2016年36卷2期

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气相生长碳纤维作为润滑脂导电填料的摩擦学性能研究
曹正锋, 夏延秋, 陈俊寰
2016, 36(2):137-144. doi: 10.16078/j.tribology.2016.02.001
[摘要](904) [PDF 14723KB](611)
摘要:
以聚环氧乙烷聚环氧丙烷单丁基醚(PAG)为基础油和聚四氟乙烯为稠化剂,分别以气相生长碳纤维(VGCF)、银粉和铜粉作为导电填料,制备了电力复合脂.采用GEST-121型体积表面电阻率测试仪测定了润滑脂的体积电阻率,往复摩擦磨损试验机考察三种导电填料对润滑脂摩擦磨损性能的影响,用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察并分析了磨痕表面形貌和主要元素.结果表明:在室温和100℃下,含有VGCF的电力复合脂均具有较低的体积电阻率;这种润滑脂还具有优异的润滑性能,当VGCF添加质量分数为1.5%时,具有最优的减摩和抗磨性能.

表面织构对重载线接触条件下40Cr钢摩擦性能的影响
董帮源, 刘小君, 王静, 刘焜
2016, 36(2):145-152. doi: 10.16078/j.tribology.2016.02.002
[摘要](864) [PDF 11594KB](639)
摘要:
利用激光微造型技术在环形试样表面加工出直径在20μm到80μm之间,且具有相同深度和面积占有率的圆凹坑,通过Talysurf CCI Lite非接触式三维光学轮廓仪测量试样表面,并采用ISO 25178参数对各试样表面进行三维表征,最后利用JPM-1双盘磨损试验机,在重载条件下(赫兹接触压力≥1 GPa)研究各组试样在不同工况下的摩擦特性及表面三维形貌参数对摩擦学性能的影响.试验结果说明:直径为80μm和20μm的织构表面润滑效果优于光滑表面.载荷、转速、滑滚比对摩擦系数的影响具有一定的规律性,且不同的工况下呈现的规律有所差别,在高速低载大滑滚比条件下,织构表面对提高摩擦副润滑效果最为显著,还进一步探索了表面三维表征参数SaVvSpcVmpVxp与重载条件下40Cr钢摩擦特性的关系.

谐波减速器柔性轴承混合润滑分析
关健, 王家序, 韩彦峰, 李俊阳, 肖科
2016, 36(2):153-160. doi: 10.16078/j.tribology.2016.02.003
[摘要](822) [PDF 16787KB](371)
摘要:
以谐波减速器FB815型柔性球轴承为研究对象,基于赫兹接触理论和弹流润滑理论,建立了柔性球轴承的混合润滑数学模型,并对滚珠和内圈滚道的接触区进行了摩擦学性能分析.通过研究承载区滚珠在额定工况下的油膜厚度、压力、膜厚比等润滑参数,得到了危险点分布位置,并研究了载荷、转速、温度等因素对危险点润滑性能的影响.研究结果表明:在一定范围内,适当提高转速和降低温度能够有效减小疲劳点蚀,提高柔性轴承的可靠性和使用寿命.

离子液体作为钢-聚四氟乙烯润滑剂的摩擦学性能研究
郭月霞, 乔旦, 韩云燕, 张霖, 冯大鹏, 石雷
2016, 36(2):161-168. doi: 10.16078/j.tribology.2016.02.004
[摘要](593) [PDF 22912KB](369)
摘要:
采用微动摩擦磨损试验机考察了不同条件下三种离子液体作为钢/聚四氟乙烯润滑剂的摩擦学性能,并与传统润滑油聚α-烯烃(PAO)及干摩擦条件下的摩擦学性能做了对比.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:在变载变频试验条件下,三种离子液体与PAO的减摩抗磨性能相当;而在长磨试验条件下,离子液体均表现出优于PAO的摩擦学性能.原因是离子液体分子中的N、P、O等活性元素在摩擦过程中与聚四氟乙烯基底发生了摩擦化学反应,形成了具有润滑作用的化合物边界润滑膜,有效抑制了摩擦副的直接接触,而且该润滑膜的性能优于PAO润滑下形成的保护膜,从而使离子液体表现出优于PAO的摩擦学性能.

振动辅助磁力研磨超硬精密Al2O3陶瓷管内表面试验研究
韩冰, 云昊, 陈燕, 廖明
2016, 36(2):169-176. doi: 10.16078/j.tribology.2016.02.005
[摘要](645) [PDF 32942KB](330)
摘要:
针对普通磁力研磨超硬精密Al2O3陶瓷管内表面加工效率低且纹理不均匀的问题,提出了一种振动辅助磁力研磨的技术.采用曲柄滑块振动机构和超声振动机构辅助磁力研磨,通过改变磁粒刷的运动轨迹,实现对陶瓷管内表面的高效精密加工.对比施加振动前后表面加工质量和加工效率的变化,利用单因素试验分析了振幅和振动频率对表面加工质量和加工效率的影响规律.试验结果表明:振动辅助磁力研磨技术实现了对超硬精密Al2O3陶瓷管内表面的高效精密加工,相比普通磁力研磨,经过50 min的加工,超声振动辅助磁力研磨效果最好,加工效率提高70%,表面粗糙度Ra由平均1.1μm降至0.03μm以下;采用高频率小振幅的振动更有利于加工效率和表面加工质量的同时提高.

GM-3摩擦衬垫动态滑移过程中的摩擦机理研究
郝田青, 张德坤, 陈凯, 郭永波
2016, 36(2):177-184. doi: 10.16078/j.tribology.2016.02.006
[摘要](713) [PDF 56331KB](369)
摘要:
采用GM-3摩擦衬垫与高强度透明钢化玻璃为摩擦副,在Rtec摩擦磨损试验机上进行往复滑动摩擦试验,使用高速显微摄像仪(VW9000)对接触摩擦界面进行实时原位观测,并利用灰度法计算接触界面的实际接触面积,探究GM-3摩擦衬垫的磨损机理.结果表明:GM-3摩擦衬垫的摩擦系数与实际接触面积呈正相关关系;其初期磨损机理主要为磨粒磨损和黏着磨损,后期为疲劳磨损和黏着磨损;初期磨粒磨损会导致摩擦系数增加;卷筒状磨屑生成过程中摩擦系数变大,随后细小的磨屑聚集尺寸变大,数量变少,摩擦系数趋于稳定.

摩擦诱导生物燃料碳烟微粒组分与结构变化机制研究
胡恩柱, 胡坤宏, 徐勇, 胡献国, 陈冬冬, 程振飞, 吴东
2016, 36(2):185-193. doi: 10.16078/j.tribology.2016.02.007
[摘要](829) [PDF 22695KB](339)
摘要:
摩擦会诱导碳烟微粒参与润滑膜形成,但对润滑界面碳烟微粒组分和结构变化研究较少.为了进一步丰富碳烟摩擦学理论,在端面摩擦试验机上,分别以3%(质量分数)生物燃料碳烟(BS)污染的液体石蜡和CD SAE 15W-40全配方油为润滑油,探索了摩擦力诱导及TiF3和FeF3的催化作用下, BS微粒组分和结构的变化情况.利用XPS对摩痕区域表面膜碳元素Csp2和Csp3含量进行了定性定量表征;利用拉曼光谱仪分析了表面膜碳烟微粒结构变化,并对BS微粒组分和结构变化机制进行了讨论.结果表明:在294 N、1500 r/min,催化剂TiF3和FeF3存在下,无定型碳含量降低(R3降低),表面有序化石墨烯含量明显增多(ID2/IG'增加),表面石墨烯缺陷位点明显增多(ID1/IG').碳烟微粒在摩擦剪切及摩擦热的作用下,其外层结构容易发生剥离并在摩擦副表面形成润滑膜,然后因TiF3和FeF3的催化作用,润滑膜中碳元素会向有序化石墨烯转化.

干态下车轮材料表面疲劳裂纹萌生试验研究
黄育斌, 何成刚, 马蕾, 赵相吉, 王文健, 刘启跃
2016, 36(2):194-200. doi: 10.16078/j.tribology.2016.02.008
[摘要](690) [PDF 16888KB](413)
摘要:
利用WR-1轮轨滚动磨损试验机,结合安定极限理论研究了干态下影响车轮材料表面疲劳裂纹萌生与扩展的因素,探究了表面疲劳损伤形成机理和演变规律.结果表明:随垂向力、横向力和冲角增大,表面疲劳裂纹越容易萌生扩展;冲角对表面疲劳裂纹的萌生与扩展起着重要作用,大冲角下斜线状表面疲劳裂纹萌生扩展明显;只有横向力而不存在冲角时,试样表面不会出现斜线状表面疲劳损伤;车轮试样在周期性循环载荷作用下在表面先形成塑性流动,然后沿轮轨表面切向力方向扩展成斜线状的表面疲劳起皮剥落损伤;垂向力是影响表面裂纹萌生时间的重要因素之一.

硫代磷酸咪唑盐作为菜籽油抗磨添加剂
李金龙, 李春生, 王建华, 张文田
2016, 36(2):201-206. doi: 10.16078/j.tribology.2016.02.009
[摘要](647) [PDF 13831KB](450)
摘要:
菜籽油作为环境友好润滑剂正逐步得到应用.本文中合成了两种烷基硫代磷酸咪唑盐作为菜籽油无灰抗磨剂(分别记为PS8-8和PS8-12),并与常用的二丁基二硫代磷酸叔辛胺盐(P-DDP)抗磨剂相比较.四球试验和磨斑形貌分析结果表明,新合成的两种添加剂均具有较好的极压抗磨性能,摩擦系数从0.11降低至0.07,磨斑直径从0.82 mm减小至0.28 mm, PB值从490 N增加至981 N.能谱分析结果表明,在摩擦过程中添加剂中的P和S元素与基底反应形成了相应的盐,提高了菜籽油的摩擦学性能.新合成的硫代磷酸咪唑盐是一类性能优异的菜籽油极压抗磨添加剂,有可能作为菜籽油添加剂获得实际应用.

葫芦形微凹坑对不锈钢表面摩擦学性能的影响
李俊玲, 陈平, 邵天敏, 项欣
2016, 36(2):207-214. doi: 10.16078/j.tribology.2016.02.010
[摘要](729) [PDF 21638KB](408)
摘要:
本文中利用皮秒激光系统对不锈钢表面进行织构化处理,通过Fluent有限元软件和UMT-2摩擦磨损试验机分析了非规则对称葫芦形织构表面的摩擦学性能,并与具有规则对称性的圆凹坑织构试样及光滑织构试样进行对比,同时利用S-3400 N扫描电镜观察试样表面的磨痕形貌.结果表明:润滑状态下葫芦形正方向织构试样的摩擦系数要明显低于圆凹坑织构试样及无织构光滑试样,葫芦形反方向织构试样的摩擦系数与圆凹坑织构试样相近.这主要是由于织构形状及润滑液流动方向对织构试样产生流体动压效应的影响较大.因此,在润滑液流动方向上,扩大织构自身形状的收敛区间可以强化织构的流体动压效应,这一结论将为进一步优化织构形状提供有力参考.

汽车法兰盘热锻模具磨损失效的实验分析和数值研究
施渊吉, 黎军顽, 吴晓春, 左鹏鹏, 周路海
2016, 36(2):215-225. doi: 10.16078/j.tribology.2016.02.011
[摘要](614) [PDF 20164KB](362)
摘要:
采用扫描白光干涉仪和扫描电镜对汽车法兰盘热锻模具的表面磨损形貌进行观察,分析其磨损失效机理.同时,基于Archard磨损模型,建立热模锻过程的热-力耦合有限元模型,研究模具预热温度、锻造速率和模具热处理工艺等因素对模具磨损的影响.结果表明,锻后模具表面出现黏着磨损、氧化磨损和磨粒磨损现象,其中磨粒磨损造成的模具损伤程度最高,最大磨损深度约为100μm;数值分析表明,当模具预热温度为250℃,锻造速率为300 mm/s时,锻后模具最高温度低于模具材料AISI H13钢的许用温度(620℃),且模具磨损深度达到最低水平;相比于淬回火热处理工艺,采用离子渗氮处理可使锻后模具最大磨损深度由7.2×10-5 mm下降至1.3×10-5 mm,磨损幅度降低82%,模具服役寿命提高约5.5倍,模拟结果与实际生产情况吻合.

Cr/Cr2O3多层薄膜的制备、力学及摩擦学性能研究
王飞飞, 何乃如, 吉利, 李红轩, 冶银平, 周惠娣, 付英英, 陈建敏
2016, 36(2):226-232. doi: 10.16078/j.tribology.2016.02.012
[摘要](642) [PDF 41476KB](377)
摘要:
为了提高Cr2O3陶瓷薄膜的韧性及摩擦学性能,设计制备了Cr/Cr2O3软硬交替的多层薄膜,通过复配韧性层提高Cr2O3陶瓷薄膜的韧性及摩擦学性能,同时研究了调制周期对Cr/Cr2O3薄膜力学性能及摩擦学性能的影响.研究结果表明多层薄膜的韧性和第一临界载荷随调制周期的减小而增大,而其硬度随调制周期的减小而降低.调制周期为1075 nm的薄膜表现出了最好的综合性能,即薄膜具有较好的膜基结合强度、较高的韧性和硬度,同时薄膜具有最好的抗磨损性能.

温成形摩擦界面粉末润滑层宏微观特性的试验研究
王伟, 孔俊超, 顾伟, 刘焜
2016, 36(2):233-239. doi: 10.16078/j.tribology.2016.02.013
[摘要](662) [PDF 22996KB](310)
摘要:
温成形时加入润滑剂,可提高产品质量,降低变形力,延长模具的使用寿命.不同温度下润滑剂的性能不同,也影响加工界面的摩擦特性.通过将松散的石墨粉导入到面接触摩擦副间隙中,可以在轴向载荷和剪切力作用下形成减摩性能良好的粉末层,实现高温和高压成形过程的良好润滑.采用多功能摩擦磨损试验机研究温度对温成形粉末润滑界面的影响,对粉末润滑润滑的摩擦副表面进行电子显微镜观察、三维轮廓分析、能谱分析、元素含量分析及拉曼分析,获得温度影响温成形摩擦特性的现象和机理.结果表明:温度对温成形中粉末润滑界面的摩擦特性有很大影响,不同温度下摩擦系数发生改变,而粉末润滑层的平整性、完整性以及石墨有序化程度也随温度改变,而这些因素都是温度改变粉末润滑效果的内在原因.

火炮用PCrMo钢激光熔覆MoS2润滑涂层摩擦学性能研究
杨艳峰, 郑坚, 狄长春, 马吉胜, 崔凯波
2016, 36(2):240-246. doi: 10.16078/j.tribology.2016.02.014
[摘要](604) [PDF 7037KB](537)
摘要:
PCrMo钢是导致火炮系统故障的磨损失效零部件主要材料.为了提高零部件的寿命,将固体润滑技术引入火炮抗磨减磨设计中.选取8~10μm和3~5μm两种粒度下二硫化钼作为固体润滑材料,采用激光熔覆工艺在PCrMo钢试样表面制备润滑涂层.通过对涂层宏观性能表征,发现粒度小的涂层熔覆厚度较好;采用扫描电镜和能谱仪分别对涂层表面、剖面微观形貌和化学成分进行分析,发现涂层表面有凹坑产生,且凹坑中氧的含量明显高于光滑表面;涂层剖面与基体结合处存在一定的缝隙,涂层元素与基体元素发生了熔渗.进一步开展的摩擦磨损试验表明:与PCrMo钢裸基材试样相比,两种粒度下润滑涂层试样摩擦系数和磨损量皆降低,磨损量分别为14.84%和42.01%,其中大粒度下涂层摩擦性能较优.二硫化钼润滑涂层起到了很好的润滑效果,可以作为火炮磨损零部件减磨的有效手段.

磷酸盐激光玻璃在干燥空气和纯水下的摩擦磨损性能研究
叶嘉豪, 余家欣, 张文利, 张亚锋
2016, 36(2):247-253. doi: 10.16078/j.tribology.2016.02.015
[摘要](721) [PDF 24595KB](308)
摘要:
通过直线往复摩擦磨损试验机,采用氧化铝陶瓷球作为对摩副,对比研究了磷酸盐激光玻璃在干燥空气和纯水中的摩擦磨损性能.结果表明:纯水下的摩擦系数远小于干燥空气中,液态水在摩擦过程中起到了一定的润滑作用.同等载荷下,磷酸盐激光玻璃的磨损深度和磨损体积在纯水中远大于干燥空气下,水促进了玻璃的材料去除,该玻璃在水下以摩擦化学磨损为主.虽然玻璃在水中的磨损深度较深但是其次表面损伤较浅,这归因于水润滑下摩擦剪切应力的大幅度降低.而干燥环境下,由于纯机械作用,其磨损深度较小,材料损伤以裂纹滋生和脆性剥落为主,并同时引发严重的次表层损伤.

极端环境下7055铝合金摩擦磨损及表面质量研究
张平, 翟彦春, 王优强
2016, 36(2):254-260. doi: 10.16078/j.tribology.2016.02.016
[摘要](761) [PDF 36517KB](412)
摘要:
本文在-60℃和300℃两种极端环境下对经过二次时效处理的7055铝合金进行高速切削试验,采用超景深三维显微系统对刀具磨损形貌进行分析,用探针式三维表面形貌仪对切削加工表面形貌进行分析,并对切削前后的7055铝合金进行TEM微观组织分析,研究了7055铝合金在两种极端环境下的刀具摩擦磨损及表面质量.研究结果表明:在-60℃时,刀具磨损的主要形式为磨粒磨损,并出现崩刃,在300℃时,刀具磨损主要形式为氧化磨损和黏着磨损;在-60℃时,材料经过了深冷处理,硬度、脆性增强,切削加工表面质量较差;在300℃时,材料经过了回归热处理,脆硬性降低,韧性增强,切削过程中不断生成氧化膜,极大程度上提高了表面质量,延长了刀具寿命;-60℃时, TEM微观组织显示,材料弥散相变细小,在300℃时, TEM微观组织显示,材料弥散相出现大量消失,即发生回归现象.

时效处理对AA2099铝锂合金摩擦学行为的影响
张思远, 王军军, 马建军, 孟晓敏, 黄伟九, 张小彬
2016, 36(2):261-268. doi: 10.16078/j.tribology.2016.02.017
[摘要](634) [PDF 34259KB](411)
摘要:
研究了固溶及不同时效状态AA2099铝锂合金的力学性能、摩擦学行为及机理.结果表明:随时效时间的延长,摩擦系数先降低后升高,时效35 h时摩擦系数最低(0.137);磨损量单调减少,时效96 h合金的磨损率最低,为1.7×10-3 mm3/(N·m).固溶态和不同时效态的AA2099铝锂合金主要磨损机制均为磨粒磨损和黏着磨损.摩擦产物对摩擦系数有重要影响,时效35 h的合金摩擦产物分布均匀且连续,具有良好的减摩作用;合金的力学性能与磨痕浅层结构稳定性共同影响合金的磨损率,时效时间小于35 h,合金表面易形成发生剥落的结构,磨损量变化与传统认为的H/E变化不符,但随时效时间进一步延长,剥落减少,磨损量与H/E变化正相关.

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