外加直流电场对DLC/PAO固液复合润滑体系摩擦学行为的影响

本文中利用球-盘式载流摩擦试验机研究了DLC/PAO固液复合润滑体系在外加直流电场中的摩擦学行为,考察摩擦副滑动速度、加载电压以及回路电流的影响,结果表明:外加直流电场对复合润滑体系摩擦磨损行为的影响与摩擦副的滑动速度密切相关,这源于不同润滑状态时DLC薄膜的电气损伤行为以及薄膜的结构、成分变化.根据润滑状态和外加电压的不同,DLC薄膜的电气损伤可以表现为线状隆起或烧蚀坑,其中线状隆起型损伤源于载流摩擦界面的焦耳热,烧蚀坑损伤则源于摩擦对偶之间的拉弧放电及PAO油膜的击穿.Raman光谱显示电气损伤区DLC薄膜发生显著的石墨化转变,且石墨化程度取决于回路电流的大小.外加电场条件下DLC薄膜的石墨化转变虽然在一定条件下可使复合润滑体系的摩擦系数降低,但削弱了DLC薄膜的抗磨性能,使薄膜的磨损表现为电气损伤和机械磨损的耦合.

三种固液复合润滑系统的真空边界润滑特性

为研究MoS_(2)/815Z、MoS_(2)/RP4751和MoS_(2)/RIPP4758三种固液复合润滑体系在真空边界润滑工况下的润滑特性,对三种固液复合润滑体系进行了真空往复滑动摩擦试验和真空螺旋轨道摩擦(SOT)试验研究,并对SOT试验后的球盘摩擦副平盘表面进行扫描电镜(SEM)和X射线能量色散谱仪(EDS)分析。试验结果表明,MoS_(2)/815Z和MoS_(2)/RIPP4758复合润滑体系中的固液润滑剂间为选择性结合,在摩擦过程中能够很好地发挥固液润滑剂的优势,有利于对偶转移膜和边界润滑膜的形成,MoS_(2)/815Z的平均润滑寿命达到了2327圈/μg,大于固体润滑剂和液体润滑剂的润滑寿命之和。MoS_(2)薄膜与RP4751液体润滑剂复合后不能很好地发挥固液润滑剂各自的优势,在摩擦过程中不易形成有效的对偶转移膜和边界润滑膜,并且使得薄膜在较短的时间内大量消耗从而造成摩擦副表面处于乏油状态,最终导致MoS_(2)/RP4751复合润滑体系的摩擦因数快速增大和润滑失效。

MoS_2/SiCH固液复合润滑体系摩擦学性能研究

本文中通过考察MoS_2薄膜/SiCH固液复合润滑体系的真空摩擦学性能,探究了该复合润滑体系的摩擦磨损机理.研究表明射频溅射MoS_2薄膜表面所固有的柱状晶体结构具有明显的润滑油吸附功能,提高了MoS_2薄膜/SiCH固液复合润滑体系的真空摩擦学性能.球盘摩擦试验结果表明:当仅对钢盘表面沉积MoS_2薄膜时,该固液复合润滑体系的滑动摩擦寿命达到1.86×106 r,为采用SiCH油润滑时摩擦寿命的1.2倍,是MoS_2薄膜固体润滑状态的4倍,表现出了良好的协同润滑效应.

碳基薄膜固液复合润滑研究现状

摩擦和磨损制约着机械系统的高可靠、长寿命服役,随着科学技术的快速发展,单一的固体或液体润滑系统已经无法满足工业应用中对机械部件的摩擦学性能要求.因此,研究人员对固液相复合润滑体系展开了大量研究,碳基薄膜因具有优异的摩擦学性能而常被用于组成固液复合润滑体系.对碳基薄膜固液复合润滑体系的研究进行了回顾,从碳基薄膜/油复合润滑、碳基薄膜/离子液体复合润滑、碳基薄膜/水复合润滑、碳基薄膜/润滑剂/纳米添加剂复合润滑,以及表面织构碳基薄膜和摩擦过程中生成碳材料的特殊碳基材料复合润滑六个体系对碳基薄膜固液复合润滑进行了综述.碳基薄膜/润滑油复合润滑无论是在大气还是在真空中都表现出优异的摩擦学性能,碳基薄膜/离子液体复合润滑对于提高在苛刻条件下服役的机械运动部件的摩擦学性能具有指导意义和广泛的应用前景.润滑添加剂的使用,可以在碳基薄膜/润滑油复合润滑体系的基础上进一步提高摩擦学性能,过渡金属氮化物/润滑油摩擦催化生成碳材料为进一步发现和发展不同的先进润滑和保护材料提供了前景.最后总结了目前研究领域中存在的一些问题,并对未来发展方向进行了展望.

月面环境下谐波减速器固液复合润滑寿命试验研究

本文对谐波减速器的失效机理和寿命影响因素进行了专门的研究分析。通过改进谐波减速器的润滑方式,开展了固液复合润滑特性分析和月面环境适应性分析,并对固液复合润滑谐波减速器进行了寿命试验验证。该固液复合润滑谐波减速器通过了在轨月面考核验证,为确定月面巡视器各活动机构谐波减速器的润滑技术状态提供了理论和试验依据,也为后续其他航天器的润滑技术状态提供了一条新的设计思路。

DLC-PFPE固液复合润滑体系的摩擦磨损性能研究

良好的润滑性是确保空间运动部件在轨工作寿命和可靠性的关键因素之一。目前空间运动机构多采用单一的固体润滑或油脂润滑,但两种方式均存在缺陷,无法满足新一代长寿命、高可靠航天器的需求。为延长空间润滑的寿命及提高其可靠性,本实验研究了类金刚石(DLC)薄膜的沉积工艺参数——丁烷、氩气流量以及负偏压和溅射功率对全氟聚醚润滑剂(PFPE)油脂条件下DLC薄膜的摩擦磨损性能与行为的影响机制,在此基础上确定了DLC薄膜的最佳沉积工艺。对DLC-PFPE固液复合润滑体系进行摩擦磨损性能测试,测得大气环境下其摩擦系数不高于0.15,摩擦磨损寿命不短于2.1×10^6 r;真空环境下摩擦系数小于0.1,摩擦磨损寿命不短于2.11×10^6 r。

固液复合润滑体系的摩擦学行为研究进展

随着空间高新技术工业的日益发展,对高性能润滑材料的要求日益增强,单一的润滑材料已经无法满足其发展需要求。固液复合润滑体系相比单一润滑材料具有更优异的摩擦学性能,已被广泛的开发和利用在不同的科学技术领域。对近年来固液复合润滑体系的研究进展和现状进行综述。

不同分子结构聚酰亚胺固-液复合摩擦学行为与润滑机理研究

设计合成了一种新型热固性聚酰亚胺(TPI)材料,利用DMA242C型动态热机械分析仪、万能试验机以及接触角测量仪等对其机械性能、热学性能以及表面基础油PAO10的润湿性能进行表征,并与商业化的热塑性聚酰亚胺YS-20作对比,考察了两种不同分子结构的聚酰亚胺(PI)在PAO10润滑下的摩擦学行为.球-盘摩擦试验结果表明,无论是在模拟的多次“启-停”往复运动,还是模拟一次“启-停”的旋转接触运动,TPI与PAO10的固-液复合体系均具有优异的抗磨减摩性能,主要归因于TPI与PAO10之间较好的润湿性与物理吸附作用.通过分子动力学模拟的方法,进一步验证了空间化学交联TPI的空间化学交联结构增强了其表面与PAO10之间的物理吸附作用,有助于提高边界膜的构筑速度与承载能力,进而改善了两者复合体系的摩擦学行为.

类金刚石薄膜固-液复合润滑体系真空摩擦学性能研究

为了改善类金刚石(DLC)膜在真空环境下的摩擦磨损性能,以满足其在航天领域的应用需求。本文通过离子注入与沉积技术制备了显微硬度高于20 GPa、膜基附着力大于200 mN的掺钨DLC膜,并探讨了该薄膜与几种常用的真空润滑油脂:聚α-烯烃(PAO,201润滑油)、全氟聚醚(Z25)、LH201、Braycote 601EF、Braycote 602EF复合润滑体系的真空摩擦学性能。结果表明:DLC基固-液复合润滑体系能够有效改善DLC膜在高真空条件下的快速失效问题,是DLC膜在高真空环境下的一种有效延寿途径。相较于601EF、602EF,DLC-LH201复合润滑体系具有更好的真空摩擦磨损性能。

WS_2薄膜/空间液体润滑剂复合润滑体系的摩擦学性能研究

采用射频溅射技术制备了WS2薄膜,考察了WS2/全氟聚醚(815Z)和WS2/聚烯烃取代环戊烷(P201)两种固/液复合润滑体系的真空摩擦学性能.通过扫描电子显微镜(SEM)、三维表面轮廓仪对磨损表面的微观形貌进行了分析,采用X射线能量色散谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)分析了磨损表面元素的组成和化学状态.探讨了两种固/液复合润滑体系的摩擦磨损特性和失效机理.结果表明:WS2/815Z复合润滑体系中,二者相容性较差,摩擦系数较高、波动较大,且表现出较高的磨损率;WS2薄膜与P201的相容性较好,组成的复合润滑体系表现出较低且平稳的摩擦系数和较低的磨损率,具有良好的协同效应.

黏度、极性及配副因素在DLC薄膜固液复合设计中的影响

本文中系统研究了类金刚石(Diamond-like carbon,简称DLC)固体润滑薄膜与一系列不同黏度的烷烃、醇类液体润滑介质的复合润滑性能,并深入探讨了介质黏度、极性及摩擦配副在固液复合设计中的影响规律.我们发现所用DLC薄膜在所考察润滑介质中均表现出较好的稳定性及亲和性,而摩擦行为则呈现较大的差异:在非极性烷烃化合物润滑环境下,DLC/DLC和钢/钢摩擦副的摩擦系数随介质黏度的增加改变不大,钢/DLC摩擦副的摩擦系数则随着介质黏度的升高而逐渐降低;在极性的醇类介质中,钢/钢摩擦副的摩擦系数随着介质黏度的增大先下降后急剧上升,而钢/DLC和DLC/DLC摩擦副的摩擦系数随介质黏度的升高而降低.总之,介质黏度、极性和摩擦配副对体系润滑行为有很大影响,在进行固液复合润滑体系设计时,需综合考虑三者的相互作用关系.

微/纳米机固-液复合材料的制备及其性能研究

通过Cr掺杂的类金刚石薄膜与磷酸二丁酯四丁胺离子液体制得固-液复合润滑体系,对磷酸二丁酯四丁胺离子液体进行红外光谱表征,使用摩擦试验机评价固-液复合润滑体系在不同电场强度下的摩擦磨损性能。结果显示:固-液复合润滑体系在施加合适的电场下能获得良好的润滑性能,实现电控摩擦。

离子液体润滑下非晶碳膜的载流摩擦磨损行为

目的考察非晶碳膜(amorphous carbon film,a-C)在干摩擦和在离子液体(IL)润滑下的载流摩擦磨损行为特点。方法选取不锈钢、涂覆离子液体的不锈钢、a-C薄膜和涂覆离子液体的a-C薄膜(a-C-IL)分别与不锈钢小球对磨,在直流电流为0.2 A的条件下进行摩擦磨损测试,对比了各种试样的摩擦学行为。通过扫描电镜、表面三维轮廓仪和拉曼光谱对磨痕和磨斑进行分析表征,并讨论各种摩擦副的磨损机制。结果非晶碳膜与离子液体均能有效地降低钢-钢摩擦副在载流条件下的摩擦系数,使得稳定摩擦系数从～0.8分别降低到～0.2和～0.15。当a-C膜与IL进行复合后,进一步降低了a-C膜的载流摩擦系数(～0.1),但是a-C膜的耐磨性能降低。结论在载流摩擦磨损测试下,钢-钢摩擦副的摩擦系数大,磨损严重,伴随轻微的粘着磨损;离子液体可以明显减小摩擦副之间的粘着,降低钢-钢摩擦副的摩擦系数和磨损率。在钢基底上镀a-C薄膜,摩擦过程中a-C磨屑形成的转移膜发生了石墨化,能显著降低摩擦系数,减小磨损率。a-C-IL固液复合薄膜具有比a-C膜更低的载流摩擦系数,但其耐磨性能不如a-C膜。

DLC和CrN薄膜在油润滑下的摩擦性能

文摘采用闭合场非平衡直流磁控溅射技术和阴极电弧离子镀技术在轴承钢表面分别制备了DLC和Cr N薄膜,在全配方发动机油(CF-4,15W/40)润滑条件下,选择DLC/钢、Cr N/钢摩擦配副,用SRV-IV摩擦实验机考察了25℃和100℃时DLC与Cr N薄膜在不同载荷下的摩擦因数和磨损率,并对摩擦界面进行分析。结果表明:DLC和Cr N薄膜在油润滑条件下的摩擦因数都随着载荷的增加而降低;DLC和CF-4构成的固液复合润滑体系具有更加优异的摩擦学性能;活性较高的Cr N薄膜与发动机油中的添加剂相互作用,在摩擦界面上发生摩擦化学反应形成摩擦化学反应膜,并且薄膜表面形成的氧化层有利于提高薄膜在高温时的耐磨性。

二硫化钼膜在不同润滑条件下的摩擦学性能分析

通过MoS2膜/钢、钢/钢摩擦副在干摩擦、油和脂润滑条件下的球-盘式摩擦学试验,对比分析润滑条件、载荷、速度对MoS2膜摩擦因数的影响。结果表明:在其他条件相同时,油和脂润滑条件下,MoS2膜在零速启动、中低速情况下的动、静摩擦因数均比MoS2干膜和钢/钢摩擦副要低;MoS2膜在干摩擦、油和脂润滑条件下,摩擦因数均随载荷增加而降低,表明法向载荷越高,MoS2膜的减摩性能越好。

溅射二硫化钼膜在不同润滑条件下的摩擦学性能分析

通过MoS2膜/钢、钢/钢摩擦副分别在干摩擦、油和脂润滑条件下的球-盘式摩擦学试验,对比分析了润滑条件、载荷、滑动速度对MoS2膜摩擦系数的影响.利用原子力显微镜(AFM)对膜层磨损形貌进行表征,研究润滑条件对膜层磨损寿命的影响.结果表明:在4122仪表油和FAG脂润滑下,MoS2膜在零速启动、中低速情况下的动、静摩擦系数均比MoS2干膜和钢/钢摩擦副的要低;固-液复合润滑时的MoS2膜的耐磨性均比干膜摩擦时有所降低,MoS2干膜的磨损率约为8.1×10-7mm3/(N.m),在油和脂润滑时其磨损率分别约为2.4×10-5mm3/(N.m)和5.5×10-6mm3/(N.m).

机车柴油机极低摩擦环境构建及应用

机械摩擦副的摩擦磨损是影响设备运行状况、使用效率、服役寿命、能源利用率以及排放物水平的重要因素。提出金属表面自适应增材强化技术工程概念,可以实现机车柴油机金属摩擦副表面极低摩擦状态的在线自适应构建。将功能材料在线介入摩擦接触区域,借助摩擦能量激发功能材料与运动副界面交互作用,通过摩擦化学反应、物理削峰填谷及机械抛光效应,实现摩擦副接触表面的强化改性和自适应增材,自动补偿磨损超差,动态优化配副间隙,靶向修复磨损区域,在固液多元复合润滑状态下实现表面磨损和增材补偿的动态平衡,构建运动副间极低摩擦、极小磨损的运行状态。在机车柴油机中应用表明,金属表面自适应增材强化技术改变了摩擦副间的跑和方式和运动副间摩擦匹配性,可明显降低摩擦副的摩擦磨损、提高设备运行效率、降低设备全寿命周期能耗和运维成本,降本增效、节能减排效果良好。

钛硅碳衍生碳涂层在真空中的摩擦与磨损行为研究

采用高温氯化法(800℃,5%Cl2+Ar)制备了钛硅碳衍生碳涂层(CDC@Ti_3SiC_2).通过真空浸渍处理,将1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体(LP106)浸渍到多孔层状结构的CDC@Ti_3SiC_2涂层中,得到固-液复合润滑涂层(CDC@Ti_3SiC_2-LP106).以Si_3N_4球为摩擦配副,分别考察了Ti_3SiC_2、CDC@Ti_3SiC_2和CDC@Ti_3SiC_2-LP106涂层在两种真空模式下的摩擦磨损性能.这两种真空模式分别为固定真空度(10–4Pa)和改变真空度(由105Pa逐渐减小至10–4Pa).随着真空度的增大,CDC@Ti_3SiC_2涂层的摩擦系数呈现先减小后增大的趋势.相比较而言,CDC@Ti_3SiC_2-LP106涂层的摩擦系数低且对真空度变化不敏感.在两种真空模式下,CDC@Ti_3SiC_2和CDC@Ti_3SiC_2-LP106涂层均显著减小了Ti_3SiC_2的摩擦系数,但其抗磨损性能并没有明显提高.

不同黏度合成油下CrN/TiN多层薄膜的摩擦学特性研究

目的探究在不同黏度合成酯润滑油的作用下,CrN/TiN多层薄膜的摩擦学性能及协同润滑机制。方法选用聚α烯烃(PAO)与三羟甲基丙烷辛癸酸酯(TME)复配,得到不同黏度梯度的合成油。利用全自动黏度测定仪、倾点测试仪、开口闪点测定器和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分别对合成油的运动黏度(40、100℃)、倾点、闪点和表面官能团进行表征。利用反应磁控溅射技术在316不锈钢和单晶硅片基底表面制备CrN/TiN多层薄膜。采用X射线衍射仪和FIB-TEM表征手段对薄膜的微观结构进行分析,并用纳米压痕仪和划痕仪测试了薄膜的力学性能。利用球-盘式摩擦试验机表征薄膜在干摩擦和油润滑条件下的摩擦学性能,利用XPS对摩擦实验后的磨痕元素价态进行表征。结果CrN/TiN薄膜具有典型的面心立方结构(FCC)、异质多层结构,且其硬度可达32.2 GPa。在干摩擦条件下,与裸316基体相比,经表面镀制CrN/TiN薄膜后平均摩擦因数由0.95降至0.71,磨损深度由25.0μm降至16.8μm。在合成油作用下,316不锈钢-GCr15钢球(钢-钢摩擦副)、CrN/TiN多层薄膜-GCr15钢球(CrN/TiN多层薄膜-钢摩擦副)2种摩擦配副的摩擦因数和磨损率随着合成油黏度的增加均呈现降低趋势,且在同一黏度条件下薄膜试样的磨损率更低。结论CrN/TiN多层薄膜在PAO与TME复配获得的一系列不同黏度合成油的作用下,随着合成油黏度的增加,薄膜的磨损率和磨损深度逐渐下降,其减摩抗磨性能得到显著提升。通过磨痕表面的XPS分析可知,合成油中极性的酯基吸附在滑动界面,增强了油膜的承载性能,从而减缓了对偶间的摩擦阻力。