岩石高速摩擦实验的进展

文中简述了地震动力学国家重点实验室近年来在岩石高速摩擦实验方面的进展.为了深化断层与地震力学研究,实验室建设了一套旋转剪切低速-高速摩擦实验装置,可开展滑动速率介于板块运动速率（cm/a量级）至地震滑动速率（m/s量级）的岩石摩擦实验,其中高速摩擦性能填补了实验室的技术空白.以此为依托,围绕汶川地震断层带力学性质研究,开展了一系列高速摩擦实验.结果表明,龙门山断裂带断层泥的高速摩擦性质具有一致性,其高速滑动下显著的滑动弱化必定在汶川地震中极大地促进了破裂的扩展;断层弱化的主导机制是与摩擦生热相关的过程,包括凹凸体急速加热弱化和热压作用;断层泥在经历高速滑动弱化之后摩擦系数可在5～ 10s内恢复0.4,断层强度的快速恢复是同震主破裂带余震减少的原因之一.基于对实验装置现状和现有成果的分析,展望了近期实验室岩石高速摩擦的发展方向.

电火花沉积AlCoCrFeNi高熵合金涂层的高速摩擦磨损性能

通过与传统电镀硬Cr涂层比较,研究了电火花沉积AlCoCrFeNi涂层的高速摩擦磨损性能。采用纳米压痕仪和摩擦磨损试验机测试涂层的纳米力学性能和摩擦系数,采用SEM、TEM、EDS和XRD分析涂层的微观结构、成分及相组成。结果表明,AlCoCrFeNi涂层晶粒细小,组织致密无裂纹,由BCC和FCC两相构成; AlCoCrFeNi涂层的硬度较硬Cr涂层的硬度提高了约10%,弹性模量降低了约8%,并具有更高的H/E与H3/E2值;与淬火GCr15钢球对磨时,当加载载荷为10 N、往复行程为10 mm、往复速率为800 r/min,AlCoCrFeNi涂层在稳定摩擦阶段的摩擦系数仅为0.25～0.33,而硬Cr涂层为0.65～0.73,AlCoCrFeNi涂层的磨损率较硬Cr涂层的磨损率减小了约41%;硬Cr涂层的磨损机制主要为粘着磨损,失效方式为因脆性裂纹扩展而产生的剥落,而AlCoCrFeNi涂层的磨损机制主要为微切削的磨粒磨损和氧化磨损,摩擦磨损过程中形成的氧化物层提高了涂层的耐磨性能。综上,AlCoCrFeNi涂层较硬Cr涂层具有更好的高速摩擦磨损性能。

CrNi3MoVA钢表面电火花沉积NiCrAlY涂层的高速摩擦磨损性能

采用电火花表面沉积技术,在CrNi3MoVA钢表面沉积NiCrAlY涂层。利用纳米压痕仪和摩擦磨损试验机分别测试了CrNi3MoVA钢和NiCrAlY涂层的硬度、弹性模量和摩擦系数,并用SEM和EDS研究了磨损前后的形貌和成分。结果表明电火花沉积NiCrAlY涂层包含β-NiAl和γ-Ni两相,涂层是由柱状晶组成的微晶涂层;NiCrAlY涂层的硬度较CrNi3MoVA钢提高了22%,而弹性模量较CrNi3MoVA钢降低了21%;当摩擦副为淬火G15钢球,加载量为10N,往复行程为10mm,往复速率为600r/min时,CrNi3MoVA钢平稳摩擦系数为0.65~0.75,而NiCrAlY涂层平稳摩擦系数为0.45~0.55,CrNi3MoVA钢表面沉积NiCrAlY涂层对其具有明显的减摩耐磨作用,涂层表面较高的硬度和高速摩擦中形成的粘附力强的薄氧化物层是其耐磨的主要原因;CrNi3MoVA钢的磨损机制主要为粘着磨损,而NiCrAlY涂层为微切削磨料磨损。

制动摩擦材料高速摩擦学性能的主要影响因素

综述了高速条件下速度、温度、压力对制动材料摩擦学性能的影响。

断层同震滑动的实验模拟——岩石高速摩擦实验的意义、方法与研究进展

岩石摩擦实验是断层力学和震源物理实验研究中主要的手段之一.传统低速率的岩石摩擦实验与以之为基础建立的速率状态变量摩擦本构关系理论体系,对于认识断层摩擦滑动稳定性和地震成核等地震成因机制问题具有重要意义.近20年来,断层力学领域兴起了用于模拟断层同震动态滑动的岩石高速摩擦实验.这种新的实验模拟方法揭示出断层同震滑动存在明显的摩擦生热效应,断层的力学性状主要表现为显著的滑移弱化和速度弱化,断层带物质在断层高速滑移过程中经历了各种复杂的物理化学变化.这些研究成果对于认识和评估断层同震弱化机制、断层带强度、地震能量分配、断层破裂模式、断层愈合等问题均具有重要启示.本文对岩石高速摩擦实验的意义、方法与研究进展进行了总结,提出了目前的前沿性问题和值得开展的工作.

高速摩擦制动界面振动信号时频法分析技术研究

利用MM-1000型摩擦制动试验机进行了高速摩擦制动试验,使用加速度传感器采集了摩擦制动过程中界面轴向与径向振动信号。利用Morlet小波变换对不同制动压力、干湿工况下的振动信号进行分析,结合摩擦制动过程中瞬时摩擦系数变化对高速摩擦制动界面振动行为时频法分析技术进行了研究。结果表明:重采样能够大幅减小计算量且对低频段振动时频分析无明显影响;Morlet小波时频分析比短时傅里叶变换和HHT边际谱具有更好的分辨率,对制动界面振动信号处理效果更好;时频图中的斜率与制动过程中的转速变化相对应,表明高速摩擦制动过程中转速基本呈线性降低;结合时频图与瞬时摩擦系数曲线可以评估高速摩擦制动过程中界面状况变化过程;振动能量主要集中在基频、二倍频和三倍频,超过三倍频部分能量较少。

岩石高速摩擦实验与地震物理过程

简述了最近20年来国内外岩石高速摩擦实验研究领域的进展和动态:岩石高速摩擦实验技术的发展实现了对高滑动速率、大位移的地震过程的实验模拟;其结果揭示了岩石和断层泥在地震滑动速率下的力学性状,深化了对断层滑动弱化机制、临界滑动距离、以及地震发生过程的认识和理解;实验在假玄武玻璃成因方面取得了重要进展,并提出了断层发生地震滑动可能留下的其它地质证据,可望为研究断层滑动性状与地震物理过程提供新的思路和信息。岩石高速摩擦实验今后的发展方向主要包括:发展具有加温系统和孔隙压系统的岩石高速摩擦实验装置,研究水热作用下岩石和断层泥的高速摩擦性状;室内实验和地震资料分析相结合研究断层滑动和地震机制;室内实验和野外地质调查相结合探索断层发生地震错动的地质证据等等。

高速摩擦磨损试验机的总体设计

本文介绍了一种盘块式高速摩擦磨损试验机,简述了该试验机的组成、原理及功能。该试验机 可应用于高速条件下多个摩擦学参数的测量,并可得到磨损量随时间变化的连续数据。

爆炸喷涂技术在烟机高速摩擦副的应用研究

通过不同配对副的摩擦对比试验,研究了热喷涂碳化物涂层的耐磨性能,并探讨了其在石油和烟草机械高速摩擦副中的应用情况。现场应用表明:在高压油气井口阀门表面喷涂0.5mm的WC-Co涂层,可承压达8000MPa,并具有良好的耐蚀性能;在双螺杆油气混输泵主磨损的顶面喷涂WC-Co涂层,耐磨性可提高24倍;烟草机械中高速摩擦副通过采用爆炸喷涂工艺,其耐磨性和工艺性能都得到很大提高;另外在烟机系列导条、高速旋转半轴、输出辊等特殊零部件中采用局部喷涂工艺,工作运行稳定,完全达到或超过其使用要求。

龙门山断裂带断层泥中速-高速摩擦性质的实验研究

为了认识龙门山断裂带在汶川地震中的同震滑动力学性质，我们对龙门山断裂带地表断层带露头上的断层泥及少量WFSD-1断层泥开展了中速-高速摩擦实验研究。主要关注的问题包括：龙门山断裂带高速摩擦性质及其不均匀性、震后断层强度恢复问题、高速滑动可能的主导弱化机制问题和宽速度域内摩擦滑动速度依赖性问题。

龙门山断裂带金河磷矿剖面断层泥的低速至高速摩擦性质研究

本文对龙门山断裂带金河磷矿浅钻岩芯中的三种断层泥开展了低速到高速摩擦滑动的实验研究,并对实验变形样品开展了BET比表面积研究.摩擦实验在干燥和孔隙水压条件下开展,速率范围涵盖20μm·s^(-1)~1.4m·s^(-1).实验结果显示,三种断层泥在干燥条件下的摩擦性质差别不大,但在孔隙水压条件下,三者的中低速摩擦强度与层状硅酸盐矿物的种类而非总含量紧密相关,蒙脱石和伊利石相比绿泥石更能有效地弱化断层.三种断层泥在孔隙水压条件下存在中低速率域的速度强化,暗示着对断层的加速滑动存在一定的阻碍作用.孔隙水压下,黄绿色和灰绿色断层泥的初始动态弱化非常迅速并伴随断层泥层的瞬时扩容,凹凸体急剧加热导致的局部热压作用可能是造成这种力学行为的物理机制.在经历高速滑动之后,三种断层泥在干、湿条件下的BET比表面积都显著降低,暗示着可能发生了颗粒烧结.中低速域内,孔隙水的存在使得断层泥呈现分散式的剪切变形,BET比表面积的增加因此比干燥条件下更加明显.对表面能的估算表明,颗粒磨碎所消耗的能量至多不超过摩擦力做功的8%,暗示着断层作用中颗粒磨碎所占的能量比例较低.

层间高速摩擦复合WAAM铝合金构件组织与力学性能

为提高丝材电弧增材制造(wire arc additive manufacturing,WAAM)构件性能,提出了一种电弧增材制造复合层间高速摩擦(wire arc additive manufacturing hybrid interlayer high speed friction,WAAM-HSF)的方法.采用直径1.2 mm的4047铝硅焊丝,使用WAAM-HSF方法进行薄壁构件制造,对比研究了WAAM和WAAM-HSF对铝合金薄壁构件的微观结构和力学特性的影响.结果表明,WAAM和WAAM-HSF构件的微观结构中存在着大量的柱状树枝晶.与WAAM相比,WAAM-HSF构件的微观结构明显细化.同时,不同工艺的晶粒分布趋势一致,即晶粒直径在两个薄壁中从顶部到底部逐渐减小.在相同区域,WAAM构件的晶粒尺寸大于WAAM-HSF构件.通过破坏外延结晶的生长,达到细化晶粒的目的.与WAAM相比,WAAM-HSF构件的平均断后伸长率减小了5%;但WAAM-HSF构件的平均显微硬度和平均抗拉强度则分别提高了9.96 HV和17 MPa.

高速摩擦假捻用油剂

1.前言过去获得PET纤维的加工丝(变形丝)的方法,首先将纺丝后的未拉仲丝,经一次拉伸丝之后。进行假捻的方法。

6061-T6铝合金高速搅拌摩擦焊数值模拟

基于耦合欧拉-拉格朗日方法,建立了6061-T6铝合金薄板的高速搅拌摩擦焊数值模型,研究高速焊接工艺条件下的温度场及变形场特点,采用示踪粒子方法研究焊接区材料塑性流动规律。开展高速搅拌摩擦焊试验,分别从温度场、宏观样貌和内部缺陷对数值模型进行验证。结果表明,采用该模型能够准确描述高速搅拌摩擦焊过程的温度场及变形场,也能精准预测焊接缺陷出现的位置及尺寸。相较于常规搅拌摩擦焊,高速搅拌摩擦焊在焊接方向和横截面都具有更密集的温度梯度,塑性应变区域也较为集中,其热影响区更小。

聚双环戊二烯自润滑材料的高速干摩擦行为

采用拟反应注射成型法制备了含油聚双环戊二烯(PDCPD)材料.利用MMS-1G型摩擦磨损试验机考察了PDCPD材料在摩擦速率处于中高速(5～20 m/s)下的摩擦学性能.结果表明:含油PDCPD材料在中高速干摩擦下,表现出比纯PDCPD更优良的减摩耐磨性能.纯PDCPD材料的耐磨性受摩擦速率的影响相对较小,而PDCPD含油复合材料对摩擦速率更为敏感.在较低的摩擦速率下,纯PDCPD的磨损模式呈现明显的磨粒磨损;较高摩擦速率下,纯PDCPD主要为黏着磨损和微坑损伤.含油PDCPD材料具有完全不同于纯PDCPD的磨损模式,表现为轻微的表面擦伤和疲劳磨损.

高速滑滚接触条件下摩擦副的热分析

高速旋转摩擦副生热加剧会引起零部件的工作温度异常升高,严重时会导致摩擦副表面润滑失效、摩擦副胶合甚至咬死,严重威胁系统的正常运行。针对摩擦生热问题,建立高速滑滚摩擦副的表面温升计算模型:分别利用接触理论和传热学分析两滚子摩擦副的接触特性和摩擦生热,将结果作为边界条件施加到接触摩擦副的有限元模型中,得到摩擦副的表面温升及沿深度方向温度变化情况。通过与高速台架试验中获得的摩擦副表面温度进行比较,表明了高速滑滚摩擦生热模型正确,为分析摩擦副表面热失效行为提供了理论基础。

40CrNiMoA钢表面复合强化后高速干摩擦下的磨损性能

采用石墨和Cr12MoV电极分别对40CrNiMoA表面进行强化处理,然后用离子束增强沉积(IBED)涂覆Cu,形成表面复合强化层。选择滑动摩擦速度为100m/s,实验力为20N,考察了40CrNiMoA复合强化后与1Cr18Ni9Ti不锈钢摩擦副在高速滑动干摩擦条件下的摩擦磨损性能,并用SEM观察分析了磨损表面。结果表明:高速滑动干摩擦下,复合强化层具有减摩耐磨性能,Cr12MoV+Cu复合强化后比未处理试样的耐磨性提高4倍以上。Cr12MoV+Cu和石墨+Cu复合强化后的摩擦系数平均值为0.05左右,而未处理试样为0.1。磨损形式为磨粒磨损和严重的塑性变形,并有少量的剥落,表面存在微裂纹与熔斑。

高速载流摩擦接触面温度的特性

高速载流摩擦过程中,温度是影响摩擦副相互摩擦产生磨损的重要因素。为了解接触面的温度特性,通过对接触面温度进行瞬态热分析,建立了高速载流摩擦试验机温度场计算模型,给出了不同条件下接触面温升变化规律,并采用红外测温方法进行实验验证。结果表明：在高速载流摩擦过程中,加载电流在200~300 k A条件下,电弧热量是影响接触面瞬态高温的主要因素。在固定摩擦件同一位置处,加载电流越大,温度越高,但接触面最高温度值增加幅度并不明显。根据所建接触面温度模型和温度测量方法得出的高速载流摩擦过程中温度的分布情况,有利于表征摩擦副间接触状态,可为降低高速载流摩擦在高温下的磨损损伤程度提供有力的技术支持。

碳钢表面碳-氮共渗层在高速干摩擦条件下的摩擦学性能研究

对 2 0 # 钢试样进行碳 -氮共渗热处理 ,考察了共渗层在高速干摩擦条件下的摩擦学性能 ,并用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪对其磨损表面形貌和元素化学状态进行了分析 .结果表明 :随着滑动速度的增加 ,2 0 # 钢表面碳 -氮共渗层的磨损率逐渐降低 ,当滑动速度达到 35m/s左右时 ,磨损率显著增大 .扫描电子显微镜和X射线光电子能谱分析结果表明 ,高速轻载干摩擦条件下 2 0 # 钢表面碳 -氮共渗层的摩擦学性能同磨损表面氧化物的形成和剥落密切相关 ,而磨损率的显著增加是由于磨损表面氧化物类型发生从Fe2 O3 到FeO的转变所致 .

旋转速度对汽车用5052铝合金板材高速搅拌摩擦焊接接头组织及性能的影响

高速搅拌摩擦焊是铝合金板材在汽车领域大规模应用的保障。采用五种不同的旋转速度进行了焊接速度恒定为3 000 mm/min的汽车用5052铝合金板材高速搅拌摩擦焊试验,并对焊接接头的显微组织与拉伸性能进行了测试与分析。结果表明,当旋转速度为300 r/min和900 r/min时,接头存在孔洞缺陷,接头系数低于70%;当旋转速度在500 r/min^700 r/min之间时接头无缺陷,接头系数高于85%;当旋转速度为500 r/min时,接头系数最大,为96.1%。旋转速度优选为500 r/min。