摩擦诱导一元醇向无定形碳转变及其减摩特性

【目的】为了探究甲醇、异丙醇在相同载荷、不同转速工况下的润滑性能,重点探究转速对甲醇、异丙醇润滑性能的影响。【方法】利用四球摩擦磨损试验机测定甲醇、异丙醇在98N,400,500r/min和600r/min耦合工况下的摩擦学性能。【结果】摩擦测试实验结果表明:对于甲醇润滑体系,随着转速的增加,磨合期明显缩短,在500r/min下摩擦体系显示最小的磨斑直径,对于异丙醇润滑体系,随着转速的增加,摩擦系数基本保持恒定,磨斑直径随着转速的增加先减小后增加,在500r/min下摩擦体系显示最小的磨斑直径。【结论】甲醇润滑体系的低摩擦磨损性能归因于氧化钨(WO_(2)和WO_(3))、甲醇、摩擦诱导的无定形碳、摩擦对偶四者形成的“微轴承”的作用;而异丙醇润滑体系的优异摩擦学性能主要归因于摩擦诱导形成的具有润滑作用的无定形碳。结合光学显微镜、拉曼光谱、透射电子显微镜等表征方法,对甲醇、异丙醇的润滑机理进行了系统探究,研究结果可为醇基物质在精密设备领域的应用提供参考。

摩擦诱导生物燃料碳烟微粒组分与结构变化机制研究

摩擦会诱导碳烟微粒参与润滑膜形成,但对润滑界面碳烟微粒组分和结构变化研究较少.为了进一步丰富碳烟摩擦学理论,在端面摩擦试验机上,分别以3%(质量分数)生物燃料碳烟(BS)污染的液体石蜡和CD SAE 15W-40全配方油为润滑油,探索了摩擦力诱导及Ti F3和Fe F3的催化作用下,BS微粒组分和结构的变化情况.利用XPS对摩痕区域表面膜碳元素Csp2和Csp3含量进行了定性定量表征;利用拉曼光谱仪分析了表面膜碳烟微粒结构变化,并对BS微粒组分和结构变化机制进行了讨论.结果表明:在294 N、1 500 r/min,催化剂Ti F3和Fe F3存在下,无定型碳含量降低(R3降低),表面有序化石墨烯含量明显增多(ID2/IG’增加),表面石墨烯缺陷位点明显增多(ID1/IG’).碳烟微粒在摩擦剪切及摩擦热的作用下,其外层结构容易发生剥离并在摩擦副表面形成润滑膜,然后因Ti F3和Fe F3的催化作用,润滑膜中碳元素会向有序化石墨烯转化.

Fe/PTFE复合材料的摩擦诱导磁化及摩擦学性能

研究了Fe/PTFE复合材料在摩擦过程中的摩擦诱导磁化行为,主要探讨了滑动速度、载荷以及填料含量对摩擦磁化的影响.结果表明:随着载荷的增加,复合材料的摩擦诱导磁感应强度呈缓慢上升趋势,载荷超过2.5MPa后会略有下降;而随着摩擦线速度的增加,复合材料的摩擦诱导磁感应强度逐渐变小;此外随着填料含量的增加,复合材料的摩擦诱导磁感应强度逐渐增加.含铁磁性填料的聚合物复合材料的摩擦诱导磁化行为会促进摩擦转移膜的形成和稳定,从而对减小摩擦降低磨损产生有益的影响.

镍/聚四氟乙烯复合材料摩擦诱导磁化的研究

文章利用多功能环境可控摩擦磨损试验机,研究了具有不同镍含量的聚四氟乙烯(PTFE)基复合材料和45号钢干摩擦时的摩擦诱导磁化以及摩擦学性能,考查了镍含量对摩擦诱导磁化和摩擦学性能的影响。研究结果表明:含有镍颗粒的PTFE基复合材料在摩擦过程中能够产生摩擦诱导磁化现象,且摩擦诱导磁化的磁感应强度与镍含量有关;随着镍含量的增加,Ni/PTFE复合材料摩擦诱导磁感应强度逐渐增大,摩擦系数几乎不变,磨损量先逐步减小后迅速增大;摩擦诱导磁化作用在一定程度上对促进转移膜的生成有利,从而有利于改善摩擦学性能。

卧式挤压机推压余过程的摩擦诱导振动分析

建立了卧式挤压机的动力学模型 ,对卧式挤压机推压余过程进行了动力学分析 ,指出卧式挤压机推压余过程的振动是由压余与挤压筒之间的摩擦诱导产生的。提出了提高系统的刚度和减小动摩擦力和静摩擦力之差等减振措施 。

基于摩擦诱导选择性刻蚀原理的单晶硅表面大面积织构加工

信息、生物、先进制造、航天航空等高科技领域的飞速发展对微/纳加工技术及工艺提出了全新的、苛刻的要求,亟待发展创新的微纳加工方法。基于摩擦诱导微纳米加工方法,利用自制的多点接触微纳米加工设备,在单晶硅表面制备了各种大面积织构,并研究了织构形状和间距对表面接触角的影响规律。结果表明,单晶硅表面织构的线间距越小,表面接触角越大;'#'型织构相对于线性织构表现出更好的疏水性能,最大可使单晶硅表面的接触角增大145%。此外,利用摩擦诱导加工方法获得的表面织构具有良好的稳定性。放置一个月后,单晶硅表面织构的接触角测量结果与新鲜制备样品的测量结果相比没有明显变化。因此,摩擦诱导选择性刻蚀提供了一种实现单晶硅表面大面积功能织构加工的新方法。

不同温度下砷化镓表面摩擦诱导选择性刻蚀特性研究

利用摩擦诱导选择性刻蚀的方法,可在砷化镓表面加工一系列的纳米结构;该纳米加工方法无需掩膜,且加工效率高、成本低,具有应用前景.为了进一步研究砷化镓表面摩擦诱导选择性刻蚀的特性,优化加工参数,本文作者在不同温度下利用H_2SO_4-H_2O_2溶液对砷化镓表面进行选择性刻蚀,考察了刻蚀后所形成的凸起高度及砷化镓表面粗糙度随刻蚀时间和刻蚀温度的变化规律,阐释了温度对砷化镓表面刻蚀的影响机制;最后从加工高度和表面粗糙度着眼,探讨了砷化镓表面摩擦诱导选择性刻蚀的最佳条件.本研究为砷化镓表面选择性刻蚀加工的条件优化提供了重要依据.

基于Si_3N_4探针的单晶硅表面小线宽结构的摩擦诱导纳米加工

针对传统纳米加工方法存在的操作复杂和成本昂贵等问题,提出采用以表面自然氧化层作为掩膜,结合Si3N4探针扫描和KOH溶液后续选择性刻蚀的摩擦诱导纳米加工方法.基于针尖半径对加工线宽影响的规律,实现了单晶硅表面较小线宽沟槽结构的加工.在此基础上,通过研究沟槽深度随刻蚀时间的变化规律,确定了最佳的刻蚀加工时间,并详细研究了载荷以及针尖扫描次数对表面沟槽结构加工的影响规律.该方法无需专门制备掩膜,操作简单,有望应用于加工功能表面织构、表面微阀、微反应器及单电子器件等,为纳米结构的加工提供了新途径.

单晶4H-SiC的摩擦诱导化学机械复合加工(FCMM)实验研究

单晶碳化硅(SiC)凭借其优异的材料性能成为下一代电力电子器件和光电子器件的优选衬底材料,但碳化硅的高硬脆性,强化学惰性对其高效精密加工带来了巨大挑战。提出一种基于摩擦诱导化学作用与低硬度磨粒机械作用复合的SiC晶片加工新思路。跟踪了4H-SiC在不同铁基烧结盘以及不同加工工艺参数下材料去除率随时间的变化;检测了加工后晶片的表面质量及亚表面损伤。实验结果表明摩擦诱导化学机械复合加工方法通过摩擦诱导实现金属与碳化硅的固相化学反应,并利用低硬度磨粒机械去除固相化学反应产物。加工后的亚表面中并未在纳米尺度下观察到晶体变形和晶格缺陷。加工初始阶段的材料去除率最高可达1025nm/min,稳定阶段的材料去除率最高可达385nm/min。工艺参数对加工过程中的固相化学反应速率有着重要的影响,低硬度磨粒实现对化学反应粘附物的机械去除,可以有效提高材料去除率。实验结果证实了本文提出的新型加工思路的可行性,其总体加工效率明显高于现有加工方法,为实现单晶SiC晶片的高效精密加工提供了新的研究思路。

摩擦诱导季戊四醇四油酸酯润滑增效性能研究

基于多元醇酯毒性低、生物降解和润滑性能好等特点,本文中研究了在不同载荷(2、10 N)和500 r/min工况下,季戊四醇四油酸酯(PETO)与聚α烯烃(PAO4)在316不锈钢接触界面间的润滑性能.摩擦测试结果显示,2 N和500 r/min工况下,PETO体系与PAO4体系的磨损体积较干摩擦状态分别下降了2倍和1.7倍;在10 N和500 r/min工况下,PETO与PAO4润滑下的摩损体积较干摩擦状态分别下降了12倍和8.9倍,表明PETO体系的耐磨性能优于PAO4.Raman光谱和TEM (透射电子显微镜)分析结果显示,PETO与PAO4经摩擦诱导作用生成类石墨烯层状结构,大幅提升了摩擦体系减摩抗磨性能.

横向振动状态下水润滑轴承摩擦动力学特性

低速重载等极端工况下摩擦诱导异常振动会极大地影响舰船推进轴系中水润滑轴承的稳定运转。针对水润滑轴承开展考虑横向振动的摩擦动力学性能研究,建立受横向振动效应影响的水润滑轴承混合润滑和流体动压润滑模型,分析2种状态下轴承的振动特性;通过将轴颈平衡位置下的坐标代入轴承横向振动模型中,得到轴颈的扰动量,研究不同激励幅值对轴承摩擦力的影响规律,探明弹性变形条件下水润滑轴承的摩擦诱导振动机制。结果表明:当轴承出现接触,横向振动对轴承的摩擦力影响较显著,将导致轴承摩擦力呈现非线性变化。研究结果为评估横向振动对摩擦力的影响程度、揭示轴承摩擦振动机制提供支撑。

动摩擦作用下含间隙碰撞振动系统的动力学分析

研究在非光滑因素间隙及摩擦作用下的强非线性系统动力学行为。将Dankowicz动摩擦模型引进力学系统中,给出振子受力判断条件,结合数值仿真分析,探讨摩擦诱导振动及其它关键参数对系统动力学特性的影响。结果表明,系统在不同参数下存在复杂多样的摩擦诱导振动形式:稳定周期摩擦振动、概周期摩擦黏滞振动、概周期瞬时摩擦诱导振动、颤振碰撞、摩擦诱导黏滞擦边碰撞振动及摩擦诱导黏滞混沌振动等。

含改进LuGre动摩擦的非光滑振动系统的动力学分析

研究了一类由分段阻尼和弹簧及改进的Lu Gre动摩擦构成的非光滑振动系统的动力学行为。建立了含改进的Lu Gre动摩擦的非光滑振动系统的力学模型和运动方程,分析了系统的运动转换过程,通过数值仿真探讨了系统在滑移-黏滞-碰撞接触-颤振之间转换的动力学行为。结果表明,在一定的系统参数下,系统存在摩擦诱导周期黏滞颤振碰撞、周期黏滞碰撞等复杂多样的摩擦诱导振动形式。

含Dankowicz动摩擦的碰撞振动系统动力学分析

针对单列圆柱滚子轴承,考虑Dankowicz动摩擦,简化得到一类含动摩擦的碰撞振动系统的动力学模型,并分析系统的运动过程,进而数值仿真研究激振频率变化对系统摩擦诱导擦边碰撞振动特性的影响和高低激振频率作用下间隙变化对系统摩擦诱导粘滑碰撞振动特性的影响。结果表明:在一定参数下,随着激振频率变化,系统发生Grazing分岔并出现摩擦诱导擦边碰撞运动、发生Neimark-Sacher分岔并经锁相进入混沌运动和系统从周期运动经Bare-grazing分岔进入混沌运动等复杂的动力学特性。随着间隙的变化,在低频时,系统发生Neimark-Sacher分岔、周期倍化分岔、Sliding分岔、Grazing分岔和Bare-grazing分岔等多种分岔行为,呈现出周期与混沌运动相互转迁的复杂动力学特性,在高频时,系统以周期运动为主,混沌窗口减少。

单晶硅表面机械划痕和氧化层在湿法刻蚀中的掩膜行为对比研究

摩擦诱导选择性刻蚀具有加工成本低、流程简单、低加工损伤等优势,是实现单晶硅表面微纳米结构构筑的重要途径。为探究摩擦诱导机械划痕在单晶硅表面微纳加工中的掩膜行为,实验研究了选择性刻蚀中机械划痕掩膜下的线/面结构形貌与高度特征,并将其与氧化层掩膜进行对比。实验发现机械划痕掩膜性能与氧化层无明显差异,并讨论了两种不同掩膜下选择性刻蚀中纳米结构的形貌演变机理。最后,实现了采用不同掩膜的复合纳米图案加工。研究结果可为基于摩擦诱导选择性刻蚀的单晶硅表面高质量可控加工提供依据。

Friction and wear of 7075 aluminum alloy induced by torsional fretting

The torsional fretting wear tests of 7075 aluminum alloy flat against 52100 steel ball in dry condition were carried out on a new high-precision torsional fretting-wear tester.The kinetics behaviors and damage mechanism of 7075 aluminum alloy under different angular displacement amplitudes were investigated in detail.The results show that the torsional fretting running behaviors of 7075 aluminum alloy can be defined by three fretting regimes(i.e.partial slip regime(PSR),mixed fretting regime(MFR) and slip regime(SR)) with the increase of angular displacement amplitudes.In PSR,the damage occurs at the lateral portion of the contact zone with a slight annular shape.However,in MFR and SR,more severe damages are observed and the debris layer covers the wear scars.Friction torque and dissipation energy which are strongly dependent upon the imposed angular displacement amplitudes and presented in three stages were discussed in detail.The mechanisms of torsional fretting wear of aluminum alloy are mainly oxidative wear,abrasive wear and delamination in the three fretting regimes.In addition,the oxidative debris plays an important role during the torsional fretting wear processes.