2015年35卷6期

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二硫化钨纳米粉体作为锂基润滑脂添加剂的摩擦学研究
陈汉林, 陈国需, 杜鹏飞, 杨皛, 邵毅, 田忠利
2015, 35(6):651-657. doi: 10.16078/j.tribology.2015.06.001
[摘要](1013) [PDF 3389KB](1365)
摘要:
制备了二硫化钨纳米粉体作为添加剂的锂基润滑脂, 采用SRV-Ⅳ摩擦磨损试验机考察了二硫化钨对锂基润滑脂摩擦学性能的影响, 利用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDAX)、X射线光电子能谱仪(XPS)对磨损表面的微观形貌、元素含量和价态进行了表征, 分析了其润滑机理. 结果表明: 二硫化钨纳米粉体能够显著提高锂基润滑脂的摩擦学性能. 摩擦过程中, 二硫化钨纳米粉体在摩擦副表面产生吸附沉积, 并在高温高负荷条件下生成含有Fe2O3、FeSO4、WO3和Fe3O4的化学反应膜, 从而共同产生润滑作用.

润滑条件下菱形孔织构端面摩擦学特性研究
程香平, 康林萍, 张友亮, 孟祥铠, 彭旭东, 王德, 付远
2015, 35(6):658-664. doi: 10.16078/j.tribology.2015.06.002
[摘要](948) [PDF 3296KB](985)
摘要:
应用UMT-3型多功能摩擦磨损试验机和自制的磨损测试试验台, 考察供液充分条件下菱形孔的尺寸、形状、排布方式及深度对摩擦系数的影响和机理分析. 结果表明: 具有合适孔型和孔深的菱形孔织构端面, 可极大地改善摩擦副的润滑性能, 能够有效地降低摩擦系数. 在研究的工况条件下, 双向双列倾斜菱形孔和孔深为10 μm的菱形孔, 具有较好的摩擦学特性; 某些类型的织构端面在进入流体动力润滑阶段后, 摩擦系数随Herscy数的增大产生波动, 而非增大的趋势, 这是因为在滑动面间能够产生空化, 而空化区的气液边界处将产生界面滑移, 空化区越大,滑移长度越长, 滑移效应增强, 则减摩性越好, 从而导致摩擦系数减小.

纳米尺度下烷烃润滑薄膜分层现象和速度滑移机制的分子模拟研究
董培林, 吕强, 王文杰, 陈生辉, 李春玲, 孙霜青, 胡松青
2015, 35(6):665-671. doi: 10.16078/j.tribology.2015.06.003
[摘要](903) [PDF 2445KB](1065)
摘要:
采用非平衡分子动力学模拟方法, 研究了纳米尺度下十六烷润滑薄膜的分层现象和速度滑移现象, 重点考察了剪切速度对速度滑移现象的影响规律, 并对其中的微观机理作出了解释. 研究结果表明: 在铁壁面的限制情况下润滑薄膜出现了分层现象, 当润滑薄膜厚度超过50 Å时, 其中间区域呈现出体相均质流体的特征. 润滑薄膜层间滑移和界面滑移的临界剪切速度分别为5.5和7.5 Å/ps, 随着剪切速度增加, 界面滑移程度增强, 而层间滑移程度减弱. 润滑薄膜第1和2层十六烷分子层间桥接分子数目决定层间滑移程度, 随着剪切速度增加, 桥接分子数目也相应增多, 层间滑移程度随之减弱.

氨基黏土制备及其作为水基润滑添加剂的摩擦学性能研究
胡晓飞, 张晟卯, 余来贵, 杨广彬, 张平余
2015, 35(6):672-676. doi: 10.16078/j.tribology.2015.06.004
[摘要](835) [PDF 2743KB](837)
摘要:
以MgCl2和硅烷偶联剂KH550为原料, 在乙醇溶液中制备了水溶性氨基黏土; 采用X射线衍射仪、傅立叶变换红外光谱仪等分析了产物的组成和结构; 采用四球摩擦磨损试验机考察了所制备的氨基黏土作为水基润滑添加剂的摩擦学行为, 采用扫描电镜观察了钢球磨损表面形貌, 采用能谱仪测定了磨损表面元素组成. 结果表明: 所制备的氨基黏土在水中的分散性良好; 其作为水基润滑添加剂可在钢球摩擦副接触表面形成由Mg、Si、O和Fe等元素组成的润滑修复膜, 从而表现出良好的减摩抗磨性能, 并在一定程度上抑制水对钢的腐蚀作用.

碳滑板电滑动温升及其对滑板磨损影响的试验研究
胡艳, 董丙杰, 黄海, 陈光雄, 吴广宁, 高国强
2015, 35(6):677-683. doi: 10.16078/j.tribology.2015.06.005
[摘要](843) [PDF 3687KB](963)
摘要:
使用高速载流摩擦磨损试验机, 研究了碳滑板与接触线电滑动摩擦时接触压力、相对滑动速度、电流和电弧放电能量变化对碳滑板温升的影响, 比较了不同温升时碳滑板的磨损形貌. 结果表明: 滑板的温升随滑动速度、电流、电弧放电能量的增加而增加, 随接触压力的增加而减小. 碳滑板的磨损形貌观察显示: 碳滑板的温升会显著影响滑板的磨损形貌, 随着温升的增加, 碳滑板的磨损就越严重. 碳滑板的不同温升对应着不同的磨损机制: 温升50 ℃左右时, 碳滑板表面以片状剥离的机械磨损为主; 温升90 ℃左右时, 碳滑板表面以机械磨损为主, 并出现少量的烧蚀区域; 温升在180~200 ℃左右时, 碳滑板表面出现大量的烧蚀区域, 以电弧烧蚀磨损为主; 温升在300 ℃左右时, 碳滑板易出现疲劳裂纹, 以电弧烧蚀磨损为主.

钛硅碳衍生碳涂层在真空中的摩擦与磨损行为研究
刘福燕, 孟军虎, 王廷梅, 王齐华, 吕晋军
2015, 35(6):684-689. doi: 10.16078/j.tribology.2015.06.006
[摘要](782) [PDF 1750KB](986)
摘要:
采用高温氯化法(800 ℃, 5%Cl2+Ar)制备了钛硅碳衍生碳涂层(CDC@Ti3SiC2). 通过真空浸渍处理, 将1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体(LP106)浸渍到多孔层状结构的CDC@Ti3SiC2涂层中, 得到固-液复合润滑涂层(CDC@Ti3SiC2-LP106). 以Si3N4球为摩擦配副, 分别考察了Ti3SiC2、CDC@Ti3SiC2和CDC@Ti3SiC2-LP106涂层在两种真空模式下的摩擦磨损性能. 这两种真空模式分别为固定真空度(10-4 Pa)和改变真空度(由105 Pa逐渐减小至10-4 Pa). 随着真空度的增大, CDC@Ti3SiC2涂层的摩擦系数呈现先减小后增大的趋势. 相比较而言, CDC@Ti3SiC2-LP106涂层的摩擦系数低且对真空度变化不敏感. 在两种真空模式下, CDC@Ti3SiC2和CDC@Ti3SiC2-LP106涂层均显著减小了Ti3SiC2的摩擦系数, 但其抗磨损性能并没有明显提高.

粗糙度纹理对有限长线接触混合润滑影响
刘明勇, 刘怀举, 朱才朝, 陈源, 周明刚
2015, 35(6):690-698. doi: 10.16078/j.tribology.2015.06.007
[摘要](934) [PDF 1997KB](1139)
摘要:
采用统一Reynolds方程建立有限长线接触混合润滑模型, 研究横向、纵向和二维规则表面粗糙度的波长、幅值及工况变化对润滑影响. 结果表明: 波长、幅值与工况对三种表面粗糙度接触副的润滑影响类似; 随着载荷增大, 平均膜厚降低, 摩擦系数、接触载荷比与接触面积比均增大; 随着转速升高, 平均膜厚增大, 摩擦系数、接触载荷比与面积比均降低, 其中摩擦系数随转速进一步增大而小幅升高. 在润滑状态转换区域润滑特征参数变化显著,而其他润滑区域变化平缓. 沿卷吸速度方向的压力与膜厚波动分布存在相位差, 垂直方向则同相位; 相同的工况和粗糙度参数时, 纵向粗糙度分布更有利于接触润滑.

螺旋槽端面微间隙高速气流润滑密封特性
马春红, 白少先, 彭旭东, 李纪云
2015, 35(6):699-706. doi: 10.16078/j.tribology.2015.06.008
[摘要](878) [PDF 3894KB](977)
摘要:
考虑入口气流压力损失和出口阻塞效应, 建立了微间隙端面高速气体润滑密封分析数学模型, 对螺旋槽端面微间隙高速气流润滑密封特性进行研究. 重点分析了不同密封间隙、密封压力和转速等工况条件下, 入口压力损失和出口阻塞效应对开启力、泄漏率及气膜刚度等密封特性参数的影响规律. 结果表明: 高速气体阻塞效应使出口压力高于环境压力, 压力损失使入口气膜压力下降, 导致泄漏率和气膜刚度明显下降, 并使开启力增加. 随着密封压力和密封间隙的增加, 阻塞效应增强, 导致泄漏率和气膜刚度显著降低. 密封压力10 MPa时, 泄漏率降低可达20%,气膜刚度的下降可达30%以上.

NiCrW-Al2O3-SrCO3-Ag金属陶瓷复合材料的高温摩擦学性能研究
陕钰, 刘峰, 汪建义, 王文珍, 贾均红
2015, 35(6):707-713. doi: 10.16078/j.tribology.2015.06.009
[摘要](952) [PDF 3119KB](888)
摘要:
采用粉末冶金方法(机械合金化+真空热压烧结)制备了不同SrCO3和Ag 含量的NiCrW-Al2O3-SrCO3-Ag金属陶瓷复合材料, 利用UMT-3考察复合材料在室温至1 000 ℃条件下的摩擦磨损性能, 利用SEM、EDS、XRD等表征分析其显微组织、物相组成及其磨损机理. 结果表明: 热压烧结过程中, SrCO3高温分解, 并与Al2O3反应生成SrAl4O7, 同时生成了Cr2O3和NiCr2O4等新相. 分别添加质量分数10% SrCO3和Ag的复合材料在宽温域内的摩擦磨损性能最优, 归因于在中高温阶段复合材料摩擦表面发生摩擦化学反应生成了SrCrO4和NiO等润滑相, 与复合材料中的Ag、NiCr2O4等润滑相形成协同润滑, 使得复合材料在400~1 000 ℃宽温域范围内具有优异的摩擦磨损性能.

玻璃微珠增强超高分子量聚乙烯的耐磨耐热性能研究
石国军, 袁月, 李翠, 沈俭一
2015, 35(6):714-723. doi: 10.16078/j.tribology.2015.06.010
[摘要](782) [PDF 4792KB](1195)
摘要:
采用热压成型工艺制备了偶联玻璃微珠填充的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料, 通过万能材料试验机、洛氏硬度计考察了玻璃微珠含量对复合材料力学性能、硬度的影响, 对复合材料进行了X射线衍射分析(XRD)、差示扫描量热分析(DSC)和静态热机械分析(TMA), 通过热变形、维卡温度测定仪考察了玻璃微珠含量对复合材料维卡软化温度的影响, 通过高速环块磨损试验机和自制砂浆磨损水浴试验装置考察了玻璃微珠含量对复合材料耐摩擦磨损性能的影响, 通过扫描电子显微镜观察复合材料磨损表面形貌并分析了其磨损机理. 结果表明:偶联玻璃微珠在UHMWPE体系中起填充增强作用, 能有效提高复合材料的硬度、维卡软化温度、熔点和玻璃化转变温度, 从而降低材料的摩擦系数与磨耗. 维卡软化温度最多能提高12.5%, 而磨损质量最多能降低62%, 玻璃微珠质量分数在5% ~ 20%之间效果明显, 材料的力学性能随玻璃微珠的含量增加而有所下降.

SiCH油/TiN薄膜复合体系的摩擦学性能研究
王燕, 伏彦龙, 姜栋, 王德生, 翁立军
2015, 35(6):724-731. doi: 10.16078/j.tribology.2015.06.011
[摘要](787) [PDF 2988KB](892)
摘要:
本文中采用多弧离子镀TiN薄膜对钢基体进行表面改性与SiCH润滑油相结合的方式,研究了SiCH油/TiN薄膜复合体系的真空摩擦学性能,并分析了该复合润滑体系的摩擦磨损机理. 研究表明: 在SiCH油/TiN薄膜复合体系中,摩擦副对偶双方表面均采用TiN薄膜进行改性后,由于TiN薄膜具有良好的稳定性和耐磨性,与SiCH润滑油构成的复合润滑体系在长寿命摩擦试验中表现出良好的减摩抗磨性能,平均摩擦系数约0.07,在经过1.8×106 r的摩擦试验后,尽管SiCH油中形成了微量的多甲基基团的硅碳化合物Si-[R-(CH3)3]3并未影响其良好的润滑性能,表明SiCH油/TiN薄膜复合体系耐磨寿命高达1.8×106 r以上.

轴向交变载荷作用下螺栓联接结构的松动试验研究
于泽通, 刘建华, 张朝前, 周俊波, 彭金方, 马利军, 朱旻昊
2015, 35(6):732-736. doi: 10.16078/j.tribology.2015.06.012
[摘要](865) [PDF 2040KB](1198)
摘要:
在设计、试制螺栓加载装置的基础上, 对螺栓联接结构进行了轴向振动的疲劳试验, 获取了螺栓夹紧力的时变曲线, 并对试验后的螺栓接触表面进行损伤分析, 研究螺栓联接结构的松动机理. 结果表明: 在轴向振动条件下, 螺栓联接结构的夹紧力下降较为明显, 但拧出力矩相对于预紧力矩变化不大. 螺栓的松动过程可分为以下两个阶段: 试验初期由于螺栓接触面的塑性变形, 夹紧力迅速下降; 然后由于接触面之间的微动磨损, 夹紧力缓慢下降.螺纹接触面之间的损伤机制主要为黏着磨损、磨粒磨损和剥层.

Ti6Al4V合金表面激光熔覆复合涂层的高温摩擦学性能研究
余鹏程, 刘秀波, 陆小龙, 王永光, 陈瑶, 石皋莲, 吴少华
2015, 35(6):737-745. doi: 10.16078/j.tribology.2015.06.013
[摘要](956) [PDF 4158KB](836)
摘要:
为了改善Ti6Al4V合金的摩擦学性能, 采用预置NiCrBSiFe复合粉末激光熔覆制备高温耐磨复合涂层, 分析了涂层的显微组织, 测试了其显微硬度、室温(25 ℃)及高温(600 ℃)磨损性能, 并分析了其机理. 结果表明: 复合涂层与钛合金基体为冶金结合, 以γ-(Ni, Cr, Fe)固溶体为基体, 原位生成的TiC、TiB2和CrB增强相均匀分布于涂层中,涂层的平均硬度为HV0.5950, 约为钛合金基体(HV0.5360)的3倍. 室温下, 由于涂层具有很高硬度, 改善了钛合金表面严重的黏着磨损, 涂层表现出优异的耐磨性; 高温下, 钛合金表面生成氧化膜表现出固体润滑效果, 摩擦系数和磨损量均下降, 而涂层中基体相硬度下降, 磨损表面出现犁沟和破碎磨粒, 摩擦系数和磨损率相比室温略有上升, 但相比钛合金仍表现出较好的高温耐磨性.

类石墨烯二硫化钼的制备及其真空摩擦学性能研究
张丽丽, 蒲吉斌, 张广安, 王立平, 薛群基
2015, 35(6):746-753. doi: 10.16078/j.tribology.2015.06.014
[摘要](975) [PDF 4750KB](1619)
摘要:
采用电化学剥离法制备了类石墨烯二硫化钼(MoS2)片层, 采用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜表征了类石墨烯二硫化钼的结构. 利用真空摩擦试验机测试了含类石墨烯MoS2添加剂离子液体(IL-MoS2)的摩擦学性能并与纯离子液体(IL)进行了对比. 利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察磨斑处的形貌并用X射线光电子能谱仪表征了IL-MoS2摩擦前后的化学状态, 并对润滑机理进行了分析. 结果表明: 电化学剥离法成功制备了类石墨烯MoS2, 这种制备方法简单易行, 制得的类石墨烯MoS2面积大, 质量好, 能保持二硫化钼固有的结构. IL-MoS2对钢/钢摩擦副具有优异的减摩抗磨作用; 摩擦过程中, 纳米尺寸的二硫化钼吸附在钢/钢摩擦副界面形成了保护层, 避免摩擦副的直接接触, 降低摩擦磨损.

输气管路弯头内壁面冲蚀进化的试验和数值模拟研究
郑思佳, 张鹏, 敬加强, 周怡诺, 吕乃欣
2015, 35(6):754-760. doi: 10.16078/j.tribology.2015.06.015
[摘要](862) [PDF 3766KB](1108)
摘要:
砂粒的连续冲击使输气管路弯头内壁面连续不均匀地发生着冲蚀进化现象. 本文作者基于3D成像技术精确描述了R/D=1.5弯头内壁冲蚀进化过程, 并采用CFD方法对该过程进行了数值模拟研究. 结果显示, 随着颗粒冲击,磨损严重的区域向弯头圆心角高角度扩散的速度较大; 通过修正Schiller Naumann拽力系数模型可较准确地模拟弯头的冲蚀进化过程(平均误差小于0.15 mm). 以上工作对管路的完整性评价具有重要意义.

高分子材料机械密封磨损特性及表面织构的影响
赵帅, 王晓雷
2015, 35(6):761-767. doi: 10.16078/j.tribology.2015.06.016
[摘要](871) [PDF 4099KB](867)
摘要:
为提高金属/高分子材料机械密封的抗磨损性能, 采用光刻-电解技术在316不锈钢表面制作微凹坑阵列形式的表面织构, 与5种不同弹性模量的高分子材料组成摩擦副进行磨损试验. 试验结果表明, 对弹性模量最小的UHMWPE材料, 表面织构起到了增磨作用, 对其他四种弹性模量较高的材料, 表面织构起到减磨作用, 而且, 随着高分子材料弹性模量的增大, 表面织构表现出的减磨作用也随之增大. 为解释这个现象, 利用ANSYS有限元分析软件对摩擦副接触面进行了应力和变形分析, 结果表明: 织构化表面在接触过程中会产生应力集中和表面形变, 材料的弹性模量越小, 凹坑引起的变形越明显, 可能产生的切削作用越显著.

冲角工况下列车车轮损伤机理研究
周桂源, 何成刚, 刘吉华, 刘启跃
2015, 35(6):768-773. doi: 10.16078/j.tribology.2015.06.017
[摘要](823) [PDF 2173KB](737)
摘要:
曲线通过和蛇行运动时将会在轮轨间产生一定的冲角, 为探究列车车轮在冲角工况下的损伤机理, 利用JD-1轮轨模拟试验机对列车车轮进行滚动接触疲劳试验. 结果表明: 在冲角工况下车轮试件磨痕的不同区域存在不同的损伤机理, 按损伤机理的不同可以将其分为塑性堆积区、疲劳损伤区和磨损区三个区域. 在应力发生剧烈变化且应力方向由高应力区指向低应力区的区域将会出现材料的塑性堆积, 并且在堆积处产生疲劳裂纹. 滚动接触下的疲劳裂纹可以萌生于表面和亚表面, 在较强应力作用下, 车轮材料的晶粒发生了明显的细化, 在横截面上呈现出纤维状组织.

现代分析测试方法在有机摩擦材料研究中的应用
崔彦, 秦一秀, 孙畅, 郑健, 丛培红
2015, 35(6):774-782. doi: 10.16078/j.tribology.2015.06.018
[摘要](878) [PDF 2989KB](1014)
摘要:
本文中总结了热重分析仪(TGA)、动态力学分析仪(DMA)、红外(FTIR)及拉曼(Raman)光谱、核磁共振波谱仪(NMR)、偏光显微镜(PLM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、聚焦离子束显微镜(FIB)等现代分析测试方法在有机摩擦材料的热性能分析、原材料结构与成分鉴定、微观形貌观察、摩擦化学反应和制动过程释放物分析等方面的应用, 希望为高性能摩擦材料的研究者提供分析表征测试方法和研究思路.

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