15#航空液压油的摩擦磨损性能研究

15#航空液压油是航空领域广泛应用的1种特定型号的液压油.本文中使用MCR302流变仪测量了该液压油的黏温曲线,并选用GCr15钢球通过四球摩擦磨损试验机采用单因素变量法研究了不同载荷、温度和转速对摩擦磨损的影响.同时,使用光学显微镜、白光三维表面形貌仪、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱分析仪对钢球表面的磨斑进行微观观察,并分析其磨损机理.试验结果显示,在不同载荷下,摩擦系数相对稳定,但随着载荷的增加,磨斑直径(WSD)逐渐增大,磨损程度变得更严重.随着温度的增加,摩擦系数较为稳定,但液压油的黏度逐渐减小,导致无法形成有效的摩擦反应膜,使磨损现象变得更加显著,尤其在75~100℃范围内,磨斑直径的增长速率最为显著,增加了约60%.随着转速的提高,摩擦系数首先保持不变,然后逐渐减小,而磨损率逐渐降低.润滑状态逐渐从边界润滑过渡到混合润滑和流体动压润滑.

TC4钛合金表面激光熔覆Ti-Mo-Al-B复合涂层的组织及摩擦磨损性能

为了改善TC4合金的表面耐磨性能,采用激光熔覆技术在TC4合金表面制备出Ti-Mo-Al-B复合涂层。分析了涂层的物相组成及微观组织结构,揭示了复合涂层的合成机理,结合其组织特征分析了涂层的硬度分布,并分析了不同载荷下涂层的摩擦磨损性能。结果表明,复合涂层与基体之间形成了良好的冶金结合,复合涂层主要由BCC固溶体基体相、短杆状和颗粒状TiB增强相以及少量α-Ti相组成。涂层的平均硬度为648.69HV,较基体TC4合金(330HV)提升了1.97倍。涂层的磨痕表面平整且犁沟较少,在载荷为30 N时,磨损量相较TC4基体减少了11%,其磨损机制为磨粒磨损。

电气化铁路弓网系统摩擦磨损性能研究进展

针对电气化铁路弓网正常和异常状态的接触副,分析受电弓滑板磨耗周期内的摩擦磨损性能差异性,特别是受电弓滑板的磨耗率和磨耗型面的差异性,包括:发生异常磨损时受电弓滑板磨损率数倍甚至数十倍的增长差异,以及局部偏磨、波浪型磨耗和贯穿性凹坑等磨耗型面差异;着重归纳不同弓网系统载流摩擦磨损试验台的特点及异同,总结磨耗检测接触式测量方法与非接触式测量方法的优劣;分析弓网系统结构及参数、列车运行参数、弓网系统载流参数及外界环境等因素的影响,归纳总结弓网载流摩擦磨损特性的演变规律.在此基础上,综合分析弓网系统磨耗机理分析模型和数据拟合模型的研究现状和进展,并给出弓网系统载流摩擦磨损性能在后续研究中所需重点关注的研究方向和发展趋势,包括:弓网摩擦副的真实服役工况在实验室条件下的等效模拟;弓网磨耗性能的在线高精度检测;复杂气候条件及多物理场耦合作用下弓网磨耗性能的仿真和优化;结合大数据和智能算法的弓网磨耗预测,以及智能运维策略和全生命周期的能力保持技术等.

AlCrNiFeTi高熵合金涂层的电火花沉积制备与摩擦磨损性能

采用真空电弧熔炼法制备直径为7 mm AlCrNiFeTi高熵合金(high-entropy alloy,HEA)作为电极,使用电火花沉积技术在304不锈钢表面成功制备了AlCrNiFeTi高熵合金涂层。通过XRD、OM、EDS、SEM、显微硬度计、摩擦磨损试验机对涂层的微观组织结构和摩擦磨损性能进行研究。结果表明,AlCrNiFeTi电极与涂层均以BCC1和BCC2简单固溶体为主,电极微观组织结构呈典型的树枝晶。涂层由沉积点堆叠铺展形成,表面均匀致密呈橘皮状、凸凹不平,为喷溅花样展开,涂层截面结构无宏观缺陷,厚度约为59.67μm。AlCrNiFeTi涂层最大显微硬度为587.3HV0.2,比基材的硬度提高了约2.45倍。随着载荷的增大,涂层的磨损机制由氧化磨损和轻微磨粒磨损转变为磨粒磨损和黏着磨损。当摩擦载荷为5 N时,磨损率为1.213×10^(-3)mm^(3)/(N·m),摩擦因数仅为0.446,涂层的磨损率较基材的磨损率减小了约28.3%。

凹坑织构化81107轴承变载摩擦磨损性能研究

为了探究变载条件下凹坑织构化轴承的摩擦磨损性能,以81107TN推力圆柱滚子轴承为研究对象,通过在轴圈表面制备不同直径和不同深度的凹坑型织构,利用MMW-1A型万能摩擦磨损试验机,在阶梯渐进增长式载荷和贫油条件下进行试验。通过分析和对比试验后的摩擦系数、磨损量以及表面形貌,发现:直径250μm、深度20μm的凹坑织构化轴承表现出良好的摩擦磨损性能,其平均摩擦系数上升时间点比光滑无织构轴承滞后6000s,磨损量相比光滑无织构轴承降低7%;这里的条件下,变载荷条件下轴承的平均摩擦系数比恒定载荷低,最大差值为0.031,且后期变载荷轴承平均摩擦系数更稳定,变载荷轴承磨损量相比恒定载荷轴承也减少了7.3%。

凹坑织构对GCr15贫油滑动摩擦磨损性能影响

为研究在较大载荷和较高转速下,凹坑织构参数对GCr15贫油滑动摩擦磨损性能的影响,这里采用PL100-30W型激光打标机,在高碳铬轴承钢GCr15表面加工出规则排列的圆形凹坑阵列,然后利用MMW-1A型立式万能摩擦磨损试验机,对织构试样和光滑试样进行了贫油润滑条件下的摩擦磨损性能试验。最后,使用三维形貌仪对试样的磨损表面进行了表征。结果表明:凹坑织构表面对GCr15钢贫油润滑条件下的滑动摩擦磨损性能影响显著;存在最优的凹坑面积率和深径比,当其值为14.9%和1:12时,其摩擦系数和磨损量相比光滑试样分别降低了26%和64%;随着载荷的增大,织构试样与光滑试样的摩擦系数均呈上升趋势,但光滑试样的摩擦系数增长速率大于织构试样。

钛合金摩擦磨损性能及减磨方法研究进展

钛合金具有比强度高、抗腐蚀性强、耐高温以及生物相容性好等优点,在汽车制造、生物医疗等众多领域具有重要应用。但钛合金的摩擦磨损性能较差,会影响机械系统的使用寿命和可靠性。首先论述了摩擦磨损过程中摩擦层的形成过程以及摩擦层对钛合金磨损机理的作用,分析了润滑条件、环境温度、滑动速度、载荷等工况条件对钛合金摩擦磨损性能的影响规律。其次,对比总结了钛合金减磨的常见工艺方法及优缺点,指出了当前钛合金磨损机理研究和性能改善方面存在的问题。最后,对今后的研究工作进行了展望:将实验与仿真相结合,阐明钛合金摩擦层和磨损机理的动态变化规律;考虑各种环境因素对钛合金磨损机理的影响,完善钛合金磨损机制图;通过对多种技术协同配合时的工艺参数进行优化,促进钛合金表面强化复合技术的发展,从而提升钛合金的耐磨减摩性能。

激光织构形状间距对单晶硅摩擦磨损特性的影响

目的提高单晶硅的减摩耐磨性能。方法利用紫外激光在单晶硅试样表面刻蚀不同形状,间距为0.1、0.2、0.3 mm,宽度为0.2 mm的织构。基于MRTR-1摩擦磨损实验机,研究干摩擦条件下织构参数对单晶硅摩擦学性能的影响。利用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察单晶硅表面织构的微观形貌和磨痕形貌,用电子天平称量实验前后试样的质量,并计算磨损率,通过Ansys有限元软件模拟仿真试样表面应力和摩擦生热的温度分布。结果与无织构相比,刻蚀表面织构均能不同程度地降低试样的磨损率,磨损率从0.012 mm^(3)/(N·m)降至0.008 mm^(3)/(N·m);部分表面织构试样的摩擦因数下降,低于0.14;单晶硅试样的磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损。仿真结果表明,织构试样的平均等效应力均大于无织构试样,在单晶硅试样表面加工织构会影响其表面整体性,容易出现应力集中现象;织构试样表面高于环境温度的区域面积小于无织构试样,且试样表面的最高温度与摩擦因数呈正相关。结论在单晶硅表面加工织构,可以有效提高试样的耐磨性能,合适的织构参数还能够降低摩擦因数。通过加工表面织构,一方面可以影响试样的整体性,另一方面能够改善试样的散热性能。

沙粒介入高速列车制动界面对摩擦块摩擦磨损行为的影响

针对沙区铁路的列车制动摩擦磨损问题,基于自主研制的高速列车制动摩擦磨损试验台,开展了戈壁沙、沙漠沙介入制动界面后影响摩擦块摩擦磨损行为的试验研究.重点探究了2种不同沙粒介入制动界面后摩擦块表面摩擦磨损特性的演变过程及其差异,结果表明:戈壁沙、沙漠沙的介入,都会破坏摩擦块表面的原始磨屑堆积层,进而改变界面接触状态及磨损特性.戈壁沙介入后的摩擦块表面不易形成稳定的摩擦层,且显露出更多的石墨成分,降低了界面摩擦系数及平均温度.而沙漠沙介入后,由于其粒径相对较小,在摩擦块表面堆积了更多的沙粒,形成了沙粒磨屑混合堆积层,这种堆积层增大了界面摩擦系数和平均温度,并对摩擦块基体材料造成严重损伤.

氮化硅陶瓷轴承球的滚动摩擦磨损特性与损伤行为

Si_(3)N_(4)陶瓷轴承球相比于钢球具有极限转速高,承载能力强,耐高温和耐酸碱腐蚀的优点,并表现出一定的自润滑性能,以绝对的优势作为滚动体被广泛用于高速轴承中,已成为高速、高精密轴承的关键部件.本文中通过模拟轴承真实服役工况的运动方式,开展Si_(3)N_(4)陶瓷轴承球的滚动摩擦损伤特性研究,分别考察Si_(3)N_(4)陶瓷轴承球与轴承钢滚道在无润滑和脂润滑条件下的滚动摩擦磨损状态和表面损伤行为,剖析Si_(3)N_(4)陶瓷轴承球滚动摩擦损伤行为演变规律与损伤机制.结果表明:Si_(3)N_(4)陶瓷轴承球与滚道在滚动摩擦磨损过程中,润滑脂的引入显著降低了滚动摩擦系数,尤其缓解了Si_(3)N_(4)陶瓷轴承球的疲劳损伤行为;无润滑条件下,Si_(3)N_(4)陶瓷轴承球滚动摩擦损伤机制主要为疲劳损伤和黏着磨损,且伴有摩擦化学反应;脂润滑条件下,Si_(3)N_(4)陶瓷轴承球滚动摩擦损伤机制主要为磨粒磨损和微脆性断裂.

GCr15SiMo钢中贝氏体含量对力学性能及干摩擦磨损性能的影响

目的通过控制等温淬火时间,在GCr15SiMo轴承钢中获得不同含量的贝氏体组织,并研究不同含量的贝氏体组织对材料力学性能和干摩擦磨损性能的影响。方法采用SEM、3D morphology、TEM、EDS、XRD、洛氏硬度计、冲击试验机等仪器观测GCr15SiMo轴承钢经不同等温淬火时间后的微观组织、物相含量和力学性能,并使用HL-R7000重载往复摩擦磨损试验机对不同贝氏体组织含量的试样进行摩擦磨损性能检测。结果当等温淬火时间由2 h延长至72 h时,材料中贝氏体的体积分数由14.5%增至83.5%。随着GCr15SiMo轴承钢材料中韧性贝氏体含量的增多、脆性马氏体含量的减少,其硬度逐渐降低,冲击功逐渐增大,磨损率呈现先降低再升高的趋势。材料的磨损机制主要为黏着磨损和磨粒磨损,随着等温淬火时间的延长,基于韧性贝氏体含量的增加,材料的磨粒磨损减弱、黏着磨损增强。结论在等温淬火温度为210℃、等温淬火时间为8 h时,材料中贝氏体的体积分数约为55.6%,马氏体的体积分数为33.2%,此时马氏体和贝氏体复相组织具有良好的强韧性匹配,材料的耐磨性能较好。

喷丸对4Cr5Mo2V钢高温摩擦磨损性能的影响

对4Cr5Mo2V钢试样进行3道次复合喷丸,通过与未喷丸试样对比,研究了喷丸对试验钢表面形貌、显微组织、硬度、残余应力以及高温(100,300,500℃)摩擦磨损性能和机制的影响。结果表明:喷丸处理显著提高了试验钢表面粗糙度,使试验钢表面形成了明显的塑性变形层、硬化层与残余压应力层;在100,300,500℃下,与喷丸前相比,喷丸后试验钢的磨损率分别降低了41.8%,17.1%,63.3%,耐磨性能的提高与喷丸产生的硬化层和残余压应力层有关。在100,300℃下,喷丸前后试验钢的磨损机制均主要为黏着磨损和磨粒磨损,而当温度升高至500℃时,磨损机制为氧化磨损,喷丸试验钢仍能保持较高的硬度与残余压应力,同时表面氧化层更致密稳定,仅发生轻微氧化磨损。

浸锑石墨与无压烧结SiC和3D打印SiC密封材料配对副的摩擦磨损特性研究

为研究干气密封用密封材料的摩擦学特性,采用销盘旋转试验台研究3种浸锑石墨在干摩擦条件下分别与无压烧结SiC和3D打印SiC配对时的摩擦磨损特性,探讨了速度、载荷对密封材料摩擦磨损特性的影响,揭示了配对副材料表面的磨损机理。结果表明:随着载荷p与速度v的乘积(pv值)的增大,摩擦因数和磨损率均呈现逐渐减小趋势;在pv值较小时磨损机理为严重的磨粒磨损和轻微的黏着磨损,在pv值较高时磨损主要发生在碳化硅摩擦表面黏附的石墨转移层间,磨损机理主要表现为黏着磨损;在研究pv值变化对浸锑石墨与SiC密封材料配对副摩擦磨损特性的影响时,首选定载荷变速度试验方法。

基于SRV的重载轴承润滑脂摩擦磨损性能模拟评定方法研究

为提高润滑脂产品配方筛选效率、节约轴承台架试验成本,提出了1种基于SRV摩擦磨损试验机的圆柱滚子-圆盘线接触往复运动模式评定重载轴承润滑脂摩擦磨损性能的试验方法.采用四款重载润滑脂为试验样本,通过Pearson相关性系数法进行了SRV圆柱滚子-圆盘线接触往复摩擦磨损试验结果与FE-8轴承磨损台架试验结果间的相关性探讨,确定了方法最优试验参数,并在最优试验条件温度25℃,载荷1 kN,位移1 mm,往复速率50 Hz下完成了方法重复性考察.结果表明:SRV圆柱滚子-圆盘线接触往复试验方法试验结果重复性良好、可靠性高,与FE8轴承台架结果对应性优于四球机磨斑直径法(SH/T 0204-1992)以及SRV球滚子-圆盘接触试验法(NB/SH/T0721),更适用于重载轴承用润滑脂在摩擦副表界面的抗磨减摩性能的分析评定.

AlCrCuFeNb_(x)NiTi高熵合金的摩擦磨损及高温氧化性能

采用真空电弧熔炼方法制备了AlCrCuFeNb_(x)NiTi高熵合金,并研究了铸态合金的组织、摩擦磨损性能和高温氧化性能。结果表明:Nb元素的添加促进了Laves相的形成,使AlCrCuFeNiTi合金的相结构由L2_(1)相、BCC相和FCC相转变为AlCrCuFeNb_(0.5)NiTi合金的L2_(1)相、Laves相和FCC相。Nb元素的添加会降低AlCrCuFeNiTi合金的耐磨性能,磨损速率从AlCrCuFeNiTi合金的1.572×10^(-5) mm^(3)/(N·m)提高到AlCrCuFeNb_(0.5)NiTi合金的4.483×10^(-5) mm^(3)/(N·m),合金的室温磨损机制均为粘着磨损。合金的氧化动力学遵循抛物线速率定律,Nb元素对AlCrCuFeNb_(x)NiTi合金高温氧化性能的影响随着温度的改变而改变,800和900℃时能提高其高温氧化性能,但1000℃时Laves相的内氧化现象严重导致其高温氧化性能恶化。

棉纤维股线与303钢线接触摩擦磨损行为分析

目的探究棉纺织加工过程中棉纱线对金属表面的摩擦磨损行为。方法通过线接触摩擦磨损试验,分析加载力、预加张力、速度和棉纱线股数等因素对金属表面摩擦磨损性能的影响,采用3D表面轮廓仪表征金属表面形貌随磨损时间的变化特征,基于Archard磨损模型对磨损量进行预测。结果在加载力相同时,棉纱线股数越多,摩擦因数越小;在相同股数下,预加张力对摩擦因数的影响小于加载力,速度对摩擦因数的影响较小。金属表面磨痕深度随着磨损时间的延长而增加,最大磨痕深度为23.158μm,磨损量随着磨痕体积的增大而增加。与磨损24h时相比,在48h时金属磨损严重,磨损量增大了71%;相较于其他磨损时间段,在96 h时磨损量变化较小。在磨损阶段,磨痕面积的变化规律与磨痕体积相似,均与磨损时间呈正相关。在磨损时长达到120 h后,非直接接触区域会发生链式反应,导致损伤面积不断扩大。结论在连续摩擦条件下,棉纱线会对金属表面造成损伤,基于Archard磨损模型的预测结果与试验结果较为一致。

高温下氮化硅陶瓷摩擦磨损性能的演变及机理研究

Si_(3)N_(4)陶瓷因具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高硬度等特点,在高温耐磨损领域的应用备受关注。本文研究了高温下Si_(3)N_(4)陶瓷与C/SiC陶瓷或GH214合金摩擦时的平面摩擦磨损性能及磨损机理。结果表明:Si_(3)N_(4)陶瓷和C/SiC陶瓷对磨时,随着温度升高,摩擦系数先增大后减小;当温度为1200℃时,Si_(3)N_(4)陶瓷平均摩擦系数低于0.4,且其磨损表面出现磨痕、磨粒和SiO_(2)氧化膜,磨损形式主要为磨粒磨损和氧化磨损。Si_(3)N_(4)陶瓷与GH214合金对磨时,随着温度升高,摩擦系数增大,陶瓷样品表面出现明显的金属氧化物层,其磨损形式主要为粘着磨损和氧化磨损。Si_(3)N_(4)陶瓷与两种对磨材料摩擦时,氧化磨损均产生氧化膜并对Si_(3)N_(4)陶瓷均有保护和润滑作用,可有效减少Si_(3)N_(4)陶瓷基体的磨损,提高Si_(3)N_(4)陶瓷的磨损使用寿命。

SLM成形表面织构对TC4钛合金干摩擦磨损性能的影响

基于一步法思路,采用金属3D打印机基于激光选区熔化(SLM)技术制备表面带有凹坑织构的TC4钛合金试样,采用光学相机、超景深显微镜和扫描电镜观察织构成形情况,利用激光共聚焦位移测试仪和显微维氏硬度计分别测试表面粗糙度和表面硬度,在干摩擦条件下采用摩擦磨损试验仪考察不同载荷下织构密度对TC4钛合金试样摩擦学性能的影响,并使用扫描电镜对摩擦实验前后的表面形貌进行分析。研究结果表明:一步法SLM成形能够在TC4钛合金表面获得成形良好的直径500μm的织构;随着织构密度的提高,钛合金试样表面粗糙度增大,表面硬度有所降低;干摩擦条件下,提高TC4钛合金试样织构密度有利于磨屑的收集从而减少试样的三体磨损,提高载荷有利于改善摩擦副接触状态;5 N载荷下40%织构密度试样的平均摩擦因数和磨痕宽度均最小,与无织构试样相比,平均摩擦因数和磨痕宽度分别降低12%和16%;40%织构密度下,载荷提高会引起摩擦因数的降低和磨损量增大,磨损表面犁沟和片状剥落增多。在干摩擦条件下,3D打印一步法制备的表面织构可以显著改善TC4钛合金的磨粒磨损和黏着磨损。

纳米Al_(2)O_(3)水雾射流下陶瓷和钛合金的摩擦磨损研究

纳米流体因润滑减摩性能优异而得到广泛应用,但纳米粒子水雾射流下摩擦副的摩擦磨损研究较少。本文开展纳米粒子水雾射流润滑下陶瓷和钛合金的摩擦磨损研究,分别制备0.10%,0.25%,0.50%,0.75%四种不同浓度的纳米Al_(2)O_(3)水溶液,进行两种线速度下纳米粒子水雾射流摩擦磨损对比实验,测试比较摩擦系数、磨损面积和磨痕形貌,并探讨摩擦磨损机理。实验结果表明,0.50%纳米Al_(2)O_(3)水雾射流表现出最优的减摩润滑性能。相比于干摩擦,0.50%纳米Al_(2)O_(3)水雾射流在两种不同线速度(10m/min和45m/min)下的摩擦系数分别降低了87.68%和82.81%。在纳米粒子水雾射流下,氧化锆陶瓷与钛合金的主要磨损形式为磨粒磨损,纳米Al_(2)O_(3)发挥的类轴承和保护膜作用是降低摩擦磨损的主要原因。过量的纳米粒子易发生积聚,增大磨粒磨损及微剥落。

织构化刀具表面摩擦磨损特性与减摩降磨机制研究

在刀具表面设计并加工出一定结构的微织构,可大幅改善刀具-切屑表面的摩擦状态。为了探究不同形态的织构刀具在干摩擦状态下的摩擦磨损特征,通过有限元仿真分析软件ABAQUS对不同织构类型的刀具进行分析,结合刀具的应力状态分布情况分析各类织构对减摩抗磨作用的影响。同时,利用飞秒激光器在刀具表面加工不同类型的织构并与钛合金磨球进行摩擦磨损实验,测定其摩擦因数,分析不同类型织构刀具表面的磨损情况和形貌。仿真及试验结果表明:刀具T1应力集中区分布广泛,应力集中严重;相对于T1,刀具T2、T3、T4、T5的等效应力值出现大幅降低,且应力分布较为均匀,其中刀具T4的表面等效应力值最低,且降温效果最优。上述结果表明:带有不同类型织构的刀具较无织构刀具的摩擦因数均有不同程度降低,一定程度上缓解了刀具表面的黏结磨损,其中T4摩擦因数降低最为显著,减摩效果最为突出。