2015年35卷5期

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面接触润滑油膜测量系统滑块倾角的快速计算
白清华, 郭峰, 刘海超, 杨淑燕
2015, 35(5):517-524. doi: 10.16078/j.tribology.2015.05.001
[摘要](898) [PDF 646KB](1631)
摘要:
在面接触润滑油膜厚度的光干涉测量中, 需要确定滑块和玻璃盘所形成的微小倾角. 一般通过目测干涉条纹的数量计算倾角, 效率低且误差大. 根据滑块表面干涉条纹等距, 光强呈周期性变化的特点, 对滑块面的干涉光强曲线进行傅里叶变换, 综合采用Rife-Jane和重叠FFT相位差法进行频率插值, 较好地消除了频谱泄漏, 较准确计算干涉条纹数量, 从而得到滑块与玻璃盘间的倾角. 试验证明: 当条纹数量大于5时该方法的测量相对误差在1%以下, 具有很强的抗干扰能力. 对不同倾角下的油膜厚度进行了测量, 得出了润滑油膜的无量纲承载量-滑块收敛比曲线. 结果表明: 膜厚较高时, 无量纲载荷最大值出现在收敛比为1.2左右的位置, 但当膜厚较低时, 无量纲载荷最大值出现在收敛比大于2的位置, 偏离了经典理论.

690合金管在室温干态下的冲击微动磨损特性研究
阳荣, 蔡振兵, 林映武, 钱浩, 唐力晨, 谢永诚, 彭金方, 朱旻昊
2015, 35(5):525-530. doi: 10.16078/j.tribology.2015.05.002
[摘要](812) [PDF 3517KB](990)
摘要:
采用小载荷冲击试验机研究了690合金传热管与405不锈钢块在室温干态不同载荷条件下的微幅冲击磨损行为. 其中管采用悬臂梁式固定, 与冲击配副采取线接触方式, 冲击频率为10 Hz, 循环次数为106次, 试验载荷选取5、10、20和40 N. 结果表明: 在室温干态条件下, 随着载荷的增加, 690合金管的磨损体积增大; 加工硬化效应增强,磨损表面硬度增加越大. 冲击磨损过程中材料表面发生摩擦氧化行为, 690合金管的冲击磨损机制主要是磨粒磨损、剥落, 且随着载荷增加, 磨粒磨损及氧化行为加剧.

车轮材料特性对轮轨磨损与疲劳性能影响的研究
陈水友, 刘吉华, 郭俊, 王文健, 刘启跃
2015, 35(5):531-537. doi: 10.16078/j.tribology.2015.05.003
[摘要](843) [PDF 3075KB](945)
摘要:
在MMS-2A滚动摩擦磨损试验机上进行不同材料车轮与U75V热轧钢轨的匹配试验, 研究材料特性对轮轨试样磨损与疲劳性能的影响. 结果表明: 随着车轮碳含量增加, 组织中珠光体比例增加, 珠光体中渗碳体片层间距减小, 硬度增大; 随着轮/轨硬度比增大, 车轮表层的塑性变形层厚度逐渐减小, 对摩副钢轨塑性变形层厚度呈现先增大后减小的趋势; 车轮试样磨损形式由小剥离掉块向大剥离掉块转变, 钢轨磨损机制由材料表层的轻微剥落向深层剥落磨损转变; 提升车轮的硬度, 轮轨表面的疲劳裂纹长度减小; 且随着车轮硬度的增大, 钢轨表面萌生的疲劳裂纹的末端扩展角度有增大的趋势, 使钢轨的疲劳裂纹更容易向材料心部扩展.

摩擦诱发的事件相关电位认知成分特征研究
陈思, 葛世荣, 时晓露, 唐玮
2015, 35(5):538-542. doi: 10.16078/j.tribology.2015.05.004
[摘要](840) [PDF 2849KB](1036)
摘要:
本研究旨在讨论人在探索物体表面时由物体表面摩擦属性的影响而引起的脑电变化. 而事件相关电位技术是观测这一变化的理想手段. 试验通过Neuroscan 64导事件相关电位采集系统来采集脑电信号, 采用Oddball范式来诱发P300电位, 并观察摩擦诱发的事件相关电位的认知成分P300的潜伏期和峰值特点. 样本为摩擦系数不一样但其他属性基本一致的三种纸类. 受试者通过手指主动触摸的方式判断物体表面摩擦力大小, 观察此过程中的事件相关电位. 试验发现, 摩擦系数大样本诱发的P300的潜伏期小, 峰值大. 摩擦系数小的样本诱发的P300潜伏期大, 峰值小.

稻壳粉含量对树脂基复合材料摩擦学性能的影响
戴维福, 高诚辉, 何福善, 林有希, 郑开魁
2015, 35(5):543-549. doi: 10.16078/j.tribology.2015.05.005
[摘要](863) [PDF 2536KB](978)
摘要:
为促进制动摩擦材料环保化及废弃材料再利用, 以不同含量的农业副产品稻壳粉为填料, 改性酚醛树脂为基体, 竹纤维、镁盐晶须和硫酸钙晶须为增强相, 石墨和铜粉为摩擦性能调节剂, 采用热压成型方法制备新型环保摩擦材料, 并对复合材料的力学性能和摩擦学性能进行研究. 结果表明: 随着稻壳粉含量的增加, 试样的冲击强度先增加后下降, 而洛氏硬度不断减小. 摩擦系数随稻壳粉含量的增加先增大后降低, 在高温阶段, 稻壳粉填料可以促进摩擦层的形成, 稳定摩擦系数, 改善热衰退性能, 提高耐热性和热稳定性. 稻壳粉质量分数为15%时其综合性能最好.

机械密封热力耦合有限元模型与密封性能分析
高斌超, 孟祥铠, 李纪云, 沈明学, 彭旭东
2015, 35(5):550-556. doi: 10.16078/j.tribology.2015.05.006
[摘要](892) [PDF 7712KB](655)
摘要:
以接触式机械密封为研究对象, 考虑密封环的热力变形和液膜温度、厚度等的耦合关系, 建立了二维轴对称热力耦合计算模型, 采用有限元与数值迭代技术实现了模型的数值解算, 研究了密封端面热力变形规律, 分析了不同密封压力下的密封性能. 结果表明: 热力耦合变形作用下, 端面形成收敛型泄漏间隙, 最小膜厚位于端面内靠近内径侧位置, 最高温度位于最小膜厚处; 随密封压力的增大, 端面最小膜厚减小, 端面最大温升、摩擦扭矩和泄漏率相应增大. 采用的模型和计算方法可用于海洋装备用机械密封结构的优化设计.

直流磁场下销盘摩擦接触区的电磁感应现象
韩红彪, 刘何, 张永振, 杜三明, 高云凯
2015, 35(5):557-563. doi: 10.16078/j.tribology.2015.05.007
[摘要](728) [PDF 3143KB](926)
摘要:
为了研究直流磁场对45钢销盘摩擦副的摩擦磨损特性的影响, 根据磁场销盘摩擦试验机的结构和销盘摩擦副在摩擦过程中的实际接触情况, 建立了二维微凸峰接触静态磁场和瞬态磁场有限元模型, 分析了销盘摩擦接触区的电磁感应现象, 得出以下结论: 磁感应强度B在摩擦接触区分布不均, 在微凸峰接触点区域的磁感应强度B值较大;摩擦试验中, 在销盘磨痕和磨屑的微凸峰接触区将产生较高频率的动态磁化, 同时在微凸峰上产生较大的感应电流, 这些现象促进了销盘磨痕表面和磨屑的氧化.

点接触弹塑性流体动力润滑研究
何涛, 王家序, 朱东, 周广武, 周青华, 蒲伟
2015, 35(5):564-572. doi: 10.16078/j.tribology.2015.05.008
[摘要](1173) [PDF 4019KB](1176)
摘要:
建立了点接触混合润滑模型, 根据下表面应力分布迭代求解出下表层的塑性应变, 将下表面塑性应变等效转化为本征应变, 结合半无限体内本征应变对弹性场的应力扰动解法求解残余应力, 表面塑性变形根据本征应变采用半解析方法求解. 计算结果表明: 本混合润滑模型在塑性计算模块、弹塑性流体动力润滑计算均表现出了很好的准确性以及高效性; 本模型能够模拟真实机加工粗糙表面下弹塑性混合润滑问题; 能够模拟由全膜润滑、混合润滑、边界润滑以及干接触全工况下的润滑情况, 当滚动速度逐渐减小时, 平均油膜厚度逐渐减小, 接触区由全膜润滑转变为混合润滑, 最终演变干接触.

固液两相流体对直齿轮跑合热弹流润滑的影响
黄兴保, 王优强
2015, 35(5):573-582. doi: 10.16078/j.tribology.2015.05.009
[摘要](850) [PDF 3554KB](1072)
摘要:
建立了含有固体颗粒的接触区弹流模型, 修正了Reynolds方程, 考虑了润滑油对颗粒拖曳力的影响, 考虑了颗粒速度随颗粒运动位置的变化, 还考虑了颗粒自旋和热效应的影响, 分析了颗粒运动位置变化和自旋对压力、膜厚和温度的影响, 最后对算例结果进行了比较验证. 结果表明: 颗粒速度随颗粒运动位置变化而变化, 在接触区中心附近颗粒速度趋于稳定; 颗粒位于接触区中心附近时, 接触区最大温度升高明显, 颗粒所在区域瞬态温升较大; 当颗粒靠近两啮合轮齿表面时, 最小膜厚和最大温度均有所减小; 颗粒顺时针自旋对最小膜厚和最大温度影响显著, 顺时针自旋和逆时针自旋对接触区瞬态温升均影响较大, 颗粒所在区域温度升高明显; 自旋角速度增大, 最小膜厚减小, 最大温度升高, 颗粒所在区域瞬态温升增大.

氮化钛硬质薄膜在不同种类润滑油下的摩擦学性能研究
姜栋, 蒋松, 高晓明, 胡明, 伏彦龙
2015, 35(5):583-591. doi: 10.16078/j.tribology.2015.05.010
[摘要](916) [PDF 2308KB](1099)
摘要:
采用球-盘摩擦试验机分别考察了氮化钛硬质薄膜与轴承钢和氮化硅陶瓷组成的摩擦副在不同种类润滑油条件下的摩擦学性能, 并表征了其磨痕表面形貌与元素成份. 结果显示: 与TiN硬质薄膜干摩擦性能相比, 润滑油可显著降低摩擦系数, 延长磨损寿命, 且具有较长烷基碳链的润滑油性能较优; 当上试球材料不同时, 其油润滑条件下的性能亦不同. 相同润滑油条件下, 氮化硅球作为摩擦副时, 其润滑性能优于轴承钢球. 磨痕表面形貌及能谱分析结果表明: 具有较长烷基碳链的润滑油在摩擦副研磨滑动过程中起到油性剂的作用, 而短碳链硅油分子结构中含有氯元素, 虽通过摩擦化学反应生成边界润滑膜, 但不完整致密, 以致短时间内润滑失效.

Fe/PTFE复合材料的摩擦诱导磁化及摩擦学性能
解挺, 齐永恒, 闫照明
2015, 35(5):592-597. doi: 10.16078/j.tribology.2015.05.011
[摘要](796) [PDF 2167KB](995)
摘要:
研究了Fe/PTFE复合材料在摩擦过程中的摩擦诱导磁化行为, 主要探讨了滑动速度、载荷以及填料含量对摩擦磁化的影响. 结果表明: 随着载荷的增加, 复合材料的摩擦诱导磁感应强度呈缓慢上升趋势, 载荷超过2.5MPa后会略有下降; 而随着摩擦线速度的增加, 复合材料的摩擦诱导磁感应强度逐渐变小; 此外随着填料含量的增加, 复合材料的摩擦诱导磁感应强度逐渐增加. 含铁磁性填料的聚合物复合材料的摩擦诱导磁化行为会促进摩擦转移膜的形成和稳定, 从而对减小摩擦降低磨损产生有益的影响.

石墨烯环氧涂层的耐磨耐蚀性能研究
刘栓, 姜欣, 赵海超, 顾林, 王永欣, 李金龙, 余海斌, 陈建敏
2015, 35(5):598-605. doi: 10.16078/j.tribology.2015.05.012
[摘要](959) [PDF 3561KB](1091)
摘要:
将石墨烯水分散液添加到双组份水性环氧树脂中制备石墨烯固体润滑涂层, 采用交流阻抗谱和动电位极化曲线研究了涂层在模拟海水(3.5% NaCl溶液)中的电化学腐蚀行为和失效过程; 采用UMT-3摩擦磨损试验机评价了三种石墨烯基环氧涂层在干摩擦和海水环境条件下的滑动摩擦磨损行为, 并分析了其磨痕形貌和磨损机理. 结果表明: 石墨烯可以明显提高水性环氧的涂层电阻和电荷转移电阻, 并降低环氧涂层在干燥条件与海水环境的摩擦系数和磨损率; 石墨烯环氧涂层的摩擦系数和磨损率在海水环境中均比干摩擦低.

退火处理对Ni-Cr纳米电刷镀层的结构、硬度和摩擦学性能的影响
刘侠, 冶银平, 安宇龙, 侯国梁, 周惠娣, 陈建敏
2015, 35(5):606-611. doi: 10.16078/j.tribology.2015.05.013
[摘要](663) [PDF 2400KB](905)
摘要:
采用电刷镀技术, 以Ni-Cr镀液制备了Ni-Cr纳米电刷镀层并对其进行了退火处理; 采用X射线衍射仪, 扫描电子显微镜, 能量色散谱仪分析了不同温度下退火处理的Ni-Cr纳米镀层的形貌以及结构; 分别利用MH-5-VM型显微硬度计和CSM摩擦试验机测定了刷镀层的显微硬度和摩擦磨损性能. 研究结果表明: 镀层晶粒的大小均为纳米级, 随温度变化不大, 介于10~20 nm之间, 在500 ℃以下, Cr以固溶体形式存在于Ni的晶格中, 500 ℃以上Cr从Ni的晶格中析出; 镀层的耐磨性随退火温度的变化与镀层的硬度随温度的变化大致相同: Ni-Cr刷镀层在400 ℃退火处理时, 硬度最大, 磨损率最小.

微纳米结构壁面对流场及动压润滑的影响研究
马骁驰, 张向军, 张松鹏, 田煜, 孟永钢
2015, 35(5):612-621. doi: 10.16078/j.tribology.2015.05.014
[摘要](859) [PDF 2679KB](879)
摘要:
固体边界具有的微纳米结构将影响流体在近壁面处的流动行为, 进而由于尺度效应改变流体在整个微间隙的流动或润滑规律. 将壁面可渗透微纳米结构等效为多孔介质薄膜, 采用Brinkman方程来描述流体在近壁面边界渗透层内的流动, 并将其与自由流动区域的不可压缩流体Navier-Stokes控制方程耦合, 在界面处的连续边界条件下求解和分析了速度分布规律和压力变化规律. 针对恒定法向承载力的油膜润滑条件, 进一步讨论了静止表面或运动表面的微纳米结构对近壁面流动行为的影响; 并揭示了考虑壁面微纳米结构的流体动压润滑的油膜厚度和摩擦系数的变化规律. 论文结果为具有可渗透微结构表面的微间隙流动与润滑提供了理论参考.

Ti3SiC2的加入对Ag-MoS2-graphite复合材料力学及摩擦磨损性能的影响
闫淑萍, 韦尧兵, 韩杰胜, 马文林, 郭铁明, 孟军虎
2015, 35(5):622-628. doi: 10.16078/j.tribology.2015.05.015
[摘要](859) [PDF 1999KB](1153)
摘要:
采用热压烧结技术制备了Ag-MoS2-graphite和Ag-MoS2-graphite-Ti3SiC2两种银基自润滑复合材料, 考察了两种材料的致密度、硬度、弯曲强度及其在不同环境(大气和低真空)中的摩擦磨损性能. 结果表明: 低润湿性使得Ti3SiC2与基体界面处的孔隙增多, 降低了致密度和弯曲强度, 但对硬度影响不明显; 摩擦过程中Ti3SiC2颗粒易于从基体材料表面剥落, 阻碍了润滑膜的形成, 造成Ag-MoS2-graphite-Ti3SiC2复合材料的摩擦系数高于Ag-MoS2-graphite复合材料; 但Ti3SiC2的添加能够明显提高复合材料在大气中的耐磨性能, 这主要与摩擦过程中的材料转移和摩擦化学反应有关.

TC4合金干滑动磨损性能的研究
王兰, 王树奇, 李新星, 周银, 张秋阳
2015, 35(5):629-634. doi: 10.16078/j.tribology.2015.05.016
[摘要](784) [PDF 1593KB](1203)
摘要:
在MG-2000销盘式磨损试验机上考察了TC4/GCr15摩擦体系中, TC4合金的磨损行为. 利用SEM、XRD对合金磨面、剖面形貌及结构进行观察与分析, 利用HVS-1000显微硬度计测试磨面至心部的硬度, 利用激光共聚焦显微镜测试和观察磨面的粗糙度及三维形貌. 结果表明: TC4合金的磨面形成了摩擦层, 其分为有氧化物摩擦层和无氧化物摩擦层, 无氧化物摩擦层对磨面无保护作用, 合金磨损率较高; 有氧化物摩擦层对磨面具有保护作用. 在600℃, 摩擦层中含有大量摩擦氧化物, 对磨面具有最佳的保护作用, 合金磨损率最低, TC4合金具有优异的高温磨损性能. 磨面粗糙度和摩擦层中的氧化物数量密切相关, 在600 ℃, 磨面被大量光滑氧化物所覆盖, 磨面粗糙度最低, 略高于磨损前的表面粗糙度.

单颗金刚石划擦Ta12W的试验研究
吴海勇, 黄辉, 徐西鹏
2015, 35(5):635-645. doi: 10.16078/j.tribology.2015.05.017
[摘要](677) [PDF 4466KB](1246)
摘要:
采用单颗钎焊单晶金刚石划擦Ta12W, 跟踪观察了金刚石的磨损形貌, 测量了划擦过程的力信号以及力比的变化, 监测了磨损过程中的声发射信号变化, 提取不同磨损阶段的声发射信号, 进行频谱和功率谱分析.结果表明:划擦过程中金刚石的磨损可分为初期、稳定和剧烈磨损三个阶段, 三个阶段的划擦力和力比明显不同. 划擦声发射信号频谱主要分布在0~170 kHz之间, 功率谱峰值主频分布在7.8~27.3 kHz之间, 金刚石磨损的加剧使声发射信号峰值主频由高频向低频趋近, 并且功率谱峰值随之增加.

氟橡胶O形圈低压气体密封微动摩擦特性试验
朱启惠, 白少先
2015, 35(5):646-650. doi: 10.16078/j.tribology.2015.05.018
[摘要](863) [PDF 1803KB](1193)
摘要:
对低压条件下气体密封橡胶O形圈的微动摩擦性能展开了试验研究. 对橡胶O形圈与不锈钢2Cr13摩擦副摩擦力—微小位移的变化曲线进行测量. 重点分析了微动运动状态下的循环次数、密封压力以及压缩率对O形圈摩擦性能的影响. 结果表明: 在微动状态下. O形圈摩擦力存在迟滞特性. 摩擦力随着微小位移的增大呈明显线性增大;随着循环次数的增加. 微动状态下的摩擦力趋于稳定; 随着密封压力和O形圈压缩率的增加. 摩擦力变化明显. 幅度超过30%.

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