2018年38卷1期

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PU/PMMA IPNs复合材料的摩擦学性能和阻尼性能研究
谢海, 陈守兵, 王廷梅, 王齐华
2018, 38(1):1-7. doi: 10.16078/j.tribology.2018.01.001
[摘要](1022) [HTML全文] (301) [PDF 5639KB](25)
摘要:
聚合物互穿网络(IPNs),结构可调且设计性强,是制备具有阻尼减振效果兼具海水润滑特性复合材料的一种有效选择. 本研究中设计合成了一系列组成成分不同的基于聚四氢呋喃二元醇(PTMG)-聚氨酯(PU)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的互穿网络结构(IPNs),并系统研究了PU/PMMA IPNs在海水润滑条件下的摩擦学性能及其阻尼性能. 结果表明:随着PU含量的增加,其摩擦系数和磨损率均显著降低,当PU与PMMA的组成比例为60/40时,复合材料的摩擦系数降低至0.15,质量磨损率0.10%;同时材料的阻尼因子从0.77降至0.24,有效阻尼温域从40 ℃降至25 ℃,阻尼性能呈下降趋势.

磨料水射流冲蚀金属损伤形貌特征及机理研究
陈晓晨, 邓松圣, 管金发, 陈明, 陈雁
2018, 38(1):8-16. doi: 10.16078/j.tribology.2018.01.002
[摘要](598) [HTML全文] (756) [PDF 5564KB](18)
摘要:
针对前混合磨料水射流冲蚀过程,进行了冲蚀试验及仿真研究. 从试验中得到了材料冲蚀损伤形貌特征. 采用SPH耦合FEM方法建立相应的冲蚀模型,对材料冲蚀过程进行模拟分析,揭示了材料损伤形貌特征产生的机理. 结果表明:随着冲蚀深度的增加,磨料颗粒的冲蚀动能逐渐减小,冲蚀角度逐渐增大,材料冲蚀损伤由微切削和微犁削逐渐变为冲击变形,材料冲蚀损伤断面的形貌特征逐渐恶化,具体表现为拖尾角和表面粗糙度逐渐增大. 不同金属材料损伤断面形貌特征具有相似性,但是金属材料属性的差异会对磨料冲蚀过程产生影响,导致条纹在材料损伤断面上的分布和条纹角度出现差异. 由于材料损伤形貌特征受控于磨料颗粒运动特性,因此材料冲蚀断面质量改善应该从改变磨料颗粒运动特性角度出发,这为进一步研究材料冲蚀断面质量改进奠定了理论基础.

球形WC增强铁基复合等离子堆焊层的组织与摩擦学性能
范丽, 陈海龑, 刘珊珊, 董耀华, 董丽华, 尹衍升
2018, 38(1):17-27. doi: 10.16078/j.tribology.2018.01.003
[摘要](933) [HTML全文] (828) [PDF 5793KB](21)
摘要:
为提高304不锈钢的摩擦学性能,将质量分数为30%和60%的球形WC添加到铁基复合粉末,采用等离子堆焊技术在其表面制备了WC增强铁基复合涂层. 分析其显微组织结构、物相和显微硬度,在恒定载荷(50 N)和滑动速度(20 mm/s)下进行干摩擦磨损试验,研究其干滑动摩擦学性能. 结果表明:富含Cr的固溶强化奥氏体、高硬度的Cr7C3和WC增强相的存在,提高了WC增强铁基堆焊层的硬度,30% WC和60% WC涂层的显微硬度达到HV0.2665和HV0.2724,比铁基涂层提高了21.1%和31.9%,是304基体的3.7和4倍;30% WC和60% WC涂层的摩擦系数和磨损率分别为0.59和2.639×10–6 mm3·N–1·m–1,0.42和1.111×10–6 mm3·N–1·m–1. 30% WC和60% WC涂层均表现出优异的耐磨性能,其磨损机理分别为黏着磨损和二体磨粒磨损的混合机制,和三体磨粒磨损.

仿生微胶囊复合水润滑轴承材料的摩擦性能研究
杨宗榕, 郭智威, 袁成清
2018, 38(1):28-36. doi: 10.16078/j.tribology.2018.01.004
[摘要](659) [HTML全文] (382) [PDF 19619KB](14)
摘要:
水润滑尾轴承在低速重载的工况下常出现严重磨损的情况. 为降低润滑不良造成的尾轴承磨损,本文中通过观察铁犁木表面结构,分析其自润滑机理,设计出仿生微胶囊复合水润滑轴承材料. 复合材料以高密度聚乙烯为基底材料,含基础油的仿生微胶囊为添加剂,采用共混的方式加工成型. 使用CBZ-1船舶轴系摩擦磨损试验机研究了仿生微胶囊复合材料在不同试验工况下的摩擦性能. 通过分析复合材料的磨损量和表面形貌参数,得出复合材料的磨损机理. 结果表明:试验工况条件下,仿生微胶囊复合材料能够提升材料的摩擦学性能,其中当仿生微胶囊质量分数为3%时提升效果最明显. 该研究为仿生水润滑材料的结构设计以及性能提升等提供试验依据.

SUS304奥氏体不锈钢摩擦跑和阶段的摩擦表面层演变及其对摩擦行为的影响
江俊佑, 李秀艳
2018, 38(1):37-43. doi: 10.16078/j.tribology.2018.01.005
[摘要](500) [HTML全文] (849) [PDF 1544KB](16)
摘要:
跑合阶段材料的形变过程与组织变化对材料的摩擦行为有重要影响. 试验以SUS304奥氏体不锈钢和WC-Co硬质合金球为对摩副,采用50 N载荷进行干摩擦试验,对跑合初期磨痕表面粗糙度、氧含量、硬度、形貌、物相以及磨痕截面硬度等分布进行了观察与测量. 结果显示:摩擦的最初4个周次,SUS304不锈钢表层发生剧烈的马氏体相变以及塑性变形,导致磨痕表面迅速粗化并生成磨屑,这对随后SUS304不锈钢跑合阶段的摩擦行为产生了重要影响. 在后续的摩擦过程中,SUS304不锈钢表层和亚表层组织逐渐演化,形成较为稳定的结构,使得摩擦过程进入稳态.

电磁场作用下菜籽油的摩擦学性能研究
江泽琦, 方建华, 陈飞, 冯彦寒, 王鑫, 陈波水, 谷科城, 刘坪
2018, 38(1):44-50. doi: 10.16078/j.tribology.2018.01.006
[摘要](727) [HTML全文] (676) [PDF 1739KB](12)
摘要:
使用改进后的四球摩擦磨损试验机考察了不同电磁场强度和不同载荷条件下菜籽油的摩擦学性能,结合扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了磨斑的表面形貌及表面典型元素的化学状态,并对摩擦学机理进行了初步探讨. 结果表明:在所考察的工况下,电磁场有利于改善菜籽油的抗磨减摩性能,其强度越大,对菜籽油抗磨减摩性能的改善效果越好;电磁场通过促进吸附膜的吸附作用和O元素与金属表面作用,有利于在磨斑表面生成更厚、更致密的摩擦化学反应膜,从而增强了菜籽油的抗磨减摩性能;不同强度的电磁场可能会改变长链菜籽油分子在摩擦界面的吸附形态而影响其减摩性能.

载荷对MoS2/C复合薄膜摩擦学行为的影响
蔡胜, 郭鹏, 左潇, 张栋, 智理, 柯培玲, 汪爱英
2018, 38(1):51-58. doi: 10.16078/j.tribology.2018.01.007
[摘要](524) [HTML全文] (833) [PDF 3080KB](26)
摘要:
采用直流磁控溅射与高功率磁脉冲磁控溅射制备了以Ti为过渡层的MoS2/C复合薄膜,并对其结构、组分、力学性能以及摩擦学行为进行了研究. 摩擦测试结果表明:载荷增加时,摩擦系数与磨损率呈规律性降低趋势;通过赫兹接触模型对平均摩擦系数进行分析拟合,发现载荷的变化带来赫兹接触面积与接触压强的不同,导致了摩擦系数的变化;通过对摩擦产物的拉曼光谱分析发现不同载荷对非晶碳石墨化程度影响不明显;借助透射电子显微镜对转移膜的微结构进行分析,发现转移膜主要是排列有序且基面平行于滑移界面的MoS2层,使其在较高载荷下仍具有低的剪切强度,因而获得低的摩擦系数. 进一步采用同一磨球、磨痕体系从高载荷到低载荷变化的连续摩擦验证式试验,可以得出,MoS2/C复合薄膜在所有高载荷条件下获得低摩擦系数,赫兹接触起着主导作用.

AISI 4340钢干滑动摩擦磨损特性研究
马红帅, 梁国星, 吕明, 黄永贵, 韩阳
2018, 38(1):59-66. doi: 10.16078/j.tribology.2018.01.008
[摘要](652) [HTML全文] (640) [PDF 2069KB](47)
摘要:
室温条件下,采用CFT-Ⅰ型多功能材料表面综合性能测试仪对AISI 4340钢进行了往复干摩擦磨损试验,研究了其摩擦磨损特性. 采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对磨痕和亚表层进行了观察和检测,分析了磨损表面微观形貌、亚表层塑性变形和碳氧元素含量演化. 结果表明:磨损形式以磨粒磨损为主,并伴随轻微黏着磨损和剥落磨损;磨损表面分布着长度、宽度、深度不一的划痕以及鳞片状和颗粒状磨屑;磨损表面出现轻微氧化,磨屑呈现不同程度的碳富集和氧化;亚表层出现明显摩擦影响层,距表层越近,塑性变形越明显,晶界角逐渐汇聚于表面,在表面处趋于平行;往复运动导致塑性变形方向不一致,磨痕中部,塑性变形向某位置聚集.

载荷和电压对纯铜滚动载流摩擦学性能的影响
岳洋, 孙逸翔, 孙毓明, 宋晨飞, 逄显娟, 张永振
2018, 38(1):67-74. doi: 10.16078/j.tribology.2018.01.009
[摘要](631) [HTML全文] (401) [PDF 0KB](8)
摘要:
基于FTM-CF100型滚动载流摩擦试验机,研究了纯铜滚动载流摩擦副在不同载荷和外加电压下的性能变化规律,并利用扫描电子显微镜、白光干涉三维形貌仪等对摩擦表面进行微观分析,揭示了稳态运行时性能变化的机理. 研究表明:增加载荷和增加电压均促进粗糙接触表面发生形变,真实接触面积的增加降低了接触电阻,摩擦区域粗糙度的改善提高了动态摩擦系数和动态电阻的稳定性. 但电阻热促进材料黏着,因而同一载荷下载流摩擦系数高于单纯机械摩擦系数,且随外加电压的增加持续增加.

基于软弹流润滑模型的液压格莱圈密封性能分析
王冰清, 彭旭东, 孟祥铠
2018, 38(1):75-83. doi: 10.16078/j.tribology.2018.01.010
[摘要](615) [HTML全文] (611) [PDF 1065KB](17)
摘要:
基于软弹流理论建立了液压往复格莱圈密封的数值分析模型,该耦合模型包括流体力学、接触力学、变形和热分析. 数值求解获得了密封区域的膜厚、流体压力和接触压力分布,以及单个行程的流量和活塞杆表面的摩擦力,揭示了液压往复格莱圈密封的密封机理.通过参数化进一步分析了不同密封表面均方根粗糙度、密封压力和往复速度对密封性能的影响. 结果表明:在本研究中,密封区域表现为混合润滑状态,且以微凸体接触摩擦为主;较小的密封表面均方根粗糙度值具有较好的密封性能,增大密封压力会导致泄漏量和摩擦力均增加,而增大往复速度有利于减小泄漏量.

Cu-2Ni-5Sn-(石墨+PbO)自润滑复合材料高温摩擦学性能的研究
王江文, 陆龙, 孟军虎, 郭鸿儒, 王静波, 吴有智
2018, 38(1):84-92. doi: 10.16078/j.tribology.2018.01.011
[摘要](490) [HTML全文] (658) [PDF 5963KB](15)
摘要:
采用粉末冶金工艺制备了Cu-2Ni-5Sn-(石墨+PbO)系自润滑复合材料,并采用XRD、SEM、万能材料试验机和高温摩擦磨损试验机等研究了微观组织、力学性能和室温至500 ℃下的摩擦学性能. 结果表明:石墨+PbO复合固体润滑剂质量分数为8%时,该复合材料综合摩擦磨损性能最优. Ni的加入能提高基体的力学性能. 随着温度的增加,该复合材料的摩擦系数几乎保持稳定,磨损率先缓慢增加,后急剧增加. 室温时磨损表面形成以石墨为主成分的润滑膜起主要润滑作用,磨损机理主要为轻微塑性变形和局部剥落. 300 ℃时,由PbO(Fe2O3)6、石墨和Cu2O组成的致密润滑膜是Cu-2Ni-5Sn-(石墨+PbO)自润滑复合材料具有良好润滑性的主要原因,磨损机理主要包括复合材料塑性变形、局部剥落和轻微的黏着磨损. 500 ℃时,主要由PbO(Fe2O3)6、石墨、Cu2O和CuO组成的复合润滑膜起到了润滑作用,磨损机理主要为石墨周边区域基体脱落及塑性变形引起的剥落和氧化磨损.

多烷基环戊烷制备复合磺酸钙基润滑脂及其摩擦学性能研究
夏延秋, 穆文雄, 席翔, 邓颖
2018, 38(1):93-100. doi: 10.16078/j.tribology.2018.01.012
[摘要](528) [HTML全文] (310) [PDF 3033KB](10)
摘要:
以多烷基环戊烷(MACs)为基础油制备了复合磺酸钙基润滑脂,研究了液态高分子量酚类抗氧剂(L135)、苯三唑衍生物(T551)和噻二唑类衍生物(T561)对复合磺酸钙基润滑脂性能的影响,采用热重分析(TGA)仪评价了润滑脂的热稳定性;利用往复摩擦磨损试验机(MFT-R4000)分析了L135、T551和T561在钢/钢摩擦副下对复合磺酸钙基润滑脂摩擦磨损性能的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对磨损表面进行了分析. 结果表明:以MACs为基础油制备的复合磺酸钙脂具有优良的热稳定性能;同时MACs复合磺酸钙脂与3种添加剂具有良好的相容性能,表现在MACs复合磺酸钙脂具有更好的减摩抗磨性能,其原因归结为MACs在摩擦副表面形成较为牢固的物理吸附膜和含S、N和Fe等生成的化学反应膜.

对基于恢复时间的剪稀流变模型的进一步探讨及其对squalane油品流变特性的模拟
杨萍, 崔金磊, 刘晓玲, 杨沛然
2018, 38(1):101-107. doi: 10.16078/j.tribology.2018.01.013
[摘要](973) [HTML全文] (841) [PDF 1703KB](10)
摘要:
本文作者前期基于球-杆变形后恢复到原状态的时间,建立了新的形式较简单的流变模型,并模拟了黏度较高的聚合油PAO 650的摩擦系数曲线. 本文中将该模型的应用范围进行了推广,模拟了黏度较低的squalane油品的流变特性. 把该流变公式应用到点接触热流变弹流润滑的数学模型中,通过与试验测得的摩擦系数的比较确定了使用该模型时squalane油品的待定参数值,进而得到了点接触热流变弹流润滑的完全数值解. 结果表明:解得的压力、膜厚和温度的变化规律均符合预期,且摩擦系数曲线与试验结果整体吻合性较好. 新流变模型对高、低黏度的油品均能得到合理的流变特性曲线,说明作者的基于恢复时间的流变模型具有一定的正确性和可应用性. 另外,由新模型计算得到的squalane油品的剪应力曲线呈现出一近似水平段,这也在一定程度上解释了流变试验文献中多次提到的极限剪应力现象.

导电滑环Au涂层摩擦磨损行为的分子动力学模拟
尹念, 张执南, 张俊彦
2018, 38(1):108-114. doi: 10.16078/j.tribology.2018.01.014
[摘要](638) [HTML全文] (571) [PDF 3111KB](16)
摘要:
金(Au)及其合金由于优异的导电和抗氧化特性被广泛用做星载导电滑环涂覆层,本文中采用分子动力学模拟方法研究了导电滑环Au-Au涂层在不同温度和不同摩擦速度下的摩擦磨损行为,并通过设定模型局部快速升温模拟载流摩擦中电弧侵蚀的效果. 结果表明:滑环环体与环刷的磨损主要为黏着磨损,温度升高会加快下压过程的界面力学响应;相对运动速度越低,磨损越严重,同时跑合后的摩擦力越大;影响摩擦磨损特性的主要原因是接触中心在温升区域中心附近时的焊接现象. 研究结果为揭示Au-Au涂层的摩擦磨损性能随温度和速度变化的微观机理提供了参考依据,为我国卫星长寿命,高可靠性设计提供理论基础.

转移膜的形成对含氢碳膜超低摩擦性能的影响
赵艺蔓, 刘红妹, 吉利, 李红轩, 权伟龙, 周惠娣, 陈建敏
2018, 38(1):115-120. doi: 10.16078/j.tribology.2018.01.015
[摘要](413) [HTML全文] (620) [PDF 3087KB](13)
摘要:
含氢非晶碳膜在惰性气氛下展现了超低摩擦性能,摩擦系数可达到10–3数量级. 本文中通过试验设计验证了转移膜的形成是碳膜超低摩擦性能获得的必要条件. 采用含氢非晶碳膜(a-C:H)与钢作为摩擦配副,球盘接触旋转运动,更换接触方式:一种是钢球与镀a-C:H薄膜的钢平板对摩,另一种是镀a-C:H薄膜钢球与钢平板对摩. 保持配副材料不变,利用接触方式的差异,来改变转移膜形成的难易程度. 第一种方式下,a-C:H可以转移到对偶形成均匀的转移膜,具有超低摩擦性能;在第二种方式下,a-C:H不能转移到对偶形成转移膜,摩擦系数高. 而该转移膜是一种含氢的,以sp2杂化为主的碳结构. 氢能够参与钝化碳悬键,从而保证低化学作用活性,sp2平面分子结构可以具有较低的剪切强度. 因此,转移膜的形成和氢的钝化作用对a-C:H薄膜超低摩擦机理均具有重要的贡献.

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