聚乙烯吡咯烷酮超滑行为研究

超滑(摩擦系数小于0.01)系统具有极低的能耗,受到了广泛的关注。本文研究了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液在氮化硅陶瓷、蓝宝石盘之间的润滑性能。结果表明:聚乙烯吡咯烷酮水溶液可在磨合或使用酸溶液预磨合后,达到超滑状态;PVP可较好的保护滑动表面降低磨损,并通过摩擦化学反应、流体动压润滑效应,有效减少摩擦系数,在边界润滑和混合润滑的条件下实现超滑。

不同湿度条件下N、Si共掺杂DLC膜的摩擦学性能研究

采用射频化学气相法沉积了氮、硅共掺杂类金刚石碳膜(N-Si-DLC).用X射线光电子能谱仪、拉曼光谱仪、表面形貌仪及扫描电子显微镜等对薄膜结构进行了表征,用球-盘往复摩擦试验机考察了不同湿度(RH为15%,45%和75%)空气中薄膜与316L不锈钢球配副的摩擦学性能.结果表明:与Si-DLC相比,N-Si-DLC膜内sp^2C成分含量较高,N主要以C=N、C≡N、Si-N键形式存在于膜内;膜的内应力低,硬度和杨氏模量较低;含N量少的N-Si-DLC膜显示出更低的摩擦与磨损,其摩擦学性能对湿度的变化表现出较低的敏感性.

基于多功率源梯度过渡层的Si-DLC的制备及水润滑性能研究

采用溅射、反应溅射与RF-CVD技术相结合的多功率源沉积了梯度过渡层,在此基础上用RF-CVD法沉积了掺硅类金刚石膜,研究了梯度过渡层对薄膜结构、力学性能及水中摩擦学性能的影响.结果表明:梯度过渡层的引入可在一定程度上提高薄膜的sp3成分含量、硬度和杨氏模量,对增强膜基结合力,提高薄膜在水中的抗剥落性能有较显著的效果.

非晶碳基薄膜及其表面织构化后的水润滑性能研究进展

非晶碳基薄膜在水中具有低摩擦磨损特性和好的耐腐蚀性,但在摩擦过程中容易发生局部剥落,进一步提高薄膜在水中的承载力是目前的热点研究方向之一。在综合分析非晶碳基薄膜的摩擦学性能及其改性,以及采用表面织构化提高材料承载力的基础上,阐述了将两者相结合以改善薄膜整体性能的研究现状和发展前景。

边缘修形织构化N、Si共掺杂类金刚石碳膜在空气中的摩擦磨损性能

采用激光加工和抛光方法,在镜面抛光的4Cr13不锈钢基板上制备了凸起面积密度分别为35%、44%和58%的边缘未修形和边缘经圆滑修形处理的圆柱凸起织构,并采用溅射和射频化学气相法在织构表面沉积N、Si共掺杂类金刚石碳(N-Si-DLC)膜;采用球-盘式往复摩擦磨损试验机研究了边缘未修形和边缘修形的凸起织构化N-Si-DLC膜与316L不锈钢球在不同相对湿度(RH=15%,45%,75%)空气中的摩擦磨损性能;同时,基于有限元法分析了稳定摩擦阶段静态接触应力的分布情况.结果表明:边缘修形织构化N-Si-DLC膜的摩擦系数和磨损率均显著低于边缘未修形织构化N-Si-DLC膜,边缘修形效果与织构凸起面积密度有关,并影响织构的摩擦磨损性能;凸起面积密度为44%的边缘修形织构化DLC膜的减摩耐磨效果最佳;织构化DLC膜的摩擦磨损性能与织构边缘的最大接触应力密切相关,采用边缘修形可以大幅减小凸起织构边缘的最大接触应力,从而达到减摩耐磨的效果.

边缘效应对织构化Si-DLC膜油中摩擦学性能的影响

引起边缘应力集中的边缘效应是影响边界润滑条件下织构材料摩擦学性能的重要因素之一.本文中采用激光加工、电化学和机械抛光的方法在不锈钢表面制备了边缘未修形和修形凹坑织构,在此基础上采用溅射/射频化学气相沉积技术沉积了Si-DLC膜,研究了边缘修形对织构化薄膜在油中摩擦学性能的影响.基于有限元方法分析了加载条件下凹坑织构接触界面的应力分布,考察了修形对边缘效应的影响.结果表明:边缘修形可大幅降低凹坑织构化薄膜与不锈钢对偶球配副间的摩擦以及对偶的磨损.织构的摩擦学性能与边缘效应呈正相关关系,边缘修形可使凹坑边缘的最大接触应力降低30%左右,有利于缓和凹坑边缘的刮擦作用从而降低织构材料的摩擦磨损.

径向水润滑滑动轴承动静态特性的有限差分法分析

本文基于有限差分法利用MATLAB编程研究了轴承型式(圆柱轴承、椭圆轴承、三叶轴承)、水槽布置方式、长径比和半径间隙对水润滑轴承动静态特性的影响。结果表明,三种轴承中圆柱轴承的承载能力最强,但动态性能欠佳;三叶轴承的动态性能最好,但承载能力最差;椭圆轴承性能则介于两种轴承之间。且均布式水槽的数量越多,轴承的承载能力越低。增加轴承长径比可以提高半圆槽式轴承承载能力,但会降低轴承的动态性能。存在能够使半圆槽式轴承承载能力达到最大且最佳的半径间隙值,是当半径间隙大于该值时,增加半径间隙会降低轴承的承载能力,但轴承的动态性能会有所提高。

分离式超声工具头的能量传输性能研究

在化工、医药、食品等领域,为提高生产效率,常结合超声波的空化效应来辅助水环境下物质的提取、分离、破碎、乳化等。超声工具头长时间作用在水环境中,会发生空化腐蚀并伴有失重现象,这严重制约了其使用寿命,增加成本。本文设计了工作端部可拆卸的分离式超声工具头结构,首先对无装配凹槽和两种不同位置加工有装配凹槽的工作端部结构进行了声固耦合有限元分析,量化工具头工作端面声能量衰减的情况;其次利用分离式工具头进行空蚀实验,研究了分离式工具头的空蚀效果。结果表明,中间凹槽工具头工作端部结构的声能量衰减较小、空蚀效果较好且便于装配,可作为分离式工具头的最终结构。

制动用有机摩擦材料的研究进展

随着社会的不断发展和进步,人们对车辆的运行速度、安全性、舒适度和环保化等提出了更高的要求,迫切需要进一步提高制动用摩擦材料的综合性能.本文综述了有机黏结剂、增强纤维、摩擦性能调节剂和填料等有机摩擦材料4大类组分的研究进展,介绍了该领域的一些理论研究工作,希望为我国高性能有机摩擦材料的研制提供一些资料积累和思路.

高效PLOT碳分子筛石英毛细管柱的研制及其性能研究

选用碳分子筛作吸附剂 ,用液相沉淀法涂渍出高效PLOT碳分子筛石英毛细管色谱柱 ,并对其色谱性能进行了考察。结果表明 ,该色谱柱具有良好的分离特性 ,1次进样可分离出O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6 等组分;适用于炼厂气、烟道气、水煤气及变压器油溶解气等的分析。

乳胶粒化学改性酚醛树脂合成闸片的制动性能研究

采用自制的环保型乳胶粒化学改性酚醛树脂为粘结剂制备了和谐号电力机车用轮装式有机合成闸片,参照欧洲标准UIC 541-3:2006和我国铁道部标准TB/T 3118-2005规定的试验程序,在铁道部产品质量监督检验中心机车车辆检验站进行了闸片的制动性能试验(最高速度200 km/h时制动闸片中心线速度为41.8 m/s).试验结果表明该闸片在不同初始速度干燥条件下的平均摩擦系数在0.29～0.57,静摩擦系数平均值为0.47,36闸后的磨损率约为0.2 cm3/MJ,满足UIC 541-3:2006中规定的指标.表面形貌观察发现制动试验后闸片无开裂、掉渣、塌边和皴裂等现象,红外分析发现闸片摩擦表面化学结构与基体基本一致,粘结剂未发生明显摩擦化学反应.该闸片在和谐号电力机车的制动中将有广阔的应用前景.

摩擦材料用有机粘接剂的研究与进展

有机粘接剂是摩擦材料中最关键的基体组分,它将各种成分紧密地粘合在一起以获得所需性能,其性能好坏直接影响摩擦材料性能的发挥,尤其是其耐温性决定着摩擦材料的使用性能。文中综述了近年来摩擦材料用有机粘接剂的研究与进展,重点介绍了酚醛树脂(PF)粘接剂的改性研究概况,希望为高性能摩擦材料用粘接剂的研制提供一些资料积累和思路。

X射线光电子能谱(XPS)在摩擦学研究中的应用

X射线光电子能谱(XPS)是最常用的表面分析技术之一,在材料的摩擦化学、摩擦和磨损机理以及材料失效等研究方面发挥着重要作用.本文综述了XPS的基本原理、设备构成、分析特点及在润滑油添加剂的吸附与反应、聚合物填料、气相润滑和离子液体等摩擦化学研究中的应用,希望为摩擦学者在表面分析方法方面提供一些新的启示.

基于正交试验的复合型人工滑液摩擦学研究

目的研究复合滑液透明质酸钠、白蛋白和阿仑磷酸钠3种主要成份对于金属对金属材料界面的润滑性能,为其在关节润滑中的应用提供依据。方法采用正交试验设计对复合滑液进行配比,借助四球摩擦磨损试验机、黏度测试仪以及光学显微镜,研究了其相应的摩擦学表现。结果(1)透明质酸钠对滑液的减摩、抗磨以及黏度性能影响最大;(2)由于潜在电化学反应的影响,滑液的抗磨能力并非随白蛋白含量的增加而增加;(3)高含量的治疗性成份阿仑磷酸钠表现出更好的润滑性能。结论复合滑液部分还原了天然关节液的作用,并具有较好的润滑性能。

基于位置信息采集往复式摩擦试验机摩擦力的研究

往复式摩擦试验机是当前进行摩擦学试验时一种常用的设备,通过采集摩擦力数据来判断样品表面的摩擦系数,但现有的摩擦力采集办法一般是通过定周期采集的方法,造成采集到的摩擦力会存在偏大、偏小或者稳定性差及数据量大等问题。针对现有方法的问题,在往复式摩擦试验机上添加一个光电开关,通过上位机控制,当摩擦试件运动到与传感器对应的预设位置时,控制程序采集一个摩擦试件的摩擦力数据。通过实验对比,此方法可解决摩擦力异常及数据量大等问题。

基于Archard磨损模型的导电滑环仿真分析

导电滑环作为一种精密的接触滑动连接件,主要运用在连续旋转过程中的电流与信号传递的场所。通过有限元分析了在载荷1N、电流10A条件下的载流摩擦副的工况,并基于Archard磨损模型分析了导电滑环的磨损情况。结果表明,随着时间的增加,接触面积增大,磨损量增加且磨损逐渐加剧。通过对载流摩擦副的仿真分析,可以有效预测导电滑环的磨损情况,有效进行寿命预测。

风冷燃料电池设计及其性能研究

传统质子交换膜燃料电池运行中需要冷却系统带走电池生成的热量,这导致了电池系统十分笨重庞大,限制了燃料电池的应用。为了简化燃料电池系统,本文设计并实验研究了风冷燃料电池堆。本文利用流体力学知识,设计了风冷燃料电池堆的流场结构,优化电堆运行参数。风冷燃料电池装置的简化使其和传统燃料电池的操作条件有较大差异,本文对风冷电堆的热平衡进行探讨,对不同操作条件对电堆的性能影响进行实验研究。得出了500W风冷燃料电池的单电池数为20片,单电池活性面积为140cm^2,氢气流道双蛇形,规格尺寸为7×20cm^2,空气直流道,规格尺寸为7×20cm^2。当负载600mA·bcm^(-2)电流密度时,风冷电堆最佳性能所需的温度是46℃,最佳风量为2. 68m^3/min。

具有梯度过渡层的DLC膜空蚀机理研究

本文中采用RF-CVD技术辅助于溅射、反应溅射在不锈钢基体表面沉积了纯Ti层及其化合物层的过渡层,然后在表面沉积掺硅与非掺硅类金刚石膜,研究其力学性能与抗空蚀能力。研究结果表明,增强薄膜硬度和弹性模量可以提高薄膜抗空蚀能力,但较大地弹性模量和内应力同样容易引起薄膜表层剥落。由于掺杂硅元素可使类金刚石膜在水环境中化学性质更加不稳定,所以掺杂硅元素会对薄膜抗空蚀性产生不利影响。

边缘效应对凹坑织构接触应力的影响

边缘效应是引起织构表面应力集中现象的主要因素之一,织构的摩擦学性能与受载时织构边缘的最大应力密切相关。本文通过有限元分析了凹坑织构在初始和稳定摩擦阶段的静态接触应力分布,研究了在不同摩擦状态下边缘效应对织构表面接触应力的影响。为降低织构的边缘效应因素,同时计算了具有圆弧过渡边缘织构表面的应力分布。计算结果表明,织构最大接触应力趋势与摩擦系数的变化呈正相关,边缘圆弧过渡可显著降低织构的最大应力。