摩擦力与法向载荷之间均呈线性关系,这说明针尖材料对类金刚石薄膜的摩擦性能没有影响.Si针尖的SEM图像表明:高载荷下,Si/DLC摩擦副的摩擦系数增加是由于 Si针尖的磨损;而类金刚石薄膜的AFM图像表明:Si3N4/DLC摩擦副的摩擦系数增加是由于类金刚石薄膜表面的粗糙峰在高载条件下发生了塑性变形,DMT理论计算验证了我们的实验结果.因此,本研究对于类金刚石薄膜在实际应用中摩擦副的设计具有指导意义.

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