SLM成形IN738LC合金的微动磨损行为及磨损机理

本文通过高精度微动摩擦磨损试验机(SRV-V),以球/平面点接触模式对选区激光熔化(SLM)技术制备的IN738LC合金进行切向微动磨损实验,系统研究了恒定载荷条件下(50 N),不同位移幅值(50、100、150、200μm)试样的微动磨损行为及其磨损机理。结果表明:随着位移幅值增加,试样的摩擦因数和磨损体积逐渐增大,微动磨损运行状态由混合区逐渐转变为完全滑移区,50μm试样的磨损机理为轻微氧化磨损和疲劳磨损,200μm试样的磨损机理转变为氧化磨损、疲劳磨损和磨粒磨损。此外,磨痕中的微裂纹分布强烈依赖于微动区类型,即微裂纹出现在黏着区域和滑移区域的交界位置及完全滑移区域内。由于磨痕边缘存在犁削作用,磨痕形状由圆形变为椭圆形。

皮质悬吊装置和股骨间微动磨损有限元分析

研究了皮质悬吊装置的钛板和股骨表面的皮质骨承受交变载荷发生的微动行为.基于钛/皮质骨材料建立了球/平面微动磨损有限元模型,通过与Hertz接触理论和已有试验结果进行对比,验证了有限元方法的正确性;同时研究了位移幅值、摩擦系数和法向力对钛球/皮质骨接触面间微动磨损行为的影响.最后把已验证的模型和方法用于研究前交叉韧带(ACL)重建手术中的皮质悬吊装置和股骨间的微动磨损情况.发现随着微动位移幅值从2μm增大至10μm,磨损状态由部分滑移向完全滑移转变,最大磨损深度由0.195μm逐渐增大至14.13μm,磨损体积由5.69×10^(4)μm^(3)增大至1.41×10^(6)μm^(3);在位移幅值为5和10μm时,磨损深度、磨损面积和磨损体积都表现出随摩擦系数增大而减小的趋势;在位移幅值为5μm时,磨损深度随法向力的增加逐渐减小,在位移幅值为10μm时,磨损深度随法向力的增加逐渐增大.通过研究交变载荷下皮质悬吊装置/皮质骨微动磨损模型的微动磨损行为发现:磨损深度最大值在皮质骨隧道孔边缘的应力最大值处,并且与球/平面微动磨损模型预测趋势相同,可以通过增加皮质悬吊装置和皮质骨隧道孔边缘接触面间的摩擦系数来提高皮质骨的抗微动磨损能力,提高ACL重建手术成功率.

随机振动下电连接器微动磨损试验与性能退化模型

针对电连接器在随机振动下微动磨损导致的接触性能退化问题,采用电容层析成像技术监测微动磨损过程中电连接器接触件间磨屑的堆积和分布特征。结果表明,随机振动时间、振动水平和载荷电流对磨屑的堆积具有正向累积效应;轴向振动下微动磨损最为严重;磨屑分布不均匀,插针根部的磨屑较多。接触电阻值呈现波动上升趋势,不同于磨屑特征值总量的阶梯式增加,但在较高随机振动水平和负载电流下,两者呈现较强的相关性。基于磨屑分布信息构建的布谷鸟搜索算法优化BP神经网络性能退化模型的预测误差小于6%。

XPS原位分析纯铁微动磨损摩擦氧化行为

摩擦化学是微动磨损过程中不可避免产生的一种复杂的摩擦学行为,对材料的磨损性能及磨损机理具有重要的影响。基于原位XPS高精度切向微动磨损试验平台,系统性研究工业纯铁在真空(p=4 mPa)和大气环境下不同微动运行区域接触界面摩擦化学状态及其微动磨损行为。试验结果表明,工业纯铁在大气环境下未观察到微动混合区,然而真空环境下因接触界面发生了严重粘着效应,使得微动运行难以进入滑移区而具有较宽的混合区。随着位移幅值的增加,工业纯铁在真空环境下的微动磨斑具有更多的Fe基体暴露,并伴有以FeO为主的氧化物,整体表现出较高的磨损量;相对比,在大气环境下其磨斑表面产物为以FeO和Fe_(2)O_(3)为主的氧化物,特别在滑移区几乎没有Fe单质暴露,且磨斑表面主要以Fe_(2)O_(3)氧化物为主,表现出较真空环境下更轻微的磨损。磨损结果表明,FeO和Fe_(2)O_(3)具有较好的润滑保护作用,特别是Fe_(2)O_(3)氧化物能显著提高材料表面抗微动磨损性能。利用原位XPS技术可以实现表征材料接触表面真实的摩擦化学状态,且更加准确地揭示摩擦氧化反应对微动磨损行为的影响作用机理,对丰富和发展微动磨损基础理论具有科学意义。

涂层锆合金包壳管切向微动磨损数值预测模型研究

为建立涂层锆合金包壳微动磨损的有限元计算分析模型,预测切向工况下的最大磨损深度,基于包壳-格架的实际几何特征建立了涂层锆合金包壳-刚凸接触系统的有限元模型,采用Archard磨损模型计算磨损量,结合ABAQUS的ALE功能和UMESHMOTION子程序模拟磨损过程。根据微动磨损试验结果分析磨损系数随磨损周次的变化情况,并拟合其函数关系。有限元计算的最大磨损深度和最大深度的位置与试验结果相符,表明所建立的模型可用于涂层锆合金包壳切向微动磨损最大深度的预测。

磁控溅射与电镀工艺制备镀银层的微动磨损性能对比

采用电镀与中频-直流磁控溅射技术分别在钢基体表面制备银镀层,利用显微硬度计、微米划痕仪和疲劳试验机等对两种镀银样品的硬度、结合力及微动磨损等性能进行了表征,并利用扫描电镜、激光共聚焦显微镜等对微动磨损后样品的磨损形貌和磨损机理进行了分析。结果表明:磁控溅射工艺制备的镀银样品的显微硬度、表面粗糙度要优于电镀工艺制备的镀银样品;磁控溅射工艺制备的镀银样品的结合力比电镀样样品的结合力高1.5倍,有利于提高镀层的耐磨性;经过300 h的有效微动磨损实验,发现磁控溅射工艺制备的镀银层相比于电镀工艺制备的镀银层的磨损深度下降了33.3%,这与磁控溅射工艺制备的镀银层表面光整度好和粒子尺寸更细小有关。磁控溅射工艺制备的镀银样品的磨损机理是磨粒磨损,而电镀工艺制备的镀银层是粘着磨损。

不同温度下Inconel 690TT换热管的冲击微动磨损特征研究

为了研究冲击微动磨损对蒸汽发生器换热管的影响,在200,250,285℃温度下开展了Inconel 690TT管与SUS405支撑的冲击微动磨损试验研究,通过扫描电子显微镜和能谱仪手段对磨损特征开展系统分析。结果表明,250℃和285℃温度下的磨损量相近,明显大于200℃下的试验结果。对磨损表面的分析发现,温度的升高会导致表面产生更为显著的剥层现象和表面硬度降低,进而导致磨损体积的增加。从能谱仪分析结果来看,在250℃和285℃下,氧化变得严重,但从C和Fe的含量来看,质量转移并不严重,但随温度上升质量转移略有上升。这说明冲击磨损主要的磨损机制是剥层,粘着磨损随着温度升高有上升趋势。冲击微动磨损机理研究结果对蒸汽发生器后续研究、设计和维护具有重要意义。

滑动轴承微动磨损引发不稳定振动研究

从轴承支架微动磨损角度开展某超超临界汽轮机高压转子不稳定振动故障机理研究。基于Archard方程,建立轴承在实际装配和载荷条件下微动磨损分析模型。结果表明:轴承瓦枕与支架之间采用球面配合方式,在该区域内出现局部应力集中。在不平衡力激励下,激振力通过油膜传递到轴瓦。长时间运行后,瓦枕和支架之间出现微动磨损。轴承防跳间隙和插销间隙增大后,轴承失去稳定性,导致带负荷过程中轴颈中心位移较大,振动出现波动。结合某汽轮机上发生的不稳定振动现象进行了分析,根据轴颈中心位置变化特征可评估轴承状态。

MoS_(2)/CF改性超高分子量聚乙烯复合材料微动磨损性能研究

采用热压烧结法制备一系列碳纤维(CF)和MoS_(2)相对含量不同的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,研究填料在基体中的分布,考察CF和MoS_(2)对UHMWPE复合材料热性能的影响;通过SRV-IV微动磨损试验机研究CF和MoS_(2)对UHMWPE复合材料微动磨损性能的影响,并对复合材料的磨损机制进行研究;考察干摩擦和去离子水润滑介质2种条件下载荷对复合材料摩擦性能的影响。结果发现:CF的加入有利于复合材料热性能的提升;与单一CF改性相比,适量CF和MoS_(2)同时改性UHMWPE更有利于复合材料摩擦学性能的提升,其中质量分数10%CF和10%MoS_(2)改性的UHMWPE复合材料在摩擦过程中能在摩擦表面形成均匀致密的转移膜,且MoS_(2)均匀分布在转移膜,这使得复合材料的摩擦磨损性能最优;复合材料在水润滑介质中具有更低的摩擦因数,其摩擦因数随着载荷的增加而上升。

激光熔覆MoNbTaVW难熔高熵合金涂层微动磨损性能

研究了采用激光熔覆技术制备的MoNbTaVW难熔高熵合金涂层在不同载荷(10N、20N、30N)、不同微动磨损幅值(50μm、150μm、250μm)、不同循环次数(5000、10000、15000)下的微动磨损性能及微动磨损机制。结果表明:所制备的MoNbTaVW难熔高熵合金涂层由Fe_(7)Ta_(3)型HCP固溶体相、FCC固溶体相及(Fe,Ni)基体相组成,其中FCC相为未熔的高熵合金粉末。根据正交实验极差分析可知,微动磨损幅值对磨损体积的影响最大,微动磨损载荷对磨损体积的影响次之,微动磨损循环次数对磨损体积的影响最小,其中MoNbTaVW难熔高熵合金涂层在15000次、20N、250μm微动磨损条件下的磨损体积达到最大值;微动磨损载荷对摩擦系数的影响最大,微动磨损幅值对摩擦系数的影响次之,微动磨损循环次数对摩擦系数的影响最小,其中MoN bTaVW难熔高熵合金涂层在10000次、30 N、150μm微动磨损条件下的摩擦系数达到最大值。MoNbTaVW难熔高熵合金涂层的微动磨损机制主要为氧化磨损和黏着磨损,磨损产生的磨损碎片主要为Ta、W的氧化物。

镀银铜材料在大电流条件下的载流微动磨损特性

利用化学电镀方法在T2紫铜管表面镀银制备镀银铜试样,采用自主研制的切向微动磨损试验设备在圆柱/圆柱的正交点接触模式下进行室温载流切向微动磨损试验,探究了镀银铜试样在5 A电流以及不同法向载荷(5,10,15 N)和位移幅值(30,50,70,100μm)下的载流微动磨损行为及其磨损机制。结果表明:随着位移幅值的增加,镀银铜试样的载流微动磨损程度加剧,随着循环次数的增加,不同位移幅值下的摩擦因数整体呈先减小后增大最后趋于稳定的趋势,而接触电阻呈相反趋势,不同位移幅值下稳定阶段的摩擦因数相差不大;随着载荷的增加,载流微动磨损程度先变大后变小,当载荷为10 N时,磨损程度最大,此时有效接触面积较大,接触电阻较低;随着载荷的增加,稳定阶段的摩擦因数增大。镀银铜试样在磨损初期的磨损机制主要黏着磨损和氧化磨损,在磨损后期主要为磨粒磨损、氧化磨损和剥层,且随着循环次数的增加,氧化磨损程度加剧。

不同温度对Inconel 718合金微动磨损行为的影响研究

Inconel 718高温合金在航空航天、燃气轮机和核电能源等领域有着广泛运用,为评价其在实际服役工况下的微动磨损性能,采用自主研制的高温微动磨损试验机开展切向微动磨损试验,研究并揭示不同环境温度下材料的微动运行行为、材料损伤响应和磨损机理。结果表明:环境温度对Inconel 718合金微动磨损区域特性及其损伤机理有较大影响。在不同位移幅值下,随着环境温度的升高,微动磨损均向完全滑移的方向转变。微动部分滑移区的磨损机制主要为黏着磨损,且随着温度的升高黏着加剧并在600℃转变为混合区。对于微动混合区或滑移区,其损伤机制由较低温度(室温和200℃)下的疲劳磨损主导转变为较高温度(400和600℃)下的黏着磨损和磨粒磨损主导,同时氧化磨损加剧。此外,环境温度的升高将不同程度加剧材料的微动损伤,其磨损率约为室温工况下的1.76~18.60倍,不同位移幅值下所导致最大磨损率的温度阈值亦不尽相同。研究结果为不同服役温度下Inconel 718合金的抗微动损伤防护提供了理论数据和应用参考。

AZ31镁合金板微动磨损性能和微观组织演变的各向异性

AZ31轧制镁合金是最具前景的接骨板材料之一,晶体织构对微动磨损行为及微观组织演变的影响规律尚不明确。采用球/平面接触方式在AZ31镁合金板材的不同平面开展不同滑移方向的切向微动磨损试验,利用光学显微镜、电子扫描电镜、白光干涉仪、电子背散射衍射对磨斑的微观形貌和磨损体积进行了系统表征,对比不同微动磨损状态下的磨损性能和磨损机制。结果表明:载荷沿法向ND、微动沿切向TD(ND-TD)的抗磨损性能最优,载荷沿切向TD、微动沿轧向RD(TD-RD)的抗磨损性能次之,载荷沿切向TD、微动沿法向ND(TD-ND)的抗磨损性能最差。三种工况下材料的主要磨损机制均为磨粒磨损,磨斑周边和次表层的微观组织发生演变,尤其是{1012}〈1120〉拉伸孪晶的产生与晶粒所受到的应力及其晶体取向有关,从而导致材料的微动磨损性能呈现各向异性。

磨屑对Inconel718激光熔覆合金层微动磨损行为的影响

微动磨损是由紧密接触表面之间的微小振动引发的一种材料损伤现象。研究磨屑在微动磨损过程中的作用,对于揭示材料在微动磨损过程中的损伤演化具有重要意义。利用激光熔覆技术在锻造成形的Inconel合金基材表面制备了Inconel718合金熔覆层,采用球/平面点接触方式在多功能摩擦磨损试验机上对Inconel718激光熔覆合金层进行微动磨损试验。试验结束后,通过分析F_(t)-D(摩擦力-位移)曲线和COF(摩擦系数)曲线,得到微动磨损过程中的力学动态特性;利用扫描电子显微镜(SEM)和三维形貌仪(3D)分析接触界面的损伤形态,揭示其微动磨损的主要损伤机理;运用粒径分布计算软件(Nano Measurer)对磨屑粒径分布进行统计。结果表明,磨屑粒径尺寸主要分布在1~3μm之间;位移幅值的大小与磨屑排出速度成正相关关系,在大的位移幅值下,磨屑体型较大,易造成磨粒磨损,而在小的位移幅值下,磨屑易堆积从而阻碍磨损的进行;在大的法向载荷下,磨屑产生速度加快并会加剧试样表面损伤,此时疲劳磨损和磨粒磨损起主导作用;而在小的法向载荷下,磨屑能减少摩擦力和摩擦系数;此外,磨屑去除与否不改变微动运行状态。

变轨距转向架微动磨损机理与实验研究

变轨距转向架能高效解决不同轨距所导致跨国联运效率低下问题。表面处理技术可有效降低轮轴间的摩擦磨损,但其减磨微观机理尚不清楚。因此,该文利用分子动力学模拟,从微观角度建立转向架轮轴间三维微动磨损模型进行仿真分析与实验验证。结果表明,轮轴两表面间在接触应力下产生微凸起接触,微凸起挤压变形黏附,分离时凸起黏附物受剪切力脱附,从而形成微动磨损。基于分子动力学模拟的分析方法对“摩擦磨损与润滑”课程的微动磨损分析内容方面具有重要的应用价值,能帮助学生直观感受微动磨损的宏观作用效果。

交变双轴加载下钛合金微动磨损的仿真及试验研究

微动磨损是导致机械连接结构失效的主要形式之一。目前大多数研究都在恒定法向接触载荷工况下开展。然而实际工程中,广泛存在着可变法向载荷和轴向载荷的多轴加载工况,导致目前恒定法向载荷下微动磨损的研究结果不能很好地解释多轴交变加载工况下的微动磨损行为。因此,以钛合金的微动磨损为例,进行了交变双轴加载下微动磨损的仿真分析和试验测试研究。首先,建立了受循环交变双轴加载作用下的微动磨损模型;然后,对不同法向载荷幅值、位移载荷幅值、双轴加载相位差下的微动磨损行为进行了仿真,并根据Q-P曲线分析方法对这些复杂微动情况下的微动磨损机制进行了讨论;最后,在双轴加载的微动磨损试验机上进行了双轴微动磨损试验,验证了该有限元模型磨损形貌的合理性。研究结果表明:交变法向载荷的磨损形貌不同于恒定法向载荷的磨损形貌,交变下法向载荷均值与恒定法向载荷保持不变,交变法向载荷下的磨损深度及宽度均大于恒定法向载荷下的磨损深度及宽度。位移幅值和相位差一定,随着法向载荷幅值的增大,磨损宽度和深度均增加,磨损形貌由“W”型转变为“W+V”型;法向载荷幅值和相位差一定,磨损宽度和深度均随位移幅值的增大而增大;法向载荷幅值和位移幅值一定,改变双轴加载相位差,0°相位差最大磨损深度出现在接触后缘,180°相位差最大磨损深度出现在接触前缘,90°和270°相位差的前、后缘磨损深度极大值接近。

微动磨损形貌与接触应力场耦合机制仿真分析

微动磨损是影响机械关键结构的主要失效形式。为研究磨损形貌和应力场的演化过程及耦合机制,利用ABAQUS软件建立柱面/平面有限元接触模型,并基于Archard磨损公式对微动磨损形貌与接触应力场演化过程进行仿真,进一步对微动磨损过程中磨损形貌和应力场的耦合机制进行分析。仿真结果表明:局部滑移下,磨损形貌呈“W”形,随着循环次数增加,接触宽度和磨损深度略有增加,接触区最大正应力和切应力略有增大;全局滑移下,磨损形貌呈“U”形,随着循环次数增加,磨损形貌显著变宽、变深,接触区正应力和切应力的应力场分布逐渐变宽变扁。

双馈风力发电机转轴微动磨损原因分析及预防措施

针对双馈风力发电机转轴微动磨损故障,从发电机的振动,转轴与轴承内圈的配合以及材料性能等方面进行分析,认为轴承原始游隙过小,轴承过盈量偏小,机组振动偏大以及摩擦副材料性能不足是导致转轴呈蜂窝状损伤形貌的原因。通过增大转轴与轴承内圈间的过盈量和轴承原始游隙,减小振动,在接触副涂抹防蠕动膏的措施,有效解决了转轴微动磨损问题,保障了风力发电机的可靠运行。

车轴压装界面微动磨损尺寸的非线性检测

针对铁路车轴压装界面早期微动磨损检测困难的问题,基于Comsol软件固体力学-弹性波多物理场耦合模块,建立含微动磨损的车轴压装界面超声检测分析模型。以透射信号基波及二次谐波的幅值为特征量构建了超声波非线性系数与超声透射系数,讨论了压装界面磨损深度、长度以及压装力对超声波非线性系数与超声透射系数的影响,提出车轴压装界面微动磨损尺寸评估模型。结果表明,非线性系数随着压装界面磨损深度、长度的增大而增大,随压装力的增大而减小;超声透射系数随压装界面磨损深度、长度的增大而减小,随压装力的增大而增大。该结论为车轴压装界面微动磨损的尺寸定量评估提供了理论参考。

空调电机轴承微动磨损产生机理分析及探究

如今空气调节市场发展迅速,空调已经成为商业、厂房、住宅等生产生活场所的主要电器之一。除我国地图辽阔,气候条件多样外,应用在不同场所的电机工作环境往往相差甚远。由于电机应用场所广泛、应用环境多样,无论家装用户还是商业工程,都必须提升可靠性以适应各种应用环境。根据市场反馈及调研信息发现,空调器关键部件电机的可靠性尤为重要,对该方面进行深入研究能有效提升电机单体、空调设备整体的可靠性。目前在工业生产、生活出行等方面均离不开电机的重要作用。而不同用途的电机有不同的侧重点。如新能源汽车行业更注重转速、转矩等性能参数,暖通设备行业更注重电机运行噪音大小等舒适性指标。本文主要针对暖通设备中电机噪音原因进行讨论,并对噪音问题中常见的微动磨损问题进行深入探究,分析微动磨损的主要机理、不良影响及目前行业内相对应的优化方法。