一种船用低温钢板在干态室温下的往复摩擦特性研究

目的研究新型船用低温钢板的摩擦磨损性能。方法采用UMT-2型多功能摩擦磨损实验机,测试了船用低温钢板在室温干态环境、不同载荷(10、20、30 N)、不同频率(2、5 Hz)下的往复摩擦试验行为。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)分析了船用低温钢板的磨痕表面形貌,用光学轮廓仪分析了磨损表面轮廓,用EDS对试样磨损表面进行了成分分析。结果随着试验法向载荷从10 N增加到30 N时,船用低温钢板的摩擦系数从0.51逐渐增加到0.63,磨损率先增加后降低,再逐渐增加。在相同载荷下,摩擦系数随着往复频率的提高而降低。载荷为30 N时,往复频率为5 Hz,摩擦2 h后,磨损断面轮廓宽度和深度分别为750μm和3871 nm。接触面从磨粒磨损转向疲劳磨损,接触面出现氧化层、表面硬化层和转移层。结论载荷较低时,船用低温钢磨损主要为氧化磨损和疲劳磨损;载荷增大时,接触面磨损出现疲劳磨损。同等载荷下,摩擦系数会随着移动速度的提高有所下降,接触面在摩擦热作用下形成的金属膜有助于降低表面粗糙度,减小摩擦系数。

小牛血清边界润滑条件下西佛碱铜配合物改性超高分子量聚乙烯往复摩擦磨损行为

采用自行研制的往复摩擦磨损试验机,在小牛血清边界润滑条件下,研究了含5wt%、10wt%、15wt.%乙二胺缩水杨醛西佛碱(Schiffbase)铜(Ⅱ)配合物的改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE)与钛合金(Ti6Al4V)配副的往复摩擦磨损性能.利用扫描电子显微镜及白光共焦三维轮廓仪观察其磨损表面形貌,采用EDS和XPS分析磨损表面的主要元素组成及其价态,并探讨其磨损机理.结果表明:在15%质量分数范围内,随乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜(Ⅱ)配合物加入量的增加,改性UHMWPE与钛合金配副的摩擦系数逐步降低,耐磨性逐步提高;磨损机制均为三体磨料磨损.

往复摩擦下热压镍－二硫化钼复合材料的自润滑性能及其耐磨机理研究

对于含ＭｏＳ２的复合材料在单向滑动摩擦条件下的实用性能，人们已经进行了比较多的研究，然而好多摩擦部件在工程实际中经受的却都是往复摩擦。为了探明热压Ｎｉ－ＭｏＳ２复合材料的自润滑性能及其耐磨机理，在往复摩擦条件下研究了这种材料盘表面和偶件ＧＣｒ１５钢球表面之ＭｏＳ２膜的形成过程与形貌特征，并且利用扫描电子显微镜等观察分析了ＭＯＳ２膜的磨损表面形貌及其微区成分。结果表明，在给定的往复摩擦条件下，对偶双方表面都形成了具有层状结构的ＭｏＳ２润滑膜，这种膜是通过疲劳剥落、转移、粘附与叠压等方式所形成；ＭｏＳ２含量对Ｎｉ－ＭｏＳ２复合材料自润滑性能的影响，主要取决于它是否能够在对偶双方表面形成分布均匀而稳定的润滑膜，含６０％（ｗｔ）ＭｏＳ２的复合材料的自润滑性能最好；Ｎｉ－ＭｏＳ２复合材料的自润滑性是通过其表面ＭｏＳ２膜的连续生成与疲劳剥落，并在偶件表面形成转移膜，使复合材料与金属间的摩擦变成复合材料表面ＭｏＳ２膜与偶件表面ＭｏＳ２膜之间的摩擦所实现。由此可见，Ｎｉ－ＭＯＳ２复合材料是适合在往复摩擦运动场合应用的一种性能良好的自润滑复合材料。

试验参数对人工滑液边界润滑条件下超高分子量聚乙烯／Ti6Al4V往复摩擦磨损行为的影响

采用自行研制的往复摩擦磨损试验机,在法向载荷50N、往复频率1Hz、摩擦副接触形式为圆环外圆周/平面、初始线接触长度为6mm、相对湿度为80%的试验条件下,研究了钛合金表面粗糙度、试验环境温度、试验延续时间、滑液成分等试验参数对UHMWPE/Ti6Al4V摩擦副的往复摩擦磨损行为的影响。结果表明,这些试验参数均显著影响UHMWPE/Ti6Al4V摩擦副的往复摩擦磨损行为;在环境温度20℃、25%小牛血清去离子水溶液边界润滑、180min往复摩擦磨损试验条件下,当钛合金表面粗糙度由Ra0.04μm增加至Ra0.06μm时,摩擦副的平均摩擦因数由0.033增加至0.096,UHMWPE试样磨损量由0.131mm3增加至0.149mm3;在钛合金表面粗糙度为Ra0.06μm、25%小牛血清去离子水溶液边界润滑、180min往复摩擦磨损试验条件下,当试验环境温度由10℃上升至37℃时,摩擦副的平均摩擦因数由0.135减少至0.077,UHMWPE试样磨损量由0.188mm3减少至0.134mm3。

假肢接受腔-人体皮肤界面往复摩擦能量损耗的研究

利用万能材料试验机和多功能数据采集分析系统,在往复摩擦模式下模拟假肢接收腔-残肢皮肤穿戴界面,研究了不同切向力作用下两种常用的假肢接受腔材料与皮肤的摩擦能量损耗.结果表明:接受腔-皮肤界面往复摩擦过程中,随着切向力的增加,皮肤发生的弹性变形增大,皮肤摩擦前后的温差增加,摩擦过程中的能量损耗增大.接受腔材料表面结构直接影响着残疾人穿戴假肢的舒适性.相较于表面粗糙度较大的国内生产接受腔材料,表面粗糙度较小的进口接受腔材料降低了皮肤的摩擦能耗,减轻了皮肤的发热和变形,降低了皮肤损伤的风险,提高了与皮肤界面的适配性.

核电反应堆压力容器支座减摩板往复摩擦磨损性能

采用专用往复滑动摩擦试验机及工装,通过台架试验模拟核电服役条件,测试了压力容器支座用高强石墨镶嵌减摩板的滑动摩擦磨损性能,并用扫描电子显微镜观察了石墨磨损形貌。结果表明:减摩板试验件在垂直载荷42.53MPa(承载3 603kN)和99MPa(承载8 386kN)作用下经800次循环摩擦试验的平均摩擦因数分别为0.12和0.11,满足核电设计技术要求;镶嵌于减摩板的高强石墨在干摩擦条件下的磨损机制以磨粒磨损为主,伴有疲劳磨损。

20#钢、45#钢往复摩擦过程中摩擦力的递归演化行为研究

为了揭示20#钢、45#钢在往复运动过程中摩擦磨损非线性行为规律,在往复式摩擦试验机上进行了摩擦磨损试验,采集整个摩擦过程中的摩擦力信号.将不同摩擦磨损时间测得的摩擦力信号绘制成递归图并进行定量递归分析.研究发现:磨合阶段的递归图具有沿主对角线高度集中的黑点,黑点向两侧对称分散并保持相对均匀分布,递归图的关联维数逐渐增加并稳定,最终黑点向主对角线回归,递归图的关联维数减小,剧烈磨损发生.递归图和关联维数分别直观和定量地描述了摩擦力的递归演化过程,研究结果可应用于识别磨合状态、正常磨损阶段和剧烈磨损阶段,其研究方法对其他摩擦系统的非线性行为具有借鉴意义.

7种材料/涂层体系室温往复摩擦磨损性能研究

发动机压气机机匣和叶片在高速运转过程中易发生磨损断裂,采用合理的材料/涂层体系可有效延长其使用寿命。本研究通过对发动机压气机机匣、叶片等部位常用的1Cr17Ni2不锈钢、2A70铝合金、TA9钛合金、安波涂层、自润滑涂层及新型微弧氧化复合涂层、热渗锌复合涂层体系开展室温往复摩擦磨损测试,结合摩擦系数曲线、磨痕轮廓曲线以及光学显微形貌,从而获得到7种材料/涂层的磨损速率与磨损机制。研究结果表明,热渗锌涂层摩擦系数最低(≤0.2)、磨损量低(10-5 mm^(3)/Nm量级),表明该涂层在实验考核条件下具备自润滑效果,可对基体实现减磨降摩的作用;1Cr17Ni2不锈钢的磨损率与热渗锌涂层相近,具有优异的耐磨性能,但该不锈钢的摩擦系数高,启动以及运行力矩大;其它合金及涂层(如2A70铝合金、TA9钛合金、微弧氧化涂层、安波涂层以及自润滑涂层)的摩擦系数高,且耐磨性差,磨损率普遍在(10^(-4)~10^(-3))mm^(3)/Nm量级,耐磨性较1Cr17Ni2不锈钢以及热渗锌涂层差1~2个数量级。研究获得到的7种材料/涂层磨损速率与磨损机制,可为发动机压气机选材设计提供理论支撑。

表面微织构对WC-8Co在往复摩擦磨损中粘结-扩散磨损特性的影响

采用激光表面纹理化在WC-8Co上制备了微沟槽织构,通过往复式摩擦磨损试验对其与Ti6Al4V接触的耐磨性进行分析,并以无表面微沟槽织构的WC-8Co为对比样品,研究了表面微织构对WC-8Co粘结-扩散磨损特性的影响,揭示了摩擦过程中表面微织构的磨损机理.结果表明:WC-8Co上的微沟槽对摩擦接触面具有抗粘结作用,在高接触载荷下,这种效应更为明显.织构表面的抗粘结机制是由微沟槽包裹的碎屑产生的.此外,与无表面微织构的WC-8Co不同,表面织构化的WC-8Co的磨损最初来源于微沟槽边缘的断裂,随后扩展到摩擦表面.这种磨损特性归因于微沟槽边缘的高热载荷和机械应力集中,以及激光加工过程中WC晶粒长大与摩擦过程中粘结剂Co扩散的协同效应.

不同频率下C/C复合材料的往复式滑动摩擦特性

制备了两种具有不同基体炭类型的C／C复合材料，测试其与GCr钢在40N时配副时的往复式摩擦行为。结果表明：随滑动频率的增加，两种试样的摩擦因数先增加，均在400r／min时达到最大，之后除在l200r／min时略有反弹外，基本表现出线性下降趋势。在相同频率下，具有光滑层结构热解炭基体材料（SL）的摩擦凶数低于另一种具有粗糙层结构热解炭和树脂炭混合基体（RL／RC）材料的。其中，RL／RC基体材料的摩擦因数在0．183～0．063之间；而SL基体材料的摩擦因数在0．150～0．059之间。随时间的延长，所有试样的摩擦因数均逐渐趋于稳定。Raman检测结果表明，随滑动频率增大，材料摩擦表面的微区石墨化度增加。但SEM形貌表明，随滑动频率增大，材料摩擦表面形貌由光滑变得粗糙，磨粒磨损加剧。

往复式摩擦磨损试验机的振动分析与优化

针对往复式摩擦磨损试验机工作过程中出现的振动,将其简化为有阻尼的弹簧系统,利用三维软件对试验机进行建模并导入ADAMS建立试验机的虚拟样机模型,分别探究变转速和变载荷的情况下,试验机的振动。针对仿真结果对试验机进行结构优化,从而达到减振或消振的目的。仿真结果表明:结构改进后,在两种情况下,试验机在x、y、z方向的振动分别减少了85. 67%、8. 43%、2. 01%和36. 47%、26. 83%、10. 04%,验证了结构优化的可靠性。

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。

混粉工艺对纳米Al_2O_3弥散强化铜基复合材料摩擦学特性的影响

以纳米A l2O3为增强相,用粉末冶金法制备了弥散强化铜基复合材料,研究了混粉工艺对复合材料滑动摩擦学特性的影响。结果表明:添加纳米A l2O3的复合材料其摩擦因数均有不同程度的减小,但以纳米A l2O3质量分数为5%及采用表面活性剂对粉体处理后得到的复合材料的摩擦学性能最好,平均摩擦因数下降近50%,平均磨痕深度下降了40%。对纳米粉体进行分散,可有效解决纳米粉体的软团聚现象,继而得到组织均匀的弥散强化铜基复合材料,特别是在较大复合量的情况下,采用表面活性剂是获得良好摩擦学性能的必由之路。

试验环境温度对小牛血清边界润滑条件下超高分子量聚乙烯往复磨损行为的影响

采用自行研制的往复摩擦磨损试验机,在法向载荷为50 N、往复频率1 Hz、摩擦副接触形式为圆环外圆周/平面、初始线接触长度为6 mm,相对湿度为80%、体积含量25%小牛血清去离子水溶液边界润滑的试验条件下,研究试验环境温度对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)与钛合金配副的往复摩擦磨损性能的影响,并利用扫描电子显微镜观察37℃时磨损表面形貌。结果表明:试验环境温度θ由10℃升高至30℃,UHMWPE/钛合金摩擦副的平均摩擦因数aμ呈明显下降趋势,由30℃升高至37℃时,μa开始缓慢上升,UHMWPE的体积磨损量Wv随试验环境温度θ变化也呈现相似的规律;磨损机制主要表现为磨料磨损。

交变热载荷条件下的摩擦副热分析

文章以往复滑动摩擦副为研究对象,分析了交变热载荷条件下的摩擦温度场演变规律。建立三维瞬态热分析模型并导入实验摩擦系数,以加载移动热流密度边界条件的方式等效摩擦生热效果,完成温度场的数值计算;同时结合红外热像仪和热电偶的测温对温度场进行分析。研究结果表明:将摩擦系数导入数值模型重构三维摩擦温度场的方法可行,工况参数和实时摩擦系数是影响摩擦温度场演变规律的主要因素。

碳纳米管改性镀铜石墨/铜复合材料摩擦磨损性能的研究

采用放电等离子烧结(SPS)工艺制备碳纳米管(CNTs)含量为0~0.3 wt%的碳纳米管-镀铜石墨/铜(CNTs-CCG/Cu)复合材料,研究了CNTs含量对复合材料物理、力学和摩擦磨损性能的影响。实验结果表明:随着CNTs含量从0增加至0.3 wt%,复合材料电阻增加,抗弯强度先升高后降低,在其添加量为0.1 wt%时达到最大值124.5 MPa。摩擦系数和磨损率先降低后升高,在CNTs添加量为0.1 wt%时最低,分别为0.15左右和9.63×10m^(3)N^(-1)m^(-1)。摩擦过程中适量的CNTs协同CCG在材料表面形成高强度连续摩擦膜,有效降低了复合材料的摩擦系数和磨损率。

迷彩服织物与人体肘部皮肤摩擦特性研究

在往复摩擦模式下模拟迷彩服穿着环境,研究了5种不同迷彩服织物的表面结构、亲疏水性、接触力值以及干湿状态对皮肤摩擦特性的影响.结果表明:在法向载荷为1 N时,湿态下的环境增强了织物与皮肤间的黏着力,织物与皮肤在湿态下的摩擦系数均高于干态;当法向载荷增加到5 N时,界面间的干湿状态对织物与皮肤的摩擦系数无明显影响.在干态时,不同迷彩服织物与皮肤的摩擦性能与织物的材质和针织结构有关,纯棉材质和斜纹结构的织物与皮肤的摩擦系数较小;在湿态时,不同迷彩服织物与皮肤的摩擦性能与织物的亲疏水性有关,疏水性强的织物由于增强了皮肤的水合作用以及界面间的粘附力,因此增加了织物与皮肤的摩擦系数.质地较硬的平纹结构织物易造成摩擦后的皮肤表面粗糙,造成皮肤不同程度的角质层分离及表皮撕裂,增加了皮肤表面损伤的风险.

皮革等材料圆形旋转摩擦测试可行性的探讨

文章对比了国内外皮革摩擦色牢度的不同测试方法的差异。通过调整影响旋转摩擦结果的参数与往复摩擦进行对比,结果表明,SATRA TM8旋转摩擦测试仪虽然适用于小部件摩擦色牢度的考核,但其适用范围有限,并不能取代往复摩擦,大量试验,不断改进仪器,建立旋转摩擦的科学有效的考核方式,扩宽旋转摩擦的适用范围,解决小部件产品的摩擦色牢度考核问题很有必要。

导轨副表面摩擦疲劳的实验研究

利用往复式摩擦试验机对典型的滑动导轨副试样进行摩擦疲劳实验,定量地分析了接触表面的疲劳磨损性能并获得了相关的摩擦疲劳指数。实验结果表明对于灰铁200-45号钢导轨副试样,通过硬化处理,可以使其耐磨性提高3~4倍;对表面进行边界润滑,可以使其耐磨性提高5~6倍。实验获得的HT200和淬火HT200在干摩擦和边界润滑条件下的摩擦疲劳指数分别为1.12、1.33、1.43和1.41。该研究结果可以为导轨副表面疲劳磨损的理论计算提供关键参数,并为定量地进行导轨副的摩擦学分析提供参考依据。

铁磁材料摩擦过程中磁化效应机制研究

为探究摩擦过程中磁记忆效应产生机制,采用Bitter粉纹法对摩擦过程中摩擦接触区域的磁畴组织进行原位观测,测量不同摩擦次数及不同摩擦载荷下磨痕表面的磁场变化以及摩擦影响区域内磁畴组织的时效变化。实验结果表明:摩擦过程中磨痕表面的磁场经历剧烈增加、缓慢增加到稳定变化3个阶段;摩擦接触区域内的畴壁在摩擦过程中转向垂直于往复摩擦方向,畴壁厚度和间距增加,畴壁的形态呈现弯曲状,且摩擦载荷为40 N时畴壁的这些变化比载荷为20 N时更加明显;摩擦后的磁畴组织发生时效变化,在静置60天后接触区域内畴壁变化后的状态开始消散,摩擦载荷为40 N时消散程度较20 N时小。