2019年39卷2期

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T型槽端面密封气膜热弹流润滑动态稳定性
白少先, 魏佳, 朱得磊, 马春红
2019, 39(2):131-139. doi: 10.16078/j.tribology.2018073
[摘要](1010) [HTML全文] (254) [PDF 1295KB](97)
摘要:
对T型槽端面密封气膜热弹流润滑动态稳定进行了分析. 考虑端面热变形和弹性变形以及辅助密封的阻尼特性,数值分析了不同振动频率下密封气膜动态压力分布和温度分布规律,并利用小扰动方法分析了外界扰动频率对气膜刚度、阻尼和振幅的影响规律. 结果表明:高压和高速条件下,密封端面的弹性变形和热变形产生发散间隙,导致密封气膜厚度显著降低;外界扰动产生附加压力和温度分布,刚度随扰动频率的增加而迅速增加,阻尼随扰动频率的增加而迅速下降;一定扰动频率范围内,轴向振幅与扰动频率成对数线性关系增加,辅助密封阻尼使得密封气膜的振幅显著上升.

石墨烯/二硫化钼复合纳米添加剂的制备及摩擦学性能研究
巴召文, 黄国威, 乔旦, 冯大鹏
2019, 39(2):140-149. doi: 10.16078/j.tribology.2018154
[摘要](1230) [HTML全文] (292) [PDF 1288KB](107)
摘要:
采用水热法制备了两种不同形貌结构的石墨烯/二硫化钼纳米复合物(RGO/MoS2-1和RGO/MoS2-2). 通过电子显微镜、拉曼光谱、X射线衍射仪和热重分析仪对所制备材料的形貌、成分和晶格结构进行表征;利用SRV-IV微动摩擦磨损试验机考察了RGO/MoS2-1和RGO/MoS2-2作为PAO-4添加剂的摩擦学性能. 结果显示具有花状结构的RGO/MoS2-2与RGO/MoS2-1相比具有更大的层间距,且因其较大的层间距使得RGO/MoS2-2表现出较好的摩擦学性能. Raman和XPS对润滑机理的表征结果证实了RGO/MoS2复合纳米添加剂优异的摩擦学性能归因于吸附和摩擦化学反应的协同作用.

基于分形理论的双渐开线齿轮接触应力研究
樊智敏, 张秀文, 马永东
2019, 39(2):150-156. doi: 10.16078/j.tribology.2018076
[摘要](907) [HTML全文] (198) [PDF 1013KB](66)
摘要:
综合考虑接触面粗糙度、材料特性等因素对齿轮接触应力的影响,基于分形理论和经典Hertz接触理论建立双渐开线齿轮分形接触模型. 该模型中,影响载荷和实际接触面积的主要因素包括分形维数、粗糙度幅值和材料特性参数. 理论分析表明:分形维数一定时,真实接触面积随着载荷的增大而增大;载荷一定时,接触面积随着粗糙度幅值的增大而减小;随着材料特性参数值的增加,在一定程度上加强了软材料轮齿承载能力,同时会使得微凸体由弹性变形到塑性变形的临界面积减小. 对比分形接触模型和有限元模型两种计算双渐开线齿轮轮齿接触应力方法,结果证明了分形接触模型计算双渐开线齿轮接触应力的有效性.

石墨烯在金刚石基体表面的纳米摩擦学行为研究
黄哲伟, 吉喆, 陈苏琳, 张执南, 沈彬
2019, 39(2):157-163. doi: 10.16078/j.tribology.2018134
[摘要](772) [HTML全文] (196) [PDF 902KB](52)
摘要:
采用热化学气相沉积法(Thermal Chemical Vapor Deposition,TCVD)和机械剥离法分别制备了单层和少层石墨烯并转移至MPCVD制备的多晶金刚石基体表面,利用原子力显微镜研究了大气环境下石墨烯在金刚石基体上的纳米摩擦和磨损性能. 研究结果表明:单层和少层石墨烯在金刚石基体上具有良好的减摩作用,摩擦系数分别为0.03和0.014. 然而,由于石墨烯和金刚石表面之间的物理吸附作用较弱,其摩擦力会略高于SiO2/Si基体表面石墨烯的摩擦力. 随扫描速度升高,金刚石表面的单层与少层石墨烯的摩擦力的变化可以分为自然对数正比上升,基本保持不变以及黏性阻尼增加三个阶段. 在磨损试验中,TCVD法制备和转移石墨烯的过程中产生的缺陷和污染物降低了单层石墨烯的耐磨性能,而机械剥离的少层石墨烯因为无缺陷的石墨烯晶体结构在金刚石基体上展现了优异的耐磨特性. 本研究可为以金刚石为基体的石墨烯固体润滑剂使用提供理论基础.

退火温度对氧化铬薄膜结构和高温摩擦学性能的影响
刘晓红, 卢小伟, 何乃如, 吉利, 李红轩, 周惠娣, 陈建敏
2019, 39(2):164-170. doi: 10.16078/j.tribology.2018178
[摘要](944) [HTML全文] (260) [PDF 933KB](55)
摘要:
采用电弧离子镀技术在GH-4169高温合金基体上沉积氧化铬薄膜,并对薄膜进行了不同温度的退火处理,系统研究了不同退火温度(500、600、700和800 ℃)对薄膜形貌、薄膜结构、薄膜力学性能及薄膜摩擦学性能的影响. 结果表明:随退火温度升高,薄膜表面缺陷减少,氧化铬晶化趋于完善,薄膜硬度下降. 高温摩擦学性能方面薄膜经500和600 ℃退火后,在环境温度从室温到800 ℃宽温域范围内摩擦系数较退火前均有所增加;经800 ℃退火后的薄膜在环境温度为400~600 ℃时的摩擦系数均明显下降,但室温摩擦系数明显升高,宽温域内摩擦系数波动较大;700 ℃退火后薄膜宽温域内摩擦系数在0.21~0.33之间,波动较小.

考虑空化效应的螺旋槽机械密封液膜动力学特性研究
孟祥铠, 江莹莹, 赵文静, 江锦波, 彭旭东
2019, 39(2):171-180. doi: 10.16078/j.tribology.2018091
[摘要](774) [HTML全文] (204) [PDF 1650KB](32)
摘要:
考虑液膜空化效应的影响,研究螺旋槽液体润滑机械密封的动力学特性. 基于液体润滑理论和小扰动法,建立了考虑液膜空化的密封微扰膜压控制方程,采用有限单元法对端面液膜三自由度微扰下的液膜刚度和阻尼系数进行了数值求解,分析了不同参数对液膜密封动力系数的影响. 螺旋槽深度在10 μm左右、槽坝比在0.75左右、槽宽比在0.4左右,螺旋角在9°左右时液膜具有最大的轴向和角向刚度系数. 螺旋槽深度在5 μm左右、槽宽比在0.6左右、螺旋角在20°左右时,两角向交叉阻尼绝对值最大. 初始偏角的存在使密封压力呈现非对称性,从而使两角向动力系数绝对值不再相等. 液膜轴向刚度kzz在数量级上远大于其余液膜刚度值,液膜轴向阻尼dzz、角向阻尼dααdββ远大于液膜其余阻尼值且随着转速和间隙的增大而减小.

织构深度对不锈钢表面油润滑条件下摩擦学性能影响的试验和仿真研究
苏峰华, 毛川, 李助军
2019, 39(2):181-187. doi: 10.16078/j.tribology.2018143
[摘要](909) [HTML全文] (224) [PDF 1006KB](67)
摘要:
采用激光加工技术在不锈钢表面构造深度不同的沟槽型织构图案,通过UMT摩擦磨损试验机测试了不同织构深度的不锈钢表面在PAO6油润滑条件下的摩擦磨损性能,利用表面轮廓仪和扫描电镜(SEM)对摩擦前后的沟槽形貌进行表征分析,采用计算流体动力学(CFD)方法对试验进行模拟并计算,结合ANSYS Fluent软件模拟分析结果,探究了沟槽织构深度对不锈钢表面在油润滑条件下的摩擦学性能的影响机理. 研究结果表明:加工的沟槽织构及其织构深度显著影响不锈钢表面在PAO油润滑条件下的摩擦磨损行为,织构深度为10 μm的不锈钢表面获得最好的抗磨和减摩效果,与未织构表面相比,其摩擦系数与磨痕宽度降低了60%以上. 这主要是由于织构深度为10 μm的不锈钢表面在摩擦过程中,润滑油通过其收敛区域时产生了很好的楔效应,润滑油产生的升力较大,改善了该织构表面在摩擦过程的润滑状态,从而呈现很好的摩擦学性能.

中碳钢/不锈钢磁场摩擦中磨屑的行为和作用
石红信, 张永振, 孙超, 宋晨飞, 杜三明
2019, 39(2):188-196. doi: 10.16078/j.tribology.2018149
[摘要](812) [HTML全文] (209) [PDF 1198KB](51)
摘要:
以45钢销/302不锈钢盘摩擦副为研究对象,采用自制的销、盘摩擦磨损试验机,研究了直流磁场作用下磨屑在摩擦过程中的行为及其对摩擦磨损性能的作用. 为此分析了有、无磁场作用下磨屑在磨损面上的分布特点,利用扫描电镜观察了磨屑及45钢销磨损面的形貌,采用三维形貌仪表征了磨损面特征区域的相对高度. 与无磁场时的摩擦磨损情况相比,磁场作用下45钢销的磨损量有所增大,而摩擦系数稍有减小. 摩擦过程中出现了302不锈钢盘向45钢销的材料转移并形成了不连续的转移层,该转移层相对高度较大,承担了主要的摩擦磨损并趋于平滑. 磁场作用下45钢销磨损面吸附少量磨屑并使之细化和氧化,该吸附磨屑在一定程度上减小了摩擦副的摩擦系数,并阻碍试样之间的材料转移,从而增加了45钢销的磨损量.

界面调控对类金刚石碳基薄膜/铜摩擦副摩擦学行为的影响
吴刊选, 刘增家, 郑韶先, 张广安, 李霞, 鲁志斌, 蒲吉斌
2019, 39(2):197-205. doi: 10.16078/j.tribology.2018004
[摘要](1122) [HTML全文] (261) [PDF 984KB](37)
摘要:
无氢DLC/金属铜摩擦副体系摩擦系数高且不易调控,调整DLC/金属铜摩擦界面从而降低其摩擦系数是亟待解决的问题. 本研究中通过制备含氢与无氢类金刚石碳基薄膜,采用试验分析与模拟计算结合的方法研究了不同氢含量碳基薄膜与铜配副的摩擦学特性并讨论了氢原子在摩擦界面对改善摩擦学性能所起的作用. 结果表明:摩擦界面的结构特性对于类金刚石碳基薄膜/铜配副体系摩擦学性能有非常重要的影响,氢原子可以通过减小摩擦副之间的黏着从而起到调节摩擦界面的作用. 通过向DLC中掺杂氢等钝化元素可有效调控界面处的相互作用从而调控体系摩擦学性能. 本研究方法为降低DLC/铜摩擦副体系摩擦系数提供参考.

TC4钛合金在模拟海水中腐蚀−磨损交互行为研究
王林青, 周永涛, 王军军, 王忠维, 黄伟九
2019, 39(2):206-212. doi: 10.16078/j.tribology.2018086
[摘要](931) [HTML全文] (223) [PDF 794KB](33)
摘要:
采用自制摩擦腐蚀装置研究了TC4钛合金在模拟海水中电化学腐蚀与机械磨损间的交互作用,探究了不同电化学状态对TC4钛合金腐蚀磨损行为的影响. 在摩擦腐蚀过程中,TC4钛合金的腐蚀电位发生负偏移,腐蚀电流随着外加电位升高而增大,在零电流电势(OCP)附近TC4钛合金获得最低摩擦系数. TC4钛合金总体积损失随着外加电位的增加而增大,证实了腐蚀磨损交的交互作用随着外加电位的增加而增强;当电位从–0.5 V增大至0.8 V时,腐蚀磨损交互作用导致的材料损失占总材料损失的比例由12%增加至66%,其中腐蚀诱导磨损导致的损失量占比由7%增加至44%. OCP及其以下外加电位条件下,TC4钛合金的磨损机制为磨粒磨损;0 V电位下TC4钛合金磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损;0.8 V电位下TC4钛合金的磨损机制为磨粒磨损和摩擦诱导的腐蚀磨损.

温度对Cu-12.5Ni-5Sn-石墨自润滑复合材料摩擦学性能的影响
王小超, 李珍, 陆龙, 杨正海, 王静波, 张永振
2019, 39(2):213-220. doi: 10.16078/j.tribology.2018117
[摘要](781) [HTML全文] (204) [PDF 872KB](41)
摘要:
采用粉末冶金方法制备出了Cu-12.5Ni-5Sn-石墨自润滑复合材料,通过改变石墨的含量来研究该复合材料的力学性能和在不同摩擦试验温度下的摩擦磨损性能,采用SEM和Raman分析磨损表面,进而讨论复合材料的摩擦、磨损和润滑机制. 结果表明:复合材料的硬度和屈服强度随着石墨含量的增加而逐渐降低;温度对不同石墨含量的复合材料的摩擦磨损性能有显著的影响,在室温下,石墨质量分数为1%和3%的石墨复合材料的摩擦系数和磨损率明显小于5%石墨复合材料;在300 ℃下,石墨质量分数为3%时,复合材料的摩擦磨损性能最好;在500 ℃下,石墨质量分数为5%的石墨复合材料的摩擦磨损性能最好. 在室温下,复合材料具有较好自润滑性的主要原因是形成了几乎光滑连续的石墨润滑膜. 在300和500 ℃下,由金属氧化物和石墨组成的混合物润滑膜是复合材料保持自润滑性的主要原因.

基于摩擦耗散的石墨/WC-Ni干摩擦下磨损定量及预测
张高龙, 刘莹, 王悦昶, 刘向锋
2019, 39(2):221-227. doi: 10.16078/j.tribology.2018109
[摘要](622) [HTML全文] (190) [PDF 1052KB](33)
摘要:
从摩擦耗散的角度研究干摩擦下石墨/WC-Ni配副磨损与摩擦副摩擦耗散能量之间的规律,获得了石墨磨损与配副摩擦耗散功率之间的关系,结果表明石墨干摩擦下的磨损率与配副的摩擦耗散功率呈显著的线性关系. 单一和组合工况磨损预测试验表明:石墨磨损模型能够准确地预测不同工况下石墨的磨损量,预测结果和实际测量结果符合. 干摩擦下石墨磨损率与摩擦耗散功率之间的定量关系,物理意义明确,使用方便,结果可靠,研究结果具有重要的理论和工程应用价值.

孔隙渗流对环面复层含油轴承润滑性能的影响
张国涛, 尹延国, 李蓉蓉, 许明, 李聪敏, 丁曙光
2019, 39(2):228-234. doi: 10.16078/j.tribology.2018146
[摘要](746) [HTML全文] (210) [PDF 879KB](25)
摘要:
含油轴承基体中油液的渗流特性对轴承油膜润滑性能影响显著. 以不同孔隙率分布的环面复层含油轴承为研究对象,利用达西定律建立复层含油轴承基体中流体渗流的控制方程,在极坐标下建立环面复层含油轴承系统渗流润滑模型,研究复层环面副系统中油膜压力分布规律,分析轴承结构参数及孔隙渗流行为对油膜润滑性能的影响. 结果表明:复层含油轴承的流体动压力主要发生在环形摩擦面间,从摩擦界面到轴承底面,流体压力逐渐由外缘向圆心部位传导,流体动压力作用面积逐渐增大,压力峰值逐渐降低;随着倾角增大,摩擦界面间的油膜动压效应增强,油膜润滑性能变好;随着表层渗透率或厚度减小,摩擦界面间的油膜的渗流效应减弱,油膜润滑性能提高;与普通单层含油轴承相比,含致密表层的复层含油轴承能降低整体孔隙率,防止过多轴承间隙油液渗入多孔介质,提高轴承润滑性能. 研究工作为明晰环面复层含油轴承渗流行为及润滑机理提供一定理论依据.

计及轴颈倾斜的径向滑动轴承湍流润滑分析
朱少禹, 孙军, 李彪, 刘广胜, 苗恩铭, 李云强, 朱桂香, 任燕平
2019, 39(2):235-247. doi: 10.16078/j.tribology.2018133
[摘要](730) [HTML全文] (178) [PDF 1207KB](28)
摘要:
分析了轴颈倾斜状态下,径向滑动轴承的湍流润滑性能. 基于轴颈倾斜的统一Reynolds方程和能量方程,应用有限差分法求解了不同轴颈倾斜方位角、轴颈倾斜度、偏心率和平均雷诺数下的径向滑动轴承湍流润滑性能. 结果表明:轴颈倾斜方位角α=0°时,随着轴颈倾斜度的增大,轴承油膜的压力峰向轴承一端移动,轴承一端的轴向油膜温度梯度增大;α=90°时,随着轴颈倾斜度的增大,轴承油膜压力逐渐出现双峰分布,且向轴承两端移动,轴承两端的轴向温度梯度也不断增大. 在相同轴颈倾斜度增量下,轴承最大油膜压力、最高油膜温度、承载力和稳定工作力矩的增量随轴承中央截面偏心率的增大而增大. 相同轴颈倾斜度增量下,轴承最大油膜压力增量、最高油膜温度增量、承载力增量、摩擦系数减量和稳定工作力矩增量随平均雷诺数的增大而增大. 可见,径向滑动轴承湍流润滑分析中有必要考虑轴颈倾斜因素的影响.

人工髋、膝关节磨损测试标准及模拟试验机研究进展
崔文, 张亚丽, 王志强, 曾泓凯, 吴东升, 靳忠民
2019, 39(2):248-258. doi: 10.16078/j.tribology.2018152
[摘要](1246) [HTML全文] (246) [PDF 766KB](47)
摘要:
髋膝关节植入物假体在体内发生摩擦磨损进而造成骨溶解、无菌松动是导致其失效的重要原因之一. 人工髋膝关节磨损试验是对假体材料、设计和加工进行评价的重要形式. 天然髋膝关节承受的运动和载荷十分复杂,研究天然关节在各种行为下的受力和运动范围,并利用专门的髋膝关节模拟器来进行试验和评价,有助于人工关节的设计和耐磨关节材料的发展. 本文中整理了天然髋膝关节的运动范围及载荷,对比了人工髋膝关节假体磨损的国内外标准,总结了主流髋膝关节模拟试验机的结构及主要技术参数,为我国关节行业的研究者提供参考.

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