2017年37卷3期

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两种螺旋角干气密封环端面摩擦特性试验研究
丁雪兴, 王平西, 魏龙, 金良, 陈金林
2017, 37(3):290-296. doi: 10.16078/j.tribology.2017.03.002
[摘要](235) [HTML全文] (80) [PDF 3923KB](7)
摘要:
干气密封环端面的接触摩擦不容忽视,在槽型设计与优化时也应该考虑端面的摩擦特性. 利用端面摩擦磨损试验机,分别对16°和18°两种螺旋角的螺旋槽干气密封环进行测试,通过对比分析磨损量、摩擦温度、摩擦系数以及表面粗糙度来讨论密封环的摩擦特性和两种螺旋角对端面摩擦性能的影响. 结果表明:18°螺旋角试验的磨损量、摩擦温升和摩擦系数均稍大于16°螺旋角试验,说明18°螺旋角试件的磨损比16°螺旋角的更加剧烈;石墨环被螺旋槽覆盖的外圈粗糙度的变化有较大的差异,内圈粗糙度变化相似,说明槽型参数的改变对石墨环磨损的影响主要体现在外圈. 试验结果为今后端面摩擦学性能的研究及槽型优化提供了依据.

石墨烯/TiO2陶瓷薄膜的制备及其摩擦学性能研究
方燕洁, 白涛
2017, 37(3):297-304. doi: 10.16078/j.tribology.2017.03.003
[摘要](247) [HTML全文] (89) [PDF 1542KB](8)
摘要:
采用溶胶-凝胶技术制备石墨烯/TiO2陶瓷薄膜,用场发射扫描电镜(FESEM)对其表面形貌进行表征,用X射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射(UV-vis)对其组成成分进行分析,利用高速往复式摩擦磨损试验仪考察石墨烯/TiO2陶瓷薄膜的表面摩擦学性能. 试验表明:石墨烯存在于陶瓷膜表面及层间;陶瓷薄膜经过热处理后,石墨烯并未发生氧化. 陶瓷薄膜具有良好的减摩特性,其摩擦系数可低于0.1;随石墨烯含量上升,摩擦系数呈降低趋势;同时其耐磨性良好,36 000次往复摩擦后,陶瓷薄膜保持其完整性.

电沉积Ni-W梯度镀层及耐磨性研究
冯佩
2017, 37(3):305-309. doi: 10.16078/j.tribology.2017.03.004
[摘要](222) [HTML全文] (106) [PDF 4920KB](3)
摘要:
通过电沉积技术并调节镀液中镍钨离子配比浓度在铝合金基体表面制备了Ni-W梯度镀层,研究了镀层中W质量分数的变化对梯度镀层性能的影响. 结果表明:所制备梯度镀层表面均匀平整,与基体结合良好,沿镀层生长方向W质量分数逐层增加;相比于Ni-W均质合金,Ni-W梯度镀层具有较低的摩擦系数,磨损形貌较为平整,表面剥落少,表现出较好的耐摩擦磨损性能.

Al-DLC薄膜结构及其在水介质下摩擦学性能研究
韩熙, 郑建云, 张帅拓, 刘金玉, 郝俊英
2017, 37(3):310-317. doi: 10.16078/j.tribology.2017.03.005
[摘要](209) [HTML全文] (74) [PDF 4228KB](5)
摘要:
采用磁控溅射技术,以Al为溅射靶材,甲烷为溅射气体,在不同射频功率下制备了一系列Al含量不同的类金刚石碳基薄膜(AL-DLC). 分析了Al含量对薄膜成分、结构及机械性能的影响,并探讨了其在空气和水介质下的摩擦磨损行为. 结果表明:Al掺杂使得薄膜中sp3-C的生长受到抑制,sp2-C增加,表面吸附水分子能力变强,在水介质摩擦过程中的剪切阻力变小,从而使得摩擦磨损减小. 通过调整射频功率可以对薄膜中Al含量进行调控,在最优Al含量时,Al-DLC在空气和水介质中均具有优异的摩擦学性能.

钛合金表面MAO/粘接PTFE涂层的真空摩擦学性能
胡汉军, 周晖, 曹珍, 冯兴国, 张凯锋, 郑玉刚, 霍丽霞
2017, 37(3):318-324. doi: 10.16078/j.tribology.2017.03.006
[摘要](221) [HTML全文] (86) [PDF 9398KB](5)
摘要:
采用真空球盘摩擦试验机,分别在低载、中载和重载工况下测试了一种MAO/粘接PTFE复合涂层的摩擦学性能. 结果表明:微弧氧化层提升了基底抵抗变形的能力,确保了摩擦过程中粘接PTFE涂层与基底结合状态的稳定,并且在原位生长过程中继承了金属表面原有的机械加工形貌,形成了特殊的“波峰”与“波谷”交替并存的“波状”多孔地形. “波峰”与孔壁作为与摩擦对偶接触的硬质区域起承载和耐磨损作用,“波谷”和微孔作为与摩擦对偶接触的软质区域起贮存润滑剂与提供转移膜的作用. 在两者的耐磨-减摩协同作用下,MAO/粘接PTFE复合涂层在不同接触应力条件下的摩擦学寿命较传统的喷砂/粘接PTFE的摩擦学寿命有了极大提升.

缓蚀剂1,2,4-三唑在铜CMP过程中的作用机理
李静, 贺庆强, 王同庆
2017, 37(3):333-339. doi: 10.16078/j.tribology.2017.03.008
[摘要](212) [HTML全文] (81) [PDF 3637KB](4)
摘要:
基于静态腐蚀试验和Arrhenius公式,探讨了缓蚀剂1,2,4-三唑在铜晶圆表面的吸附机制,分析了其对铜晶圆表面化学反应活化能的影响;结合CMP试验,阐释了BTA和1,2,4-三唑两种缓蚀剂对CMP材料去除速率的影响. 结果表明:在酸性抛光液中,缓蚀剂1,2,4-三唑主要存在两种缓蚀机制:一是在铜表面形成吸附膜Cu:(1,2,4-TAH)ads,二是形成聚合物膜Cu(1,2,4-TA)2. CMP过程中化学反应活化能的降低量不随抛光液中1,2,4-三唑的含量而变化. 但是相对于BTA,使用含有1,2,4-三唑的抛光液时CMP过程中晶圆表面的化学反应活化能降低量较大,表明机械促进化学作用较强. 本研究结果为CMP过程中抛光液的优化提供了理论支撑.

单个微油滴弹流润滑行为的试验研究
刘成龙, 栗心明, 郭峰, 李书义, 万勇
2017, 37(3):340-347. doi: 10.16078/j.tribology.2017.03.009
[摘要](207) [HTML全文] (85) [PDF 15740KB](5)
摘要:
利用光干涉技术研究了微油滴通过弹流润滑接触区的润滑行为,考察了油滴大小、卷吸速度和载荷等因素的影响. 结果表明微油滴在入口区域因挤压或毛细力效应发生表面积扩展,从而影响润滑膜的形成. 油滴越大,挤压扩展直径越大,形成的膜厚越大. 卷吸速度越高,入口处微油滴表面积扩展越不充分,仅接触区局部形成油膜,微油滴在接触表面挤压出凹坑穿过接触区.

氟化非晶碳基薄膜摩擦学行为对配副材料的依赖性
王福, 鲁志斌, 张广安, 王立平, 薛群基
2017, 37(3):357-363. doi: 10.16078/j.tribology.2017.03.011
[摘要](204) [HTML全文] (79) [PDF 1263KB](3)
摘要:
为了系统研究氟掺杂对非晶碳基薄膜摩擦学行为的影响,以C2H2和CF4为气源,通过等离子体增强化学气相沉积方法制备不同F含量的非晶碳基薄膜. 采用XPS、SEM、Raman光谱以及纳米压痕等技术测定薄膜的微观结构、化学组成和力学性能,利用球-盘式往复摩擦试验机评价薄膜与不同配副材料的摩擦磨损性能. 结果显示:较低F含量并未显著影响薄膜与强碳黏着对偶Ti、WC和Si3N4的摩擦系数;少量F原子掺杂明显增加了薄膜与弱碳黏着对偶ZrO2和Al2O3的摩擦系数;薄膜与GCr15对偶的摩擦系数随F含量增加而明显升高;高F含量导致薄膜与Cu对偶的摩擦系数产生明显波动,而导致薄膜与Al对偶的摩擦系数显著增加;值得注意的是,高F含量薄膜在不同体系中都表现出高摩擦低磨损的特点. 高活性F原子与对偶材料的摩擦化学作用能够合理解释不同体系摩擦学行为.

含Cr铜基粉末冶金摩擦材料的磨损图研究
王奇, 姚萍屏, 周海滨, 贡太敏, 樊坤阳, 凌攀, 李昆
2017, 37(3):364-371. doi: 10.16078/j.tribology.2017.03.012
[摘要](215) [HTML全文] (91) [PDF 4595KB](7)
摘要:
利用粉末冶金技术制备出铜基粉末冶金摩擦材料,研究在干摩擦条件下,制动能量和摩擦组元Cr含量变化对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能及磨损图的影响. 根据线磨损量的变化,构建出以制动能量和摩擦组元Cr含量为变量的线磨损量图,主要包含三个区域:低磨损区、中磨损区和高磨损区,并建立出各区域边界转变方程;结合磨损表面、亚表面以及磨屑形貌的观察与分析,确定线磨损量图中各区域的主导磨损机理,由此建立出对应线磨损量图的磨损机理图,即犁削和轻微氧化磨损(低磨损区);严重氧化磨损和犁削(中磨损区);剥层磨损(高磨损区). 希望该磨损图为含Cr铜基粉末冶金摩擦材料的实际应用提供一定的理论参考.

基于PID方法的可倾瓦推力轴承分析
王悦昶, 刘莹, 王占朝, 王玉明
2017, 37(3):372-378. doi: 10.16078/j.tribology.2017.03.013
[摘要](209) [HTML全文] (56) [PDF 2428KB](1)
摘要:
使用PID方法控制可倾瓦推力轴承流场求解中轴瓦倾角和支点膜厚的迭代,实现了力和力矩平衡同步收敛. 以光滑及粗糙表面下可倾瓦推力轴承流场求解为例,对比PID方法和传统方法,PID法编程便捷,计算效率高,同时能够反映可倾瓦推理轴承的刚度特性. 考虑表面粗糙度时,PID法能够求解传统方法不收敛的问题.

掺W类金刚石薄膜的高温摩擦学行为
许伟, 代明江, 林松盛, 侯惠君, 李洪, 周克崧
2017, 37(3):379-386. doi: 10.16078/j.tribology.2017.03.014
[摘要](201) [HTML全文] (79) [PDF 6476KB](4)
摘要:
采用阳极层流型离子源结合非平衡磁控溅射技术制备了含氢掺钨类金刚石(W-DLC)薄膜,利用TEM、SEM、XRD、Raman光谱仪和摩擦磨损试验机等方法分析了薄膜的结构、形貌以及在高温下的摩擦学性能,探讨了W-DLC薄膜在高温下摩擦磨损行为作用机理. 结果表明:W-DLC薄膜中钨原子以WC1-x纳米晶团簇的形式随机分布于碳基质中,增强了薄膜的韧性. W-DLC薄膜在25~200 ℃范围内的摩擦系数可稳定在0.1以下,在300 ℃时的摩擦系数则高达0.5,当试验温度进一步升高到400 ℃时,薄膜的摩擦系数反而降低至0.3左右,当试验温度升高到500 ℃时,W-DLC薄膜中的W被氧化生成WO3和摩擦诱导生成的石墨共同作用,使得薄膜的摩擦系数降到0.15左右,说明W-DLC薄膜在高温下仍然具有优异的减摩特性. 然而,W-DLC薄膜的磨损率在25~500 ℃范围内表现出随着温度的升高而不断增大的趋势.

调制比对WSx/a-C多层膜微观组织及摩擦学性能的影响
杨芳儿, 鲁叶, 李昂, 沈靖枫, 郑晓华
2017, 37(3):387-394. doi: 10.16078/j.tribology.2017.03.015
[摘要](174) [HTML全文] (88) [PDF 4306KB](2)
摘要:
采用磁控溅射交替溅射WS2和石墨靶,在200 ℃的Si基体上制备了不同调制比的WSx/a-C多层膜(调制周期约为20 nm). 利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子谱(XPS)等手段表征了多层膜的微观结构;采用纳米压痕仪、薄膜应力测试仪、涂层附着力划痕仪和球盘式摩擦磨损试验机测试多层膜的机械性能及大气中的的摩擦磨损性能. 结果表明:WSx/a-C多层膜表面平整、结构致密,S/W比在0.92~0.97范围内波动,WSx子层以微晶的形式存在,WSx/a-C相界面处形成了WC相. 随着调制比的增加,多层膜的硬度由7.8 GPa升高至9.0 GPa,膜内压应力先减小后增大,结合力单调减小,摩擦系数由0.18增至0.29,磨损率迅速升高. 调制比为1∶39的多层膜的摩擦学性能最佳,其磨损率约为6.1×10–15 m3/(N·m).

氧化铝/钼自润滑结构陶瓷表面三维复合润滑层的制备与摩擦学性能研究
方媛, 樊恒中, 张永胜, 宋俊杰, 胡丽天
2017, 37(3):395-401. doi: 10.16078/j.tribology.2017.03.016
[摘要](228) [HTML全文] (71) [PDF 9256KB](11)
摘要:
应用先进的激光表面加工技术,在Al2O3/Mo层状自润滑结构陶瓷表面制备了微坑型织构. 将织构图案作为固体润滑剂的贮存槽,通过在其中引入固体润滑剂形成三维复合润滑层. 考察了复配润滑剂对织构化氧化铝/钼复合陶瓷在室温至800 ℃连续加热过程中的协同润滑作用,并通过磨损表面分析探讨了其在宽温域下的润滑机理. 结果表明:通过集成固体润滑剂优异的减摩抗磨性能和微织构特殊的结构特征,可使氧化铝/钼复合陶瓷在室温、中温区域的摩擦学性能得到显著改善,实现了材料在较宽温度范围内的连续润滑. 复合Graphite/BaSO4/CaF2-BaF2的表面在室温至800 ℃ 温度范围内的摩擦系数均保持在0.45以下.

氟化石墨烯的制备及其作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究
郑帅周, 周琦, 杨生荣, 杨志刚, 王金清
2017, 37(3):402-408. doi: 10.16078/j.tribology.2017.03.017
[摘要](209) [HTML全文] (82) [PDF 6590KB](5)
摘要:
采用球磨的方法制备了少层氟化石墨烯薄片,利用原子力显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪对其微观形貌和组成结构进行了表征分析,使用SRV-Ⅳ高温摩擦磨损试验机考察了氟化石墨烯片作为润滑油添加剂的摩擦学性能. 结果表明:氟化石墨烯可以明显提高润滑油的承载能力和抗磨损性能,当添加浓度为0.30 mg/ml时,润滑油的抗磨损性能最佳.

新型水溶性润滑添加剂的研究进展
郑哲, 方建华, 王建华, 江泽琦, 丁建华
2017, 37(3):409-420. doi: 10.16078/j.tribology.2017.03.018
[摘要](759) [HTML全文] (400) [PDF 3917KB](19)
摘要:
在工业润滑领域中,水溶性润滑添加剂决定着水基润滑体系的性能. 近年来一些具有特殊结构与组成的新型水基润滑添加剂表现出了优异的使用性能和广阔的应用前景. 本文作者从摩擦学特性和润滑机理出发,分别综述了国内外关于纳米微粒、含氮杂环化合物、高分子聚合物和离子液体等材料作为水溶性润滑添加剂的研究进展,分析了当前研究中存在的问题,并对其发展趋势进行了展望.

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