2016年36卷1期

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MoS2基复合薄膜制备及其结构与摩擦学性能研究
柴利强, 张晓琴, 许佼, 乔丽, 张小龙, 王鹏
2016, 36(1):1-6. doi: 10.16078/j.tribology.2016.01.001
[摘要](1222) [PDF 2521KB](1212)
摘要:
利用多靶磁控溅射法制备MoS2基系列复合薄膜, 通过扫描电子显微镜、X-ray衍射、拉曼光谱对薄膜微观 形貌及晶体结构进行表征, 利用纳米压入表征薄膜硬度及弹性模量, 通过微动摩擦磨损试验对比分析了该系列薄膜 在大气环境下的润滑性能。研究结果表明: MoS2薄膜中复合C、Ti元素可有效抑制薄膜生长过程中柱状结构的形 成, 薄膜更为致密; 复合薄膜的摩擦系数及磨损率显著降低。其中, MoS2+C+Ti三元复合薄膜硬度为7.43 GPa, 其弹 性模量及弹性恢复量分别为98.1 GPa和61.7 %. 在大气环境(RH 35% ~ 50 %)下, 法向载荷10 N时MoS2+C+Ti薄膜 具有最低的磨损率4.67×10-17 m3/(N·m), 该薄膜在不同载荷的微动摩擦试验中均具有最好的承载力。

基于拉曼光谱的TMPTO热氧化特性研究
程冰雪, 贾丹, 钱绪政, 向亚玲, 李健
2016, 36(1):7-12. doi: 10.16078/j.tribology.2016.01.002
[摘要](848) [PDF 2950KB](1018)
摘要:
针对三羟甲基丙烷油酸酯(TMPTO)热氧化性能改进需求, 将DXR激光显微拉曼光谱仪与Linkam FTIR600控 温台联用, 研究了热氧化过程中TMPTO及添加烷基二苯胺类抗氧剂辛/丁基二苯胺(T557)和二壬基二苯胺(T558)油 样的拉曼特征峰随时间的变化规律, 探讨了热氧化过程中TMPTO分子结构变化特点及烷基二苯胺类抗氧剂的作用 机理。研究发现: 随着氧化时间的延长, TMPTO基础油分子中=C-H、C=C及-CH2-的拉曼峰随氧化时间延长 逐渐减弱, 且C=C结构的变化遵循一级反应动力学规律; 在恒温175 ℃连续氧化条件下抗氧剂T557和T558能够减 缓TMPTO分子中=C-H、C=C及-CH2-的拉曼峰衰减, 其中C=C结构的热氧化反应速率常数从0.14 h-1降至 0.02 h-1.

由润滑油密度求黏度的新黏压关系式探讨
崔金磊, 杨萍, 刘晓玲, 杨沛然
2016, 36(1):13-19. doi: 10.16078/j.tribology.2016.01.003
[摘要](848) [PDF 1300KB](1058)
摘要:
研究了润滑油密度与黏度的关系, 并提出了一个由密度求黏度的新黏压关系式。以Dowson-Higginson密度 公式为媒介, 新公式只改变一个常数可退化为Barus黏压关系, 而改变两个常数可退化为Doolittle自由体积黏压关系。用Dowson-Higginson密压关系消去密度, 新公式具有与Roelands黏压关系相同的结构, 但对应常数各不相同。以 squalane油为例, 给出了由实验数据确定新公式中两个待定常数的简单方法, 而如此确定下来的新公式可以与全部 实验数据吻合良好。应用新公式计算黏度并以squalane油品为润滑剂, 可顺利求得等温椭圆接触弹性流体动力润滑 的数值解, 说明新公式具有良好的适应性。

等离子体辅助球磨制备表面修饰纳米TiO2的摩擦学性能分析
闫锦, 戴乐阳, 孟荣刚, 郭学平
2016, 36(1):20-26. doi: 10.16078/j.tribology.2016.01.004
[摘要](705) [PDF 4253KB](924)
摘要:
以季铵盐和月桂酸钠为过程处理剂, 利用等离子体辅助球磨制备表面修饰纳米TiO2粉体, 并测试其摩擦学 性能。结果表明:在等离子体的热爆效应及脉冲电子轰击效应的协同作用下, 辅助球磨11 h制备的表面修饰纳米 TiO2粉体粒径在20 nm左右, 晶型发生由锐钛矿型向金红石型的转变。等离子体辅助球磨使得纳米TiO2获得了良好 的亲油疏水表面特性, 在40CA船用润滑油中表现出稳定的分散性。由于纳米TiO2粉体的“微轴承”作用, 复合润滑油 的摩擦系数降低, 摩擦副的磨损失重量减少。纳米TiO2粉体在摩擦过程中容易吸附沉积在摩擦副表面并修补磨痕, 使得复合润滑油具备良好的减摩及自修复性能。

锡黄铜在3.5%NaCl中的液固两相流冲蚀机理研究
黄伟九, 李志均, 王军军, 刘成龙, 柴林江
2016, 36(1):27-34. doi: 10.16078/j.tribology.2016.01.005
[摘要](757) [PDF 3752KB](824)
摘要:
利用旋转式冲蚀磨损试验机, 对锡黄铜在3.5 % NaCl溶液中进行液固两相流冲蚀磨损试验, 利用扫描电镜详 细分析了不同条件下锡黄铜表面的微观形貌、失效规律及微观破坏机理。结果表明: 锡黄铜在失重的不同阶段对应 不同的磨损机制, 在不同外界条件下其破坏机制也不尽相同。锡黄铜在阴极保护即无腐蚀影响下, 试样发生严重冲 蚀前存在门槛速度, 冲蚀形貌主要以犁削和铲削为主同时兼有切片。当冲蚀速率增加, 冲蚀切削形貌减少, 而冲蚀时 间的增加将导致冲蚀率首先增加后减小并趋于平衡; 在无阴极保护作用下, 试样表面出现腐蚀凹坑, 冲蚀率大幅度 增加, 随着冲蚀速率的增加失重率增加, 但随冲蚀时间增加, 冲蚀率减小。

填料粒径对Cu/PTFE复合材料摩擦学性能影响的数值模拟
解挺, 江凯, 丁亚
2016, 36(1):35-41. doi: 10.16078/j.tribology.2016.01.006
[摘要](740) [PDF 3488KB](883)
摘要:
利用离散元方法对Cu/PTFE复合材料与45钢摩擦副建立滑动摩擦模型, 重点探讨了填充质量一定时, Cu颗 粒粒径对Cu/PTFE复合材料摩擦磨损性能的影响。模拟结果表明: Cu/PTFE复合材料与45钢滑动摩擦过程中, 在 45钢表面形成一层转移颗粒层, 转移颗粒层的形成可以降低PTFE基复合材料的磨损; 随着Cu粒径的增大, 摩擦转移 量呈增加趋势, 说明一定范围内, 较大粒径的Cu填充PTFE基复合材料更加有利于转移颗粒层的形成; 滑动摩擦系数 随着Cu粒径的增大呈减小趋势; PTFE基复合材料的磨损量、磨损率均随Cu粒径的增大先增加后减小。

天然关节软骨与医用不锈钢摩擦磨损行为研究
李锋, 王安敏, 王成焘
2016, 36(1):42-47. doi: 10.16078/j.tribology.2016.01.007
[摘要](830) [PDF 4581KB](1019)
摘要:
采用天然关节软骨与不锈钢摩擦副在往复运动试验机上进行关节软骨的摩擦学试验研究, 探讨载荷、速 度、润滑和作用时间对摩擦磨损行为的影响并分析其作用机理, 并对摩擦磨损前后的软骨表面进行分析。结果表 明: 随着载荷从10 N增至22 N, 软骨与不锈钢间的摩擦系数从0.147降至0.117; 在同样的润滑和压力下, 速度越大软 骨和不锈钢的摩擦系数越小; 透明质酸溶液可以有效降低软骨与不锈钢之间的摩擦, 长时间试验后摩擦系数基本保 持在0.23左右。试验后软骨表面出现磨损并伴有大量磨损颗粒, 表面有明显的划痕出现, 磨粒的粒径大小分布范围 较窄, 小尺寸的磨粒数目较多。

后热处理对304不锈钢激光熔覆Ni60/h-BN自润滑耐磨复合涂层组织和摩擦学性能的影响
陆小龙, 刘秀波, 余鹏程, 陈瑶, 石皋莲, 吴少华, 徐东
2016, 36(1):48-54. doi: 10.16078/j.tribology.2016.01.008
[摘要](768) [PDF 3795KB](874)
摘要:
采用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备了Ni60/h-BN自润滑耐磨复合涂层, 对涂层在600 ℃(去应力退火) 进行1 h和2 h热处理, 分析了热处理前后复合涂层的显微组织、硬度和摩擦学性能的变化。结果表明: 三种涂层中, 热处理1 h后涂层的显微硬度最大(最高值HV0.5765.0), 在10 N干摩擦条件下, 其摩擦系数为0.39, 磨损率为 3.37×10-6 mm/(Nm), 该涂层表现出最好的耐磨减摩性能, 磨损机理主要表现为轻微的磨粒磨损; 未热处理的涂层摩 擦系数为0.53, 磨损率为6.39×10-6 mm/(Nm), 磨损机理主要表现为脆性断裂、黏着磨损和磨粒磨损; 热处理2 h后的 涂层摩擦系数为0.39, 磨损率为5.29×10-6 mm/(Nm), 磨损机理主要表现为磨粒磨损和轻微黏着磨损。在本文试验条 件下, 后热处理1 h可有效提高激光熔覆自润滑耐磨涂层的硬度并改善其耐磨减摩性能。

两种晶粒尺寸氧化铝陶瓷滑动磨损表面演化
王韬, 马文林, 孟军虎, 吕晋军
2016, 36(1):55-60. doi: 10.16078/j.tribology.2016.01.009
[摘要](666) [PDF 2601KB](786)
摘要:
文中比较研究了两种晶粒尺寸(0.6 μm和3.8 μm)氧化铝陶瓷在室温干摩擦条件下分别与氮化硅陶瓷对摩时 的摩擦磨损性能, 发现细晶氧化铝陶瓷(0.6 μm)/氮化硅陶瓷摩擦副有较低的摩擦系数和磨损率以及高的磨损转变 载荷, 而粗晶氧化铝陶瓷(3.8 μm)/氮化硅陶瓷摩擦副的摩擦学性能较差。对这两种晶粒尺寸氧化铝陶瓷的磨损表面 进行了表征, 发现了两种不同的磨损机制和磨损演化规律。在15 N的载荷下, 3.8 μm氧化铝陶瓷在磨损初期发生了 晶粒断裂和拔出, 在100 s后开始形成摩擦层, 随后摩擦层的面积随着滑动时间的延长而增大, 其特征为光滑、有裂 纹贯通的机械混合层。0.6 μm氧化铝陶瓷在初期的磨损以微凸体磨损和晶界破坏为主, 随后出现晶粒断裂和拔出, 没有发现机械混合层。本文中讨论了晶粒尺寸效应和磨痕尺寸效应对两种晶粒尺寸氧化铝陶瓷磨损表面演化的 影响。

B4C/hBN复相陶瓷与球墨铸铁配副摩擦学性能研究
潘武, 高义民, 李秀清, 宋连成, 钟志超
2016, 36(1):61-69. doi: 10.16078/j.tribology.2016.01.010
[摘要](748) [PDF 2824KB](809)
摘要:
本文中以热压烧结法制备不同hBN质量分数(0%、10%、20%和30%)的B4C/hBN复相陶瓷作为销试样, 与 球墨铸铁(QT)盘试样在空气润滑条件下进行销-盘式摩擦磨损试验, 滑动速度为0.66 m/s, 磨程为850 m, 载荷为5 N. 借助扫描电子显微镜(SEM)观察摩擦表面和磨屑的形貌特征, 利用X光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)等分析手 段表征磨面和磨屑的物质组成, 得出复相陶瓷成分、试验参数对配副摩擦学性能的影响。研究表明: hBN质量分数 为0%和10%的复相陶瓷(BN00、BN10)与铸铁配副时, 磨损机制以黏着磨损为主, 摩擦系数为0.5, hBN质量分数为 20%和30%的复相陶瓷(BN20、BN30)与铸铁配副时, 陶瓷销表面出现连续的表面膜, 该表面膜主要由Fe2O3、Fe3O4、B2O3、B4C及hBN等物质组成, 摩擦系数降低至0.2; 随着载荷的升高, QT-BN00与QT-BN10配副磨损机制仍 以黏着磨损为主, 摩擦系数与5 N载荷无明显变化, 而QT-BN20与QT-BN30配副摩擦系数随载荷上升而升高, 当载 荷为10 N时, 摩擦系数升至0.6.

低温溶胶凝胶法制备TiO2薄膜减摩性能的研究
曹磊, 万勇, 王艳艳, 高建国, 姚文清
2016, 36(1):70-76. doi: 10.16078/j.tribology.2016.01.011
[摘要](819) [PDF 3403KB](876)
摘要:
采用溶胶-凝胶法并结合水热后处理技术在金属铜表面制备了TiO2薄膜, 利用扫描电子显微镜、X射线衍射 对薄膜的表面形貌、晶型进行了表征, 通过极化曲线研究了TiO2薄膜在3.5%NaCl水溶液中的耐蚀性能, 并考察了 TiO2薄膜的摩擦磨损性能。结果表明: 170 ℃下水热处理后得到的TiO2薄膜与480 ℃直接焙烧处理制备的TiO2薄膜 的表面形貌和晶型存在着明显差异, 前者具有较低的摩擦系数和更长的耐磨寿命, 同时在3.5%NaCl溶液中的耐蚀 性能也明显优于后者。

椭圆柱形织构几何参数和排布模式对其润滑减摩性能的影响
王洪涛, 李艳, 朱华
2016, 36(1):77-83. doi: 10.16078/j.tribology.2016.01.012
[摘要](701) [PDF 5264KB](796)
摘要:
利用数值模拟方法研究了具有各向异性结构特征的椭圆柱形织构在全膜润滑条件下的摩擦学性能, 详细分 析了椭圆织构的长轴尺寸、椭圆率、倾角和位置偏移率等参数对摩擦系数和动压承载能力的影响, 并对三种不同 的椭圆织构排布模式进行了对比研究。结果发现: 适当的增加椭圆织构单元的面积率和倾角能有效降低表面间的摩 擦系数, 而随着织构单元的位置偏移率的增加, 摩擦系数有小幅上升, 但是增加位置偏移率却能显著提升表面间的 动压承载能力。织构单元的排布模式对摩擦系数的影响很小, 但是对动压承载能力却有较大影响。对椭圆织构单元 的几何参数及排布模式进行优化设计是提升表面间的动压承载能力的一种有效手段。

载荷对氟硅共掺杂类金刚石膜摩擦学性能的影响
张仁辉, 鲁志斌, 王立平
2016, 36(1):84-91. doi: 10.16078/j.tribology.2016.01.013
[摘要](630) [PDF 9116KB](477)
摘要:
采用等离子体增强化学气相沉积系统成功制备氟硅共掺杂类金刚石薄膜, 采用Raman, XPS对膜层结构与成 分进行表征。采用划痕仪对膜层的结合力进行了测试。摩擦测试结果显示, 在载荷范围为1~6 N时, 膜层具有低摩擦 系数(0.05~0.1); 在载荷大于6 N时, 摩擦系数在0.2~0.27之间。对偶磨斑的光学照片显示, 在低载下(1~6 N), 磨斑上存 在明显的转移膜, 转移膜导致膜层具有低摩擦系数; 在高载下, 磨合期磨斑上存在稳定的转移膜, 对应于磨合期的低 摩擦系数。然而在磨合期后, 磨斑表面转移膜消失, 结果导致高摩擦系数。

低温环境下轮轨材料滚动磨损模拟试验研究
马蕾, 何成刚, 赵相吉, 王文健, 郭俊, 刘启跃
2016, 36(1):92-97. doi: 10.16078/j.tribology.2016.01.014
[摘要](756) [PDF 3496KB](816)
摘要:
针对高寒地区温度环境特点, 设计了低温环境轮轨磨损模拟试验装置, 实现了低温环境下轮轨滚动磨损模 拟试验, 对比研究了室温(23~25 ℃)及-60 ℃试验温度下轮轨试样的滚动摩擦系数、磨损量、硬度及表面损伤等变 化情况。结果表明:与室温环境条件相比, 低温环境条件下轮轨材料的摩擦系数、磨损量均明显增大; 低温环境下 试验后轮/轨硬度比较室温环境下增大, 车轮硬化情况严重; 随温度的降低, 轮轨试样的表面磨痕呈现出不同的损伤 机制; 所设计低温环境轮轨磨损模拟试验机可用来评价不同低温环境下车轮与钢轨材料摩擦磨损行为。

MoS2/SiCH固液复合润滑体系摩擦学性能研究
王燕, 伏彦龙, 权鑫, 姜栋, 王德生, 王琴琴, 翁立军
2016, 36(1):98-103. doi: 10.16078/j.tribology.2016.01.015
[摘要](793) [PDF 5154KB](1045)
摘要:
本文中通过考察MoS2薄膜/SiCH固液复合润滑体系的真空摩擦学性能, 探究了该复合润滑体系的摩擦磨损 机理。研究表明射频溅射MoS2薄膜表面所固有的柱状晶体结构具有明显的润滑油吸附功能, 提高了MoS2薄膜 /SiCH固液复合润滑体系的真空摩擦学性能。球盘摩擦试验结果表明:当仅对钢盘表面沉积MoS2薄膜时, 该固液复 合润滑体系的滑动摩擦寿命达到1.86×106 r, 为采用SiCH油润滑时摩擦寿命的1.2倍, 是MoS2薄膜固体润滑状态的 4倍, 表现出了良好的协同润滑效应。

一种新型热作模具钢的高温磨损性能研究
吴帅, 付航涛, 连勇, 高文, 张津, 黄进峰
2016, 36(1):104-109. doi: 10.16078/j.tribology.2016.01.016
[摘要](815) [PDF 1860KB](964)
摘要:
采用球盘式高温摩擦磨损试验机, 对针对某特殊工况自行研制的一种新型热作模具钢在室温、200、400、500和600 ℃下进行干滑动摩擦磨损试验, 研究了该钢的磨损行为和磨损机制, 并测试了不同温度磨损后材料亚表 层的应变硬化区深度。结果表明: 随着环境温度的升高, 钢的磨损率呈现先升高, 后降低再升高的趋势; 摩擦系数随 着温度增加先降低后升高; 室温和200 ℃下磨损时其磨损机制主要为疲劳磨损; 随着环境温度升高到400和 500 ℃时, 磨损表面生成一层致密氧化物并随着温度升高而增厚, 呈轻微氧化磨损特征; 600 ℃时, 高温磨损表面的 氧化物层继续增厚, 但在试验载荷持续挤压下, 氧化层出现破裂剥落, 磨损率急剧升高, 表现为氧化磨损; 材料亚表 层在磨损后产生明显的应变硬化, 硬化效果随温度的升高先增强后减弱。

氯化橡胶涂层冲蚀磨损行为的研究
杨静, 周永生, 李良锋, 王恩泽, 王丽阁
2016, 36(1):110-116. doi: 10.16078/j.tribology.2016.01.017
[摘要](805) [PDF 4236KB](804)
摘要:
针对含有海砂的海水环境, 研究了氯化橡胶涂层在不同冲击角度、不同海砂浓度的环境中的冲蚀磨损行为 及机理。结果表明: 在含砂的海水环境中, 氯化橡胶涂层的最大冲蚀磨损量发生在冲蚀角度为67.5°, 最小冲蚀磨损 量发生在冲蚀角度为22.5°; 在不同冲蚀角度下, 冲蚀磨损量均随着海砂浓度的增加而增加; 低角度冲蚀磨损时, 涂 层的破坏形式主要以切削和犁削为主, 高角度下, 涂层的破坏形式则以变形与凿击为主。

有限长线接触弹流理论研究的最新进展
王志坚, 沈雪瑾, 陈晓阳, 周越, 华同曙
2016, 36(1):117-131. doi: 10.16078/j.tribology.2016.01.018
[摘要](864) [PDF 6844KB](1248)
摘要:
在课题组已发表综述的基础上查阅了近二十年来的公开文献, 系统总结了有限长线接触弹流理论的最新发 展, 着重介绍了现阶段有限长线接触弹流研究的主要方向, 包括热效应、非牛顿流体、偏歪斜工况、脂润滑、端部 自由表面、镀层、乏油等; 分析了最新的研究热点, 包括润滑分析与动力学分析的耦合、疲劳寿命的预测、并行算 法等问题; 给出了有限长弹流理论仍需深入研究的几个方面, 随着我国产品由量到质的转变, 精度、寿命的要求越 来越高, 如何方便的将理论研究移植到产品开发过程, 已经成为一个迫切需要解决的问题。

“润滑”之新解
周峰, 吴杨
2016, 36(1):132-136. doi: 10.16078/j.tribology.2016.01.019
[摘要](2112) [PDF 5953KB](1841)
摘要:
润湿与润滑分别属于两个不同的研究范畴, 但两者之间又有着必然的因果关系。本文简要介绍了表面“润” 与“滑”之间的关系; 并归纳出一般规律, 即, 对于固-固接触摩擦为“润”而“滑”, 而对于固-液接触摩擦为“润”而 “黏”,“去润”而“滑”.

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