31CrMoV9钢离子渗氮层的微动摩擦磨损特性研究

针对31CrMoV9钢基体及其渗氮层,采用切向微动磨损试验机开展球/平面接触模式下的切向微动磨损试验探究了在法向载荷为20 N时,不同位移幅值下(D=5、10、50μm)的切向微动损伤机制和损伤演变规律.采用X射线衍射仪(XRD)对试样表层物相进行分析,扫描电子显微镜(SEM)和白光干涉仪对试样磨损区进行形貌表征,能谱仪(EDS)和电子探针显微分析仪(EPMA)进行化学元素分析.结果表明:离子渗氮处理后在基体表面形成了化合物层和扩散层,显著提高了表面硬度.在法向载荷F_(n)=20 N时,随着微动位移幅值的增大,31CrMoV9基体及其渗氮层的微动运行区均由部分滑移区逐渐向混合、完全滑移区转变,磨损体积增大,磨损更加严重,稳定阶段的摩擦系数逐渐增大.在部分滑移区和完全滑移区,渗氮层较基体在稳定阶段的摩擦系数更小,而在混合区基体的摩擦系数更小在混合区和完全滑移区时,基体及渗氮层的损伤机制均为剥层、磨粒磨损和氧化磨损.离子渗氮生成的化合物层能提高材料的抗微动磨损性能,在D=10和50μm时,磨损率分别降低了约38.5%和70.2%.研究结果可为轨道交通等领域结构件的选材和抗微动磨损设计提供参考.

润湿性梯度对仿生织构表面摩擦学行为的影响

润湿性调控和仿生织构设计是实现表面减摩耐磨的重要方法.利用飞秒激光在AISI 440C不锈钢表面制备了仿生微凹坑,在微凹坑中沉积润湿性可调的超疏水涂层,通过紫外线辐照构筑了4种梯度润湿性仿生织构表面.采用往复滑动摩擦磨损试验,以水为润滑剂,对比研究了不同载荷和速度下润湿性梯度对仿生织构表面摩擦学行为的影响.结果表明,在低载高速条件下,当表面形成低黏附性超疏水-弱疏水的润湿性梯度时,耐磨性最佳,相较于AISI 440C不锈钢抛光表面,磨损率降低47.9%,说明润湿性梯度耦合仿生织构能够有效减小磨损.

基于销/盘试验机的摩擦噪声试验与仿真研究

为了研究摩擦噪声的产生机制和影响因素,利用销/盘试验机对以转子式压缩机曲轴-法兰材料制成的销/盘试样进行摩擦噪声试验研究;应用ABAQUS有限元软件,建立销/盘试验机有限元模型,利用复特征值分析方法预测该系统摩擦噪声的主频,并与试验结果进行对比;讨论相关参数对系统的稳定性和摩擦噪声的影响。结果表明:销与盘法向和横向振动的耦合是引起系统自激振动和摩擦噪声的重要因素;当系统摩擦界面处的摩擦因数大于系统临界摩擦因数时,系统开始出现不稳定振动,且摩擦因数越大,系统越不稳定,越易出现摩擦噪声;法向载荷对系统稳定性的影响不大;选择具有合适弹性模量的摩擦副材料可以抑制摩擦噪声的产生。

孔隙结构对铁基含油滑动轴承材料摩擦学性能的影响

分别将TiH2和聚酰胺-66短纤维作为高温和低温分解造孔剂,通过粉末冶金方法制备了铁基含油滑动轴承材料。TiH2分解产生的H2从材料中逸出,在基体内留下大孔洞,嵌入基体的聚酰胺-66短纤维低温分解后可在基体中生成连通的纤维状孔隙通道,有助于基体储存与释放润滑油。研究了造孔剂对铁基含油滑动轴承材料性能的影响,结果表明:有造孔剂的基体含油率比无造孔剂的基体含油率提高了33.9%,在摩擦热的作用下,可以将润滑油迅速释放到含油材料表面,与对偶件之间形成一个稳定的固-液-固界面,从而减少材料的摩擦磨损;当载荷为300 N(接触压强为1.2 MPa)时,含油材料的摩擦系数为0.078;适当增加载荷,有利于润滑油的释放;当载荷较大时,润滑油膜易被压溃破损,材料减摩性能变差。

浸石蜡对碳滑板载流摩擦磨损性能影响研究

为研究在载流条件下浸石蜡对碳滑板摩擦磨损性能的影响,在环-块载流摩擦磨损试验台上试验浸石蜡、未浸石蜡2种纯碳滑板与铜银合金接触线在载流条件下的摩擦磨损性能,并对比碳滑板在不同载荷、滑动速度、电流情况下的表面形貌变化。试验结果显示,浸石蜡对碳滑板载流摩擦磨损性能的影响与电弧烧蚀紧密相关。石蜡及其有机产物加剧电弧烧蚀,石蜡的不完全分解会削弱滑板的载流摩擦磨损性能,通过减小法向载荷、加快滑动速度、增大电流均能显著加剧浸石蜡碳滑板在试验中的电弧烧蚀。浸石蜡碳滑板的摩擦系数的变化规律是:随法向载荷、电流的增大呈现减小的趋势,随滑动速度的增加先增大后减小,60km/h时摩擦系数最大;浸石蜡碳滑板的平均电弧能量、磨耗量随法向载荷的增大呈现减少的趋势,随电流的增大而增加,平均电弧能量随滑动速度的增加而增大,磨耗量随滑动速度的增加先增加后减少,60km/h时磨耗量最大;在低速(40km/h)和高速(80km/h)时浸石蜡增强碳滑板的耐磨性能。

人工髋关节假体生物力学与生物摩擦学性能评价方法研究进展

人工髋关节假体性能评价关系到其在体内的服役情况,髋关节假体在体内承受的负荷、运动以及体液环境等非常复杂,在体外构建复杂环境用以研究在体内环境下关节假体的服役行为,有助于减少人工关节假体失效和提高患者满意度.本文中通过文献调研的方式,详细阐述了关于髋关节假体的相关评价标准和学者们的评价研究方法,指出了现有评价方法存在的局限性,并提出改善思路.对于关节假体所使用材料的评价,国内外相关机构制定了一系列标准程序,用以评估其力学和摩擦学特征,但对于多孔材料的性能评价仍需进一步研究.对于关节部件的性能评价已形成相关测试标准,但存在评价过于简化等问题,有部分评价方法还处于实验室研究阶段.对于关节假体生物力学性能和运动功能评价,均处于试验室研究阶段.其中,部分性能/功能评价研究较多,但研究中所采用的运动和加载条件与体内真实环境存在差异的问题仍需要进一步解决.建立系统性和层次性的髋关节假体评价体系,施加可近似等效在体服役的环境,平衡各影响因素之间的相互作用对骨科植入物的临床前评估发展具有重要的意义.

滑液组分对人工关节摩擦学行为影响研究进展

随着社会老龄化和关节疾病年轻化趋向严重,关节疾病患者越来越多,人工关节置换术是治疗关节疾病的重要手段.由于磨损过程中产生的磨屑与骨组织发生作用,造成骨溶解,进而使假体因无菌性松动而失效.良好的润滑是减少人工关节摩擦磨损的重要原因,因此研究人工关节的润滑机理,减少其摩擦磨损,对于延长人工关节的使用寿命有极其重要的意义.人工关节主要依靠滑液润滑,滑液的主要成分有白蛋白、γ-球蛋白、透明质酸和脂质,进行关节置换术后滑液组分和浓度可能发生改变,进而影响人工关节的摩擦学行为.综述白蛋白、γ-球蛋白、透明质酸和脂质四种主要组分及其耦合作用对人工关节的摩擦学行为,为探究人工滑液提供一定理论依据,对延长人工关节的使用寿命具有重要意义.

某微型齿轮机构的随机振动摩擦学试验研究

目的 解决微型齿轮机构在随机振动环境下服役寿命短的问题,通过跑合优化微型齿轮机构摩擦副的界面性能,提升其服役耐久性。方法 对微型齿轮机构进行跑合试验,采用正交试验法研究振动时间以及OX和OZ方向的随机振动能量对跑合效果的影响。为验证不同参数组合的跑合效果,设计标准工况振动载荷谱验证实验,测试实验前后的延时时间变化,并以此作为评判跑合效果的依据,借助平衡摆销表面磨损面积评判微型齿轮机构的磨损程度,通过统计学分析得到各个因素对跑合效果的影响趋势以及最优参数。结果 各因素对跑合效果的影响主次为振动时间>OZ方向随机振动量值>OX方向随机振动量值。随着振动时间和OZ方向振动能量的增加,延时时间变化量出现极小值,摆销磨损面积的增加速度呈现变缓的趋势。通过观察发现,OZ方向的振动使表面发生磨粒磨损,有助于表界面的跑合,而OX方向的振动能量对跑合效果的影响不显著。结论 通过延时时间变化量极差分析得到最优的跑合参数组合,振动时间为450min,OX和OZ方向的随机振动等效能量分别为6.79g和15.17g。

稀土表面工程及其摩擦学应用的研究现状

综述了稀土表面工程及其摩擦学应用的研究现状，主要从稀土表面工程的进展、稀 土元素在摩擦磨损过程中的作用机理以及稀土元素原子的扩散机制进行了讨论，并对稀土元 素在表面工程及其在摩擦学中的研究提出了作者的几点看法。

纳米二硫化钼作为机械油添加剂的摩擦学特性研究

由硫化钠和钼酸钠水溶液反应生成棕色三硫化钼膏状沉淀,将三硫化钼粉末干燥后在氢气保护气氛中于适宜温度下煅烧脱硫,制得了粒径为20～30nm的纳米MoS2颗粒.用X射线衍射仪和透射电子显微镜分析了MoS2纳米颗粒的相组成和微观形貌;利用四球摩擦磨损试验机测定了纳米MoS2作为N46机械油添加剂的摩擦学性能;采用X射线光电子能谱仪分析了磨痕表面元素的化学状态,用扫描电子显微镜观察了磨痕表面形貌,探讨了纳米MoS2的减摩抗磨机理.结果表明,同普通MoS2微粒相比,纳米MoS2更易发生化学反应并在钢球磨损表面形成含三氧化钼的表面膜,纳米MoS2添加剂的极压、抗磨和减摩性能优于普通MoS2.

新型牙科修复材料——钛与天然牙摩擦学特性匹配的研究

新型牙科修复材料钛 ,不但生物相容性优异 ,耐腐蚀性强 ,硬度适中 ,比重轻 ,接近人体骨骼 ,而且力学性能优良 ,接近 ADAS(美国牙医师会 )的 、 型金合金 ,其比强度 (抗拉强度 /密度 )高 ,是铝的 1.3倍 ,钢的 1.5倍。本文对人体活牙及牙用钛金属修复材料的干态及润滑工况下摩擦磨损进行了对比试验研究。为了更好的模拟牙齿这对摩擦副 ,实验在改进后的微动试验台上进行 ,对磨的球面试样为 Gr15钢球 ,运动采取往复运动形式 ,主要测试参数为 :位移幅度 5 0 0 μm,压力 2 0 N,频率 2 Hz,循环 5 0 0 0次。通过比较磨损性能 ,结果显示 ,钛的摩擦学性能接近人体天然牙 ,作为牙科修复材料可望与人体天然牙匹配 ,是最具有发展前景的人工义齿材料之一。

生物质燃油碳烟的组成和结构以及摩擦学特性研究

用自制碳烟捕集装置收集了生物质燃油碳烟(Bio-fuel soot,简称BS),采用四球摩擦磨损试验机考察了BS对液体石蜡(Liquid paraffin,简称LP)摩擦学特性的影响,借助扫描电镜/能谱仪、X射线光电子能谱仪、高分辨透射电镜、X射线衍射仪等分析了BS的组成、结构及摩擦学作用机理.结果表明:BS由平均粒径约40 nm的球形颗粒组成链状团聚体,主要成分为无定型碳和氧,并含少量石墨烯微晶,且其氧含量高于柴油碳烟.随着BS在LP中添加质量百分数的增大,最大无卡咬负荷先增大后减小,钢球平均磨斑直径呈线性增大,而平均摩擦系数先稍有减小后趋于增大.就摩擦学作用机理而言,一方面,BS中的含氧官能团使BS在摩擦过程中易于吸附到摩擦表面,影响边界润滑膜的作用;另一方面,BS引起磨粒磨损和腐蚀磨损,使得摩擦表面的金属氧化膜在摩擦过程中易脱落成磨粒,从而加剧磨损.

LZ50车轴钢转动微动摩擦学特性研究

在新型转动微动磨损试验机上,进行LZ50车轴钢/GCr15钢在法向载荷为10N、转动角位移幅值为0.125°～0.5°的转动微动磨损试验。在摩擦动力学行为分析的基础上,结合磨痕的微观分析,研究材料的转动微动磨损机理。结果表明,LZ50车轴钢的微动运行区域仅呈现部分滑移区和滑移区,未观察到混合区。滑移区的摩擦因数明显高于部分滑移区;摩擦因数随着转动角位移幅值的增加而增大。车轴钢在部分滑移区损伤轻微,磨痕呈环状;而在滑移区,接触中心呈现材料塑性流动累积造成"隆起"特征,LZ50钢的转动微动磨损机制主要为磨粒磨损、剥层和氧化磨损。

铁基材料表面粘结润滑涂层摩擦学性能研究

为改善铁基粉末冶金材料的摩擦磨损性能,在其表面制备了复合粘结润滑涂层,分别在干摩擦和油润滑条件下进行摩擦磨损试验与分析,结果表明:石墨、二硫化钼两者有协同作用,复合粘结润滑涂层具有良好的润滑减摩性能,油润滑条件下,涂层以石墨含量较多者为佳,干摩擦条件下,涂层以MoS2含量较多者为佳,采用硅烷偶联剂处理后,进一步提高了复合涂层的减摩耐磨性能和承载能力。

钢轨-磨石相互作用的摩擦学模拟试验研究

设计了新型钢轨打磨摩擦试验机,实现了钢轨-磨石相互作用的摩擦学模拟试验,研究了不同打磨参数下的钢轨-磨石界面的摩擦系数、表面粗糙度、磨损量及硬度等变化情况.结果表明:随磨石粒度增加,打磨钢轨表面粗糙度和磨损量呈减小趋势;增加磨石转速导致摩擦系数和表面粗糙度减小,打磨钢轨磨损量和表面硬度增加;随打磨压力增加,摩擦系数和表面粗糙度呈减小趋势,但磨损量和表面硬度增加;打磨钢轨表面存在明显的犁沟,随磨石粒度减小犁沟变宽;所设计钢轨打磨摩擦试验机可用来评价不同参数下钢轨-磨石界面相互作用的摩擦学行为.

摩擦学白层的研究现状

综述了摩擦学领域的白层研究现状，指出了当前白层（特别是微动白层）研究中存在的分歧和争论，分析归纳了不同摩擦磨损条件下白层的形成条件和基本特征，重点讨论了白层的形成机制。

天然牙/纯钛摩擦学特性的研究

对人体天然牙齿与TA2钛球组成的摩擦副进行了试验研究,结合显微分析,研究了天然牙不同层面的摩擦学行为。结果表明牙冠外层的釉质具有优良的摩擦学特性,牙釉质/牙本质交界面的耐磨性稍逊于外层釉质,但明显高于牙本质。

轮轨材料匹配摩擦学试验研究

根据赫兹接触理论,使用MMS-2A微机控制摩擦磨损试验机对3种含碳量不同的车轮材料分别与U71Mn热轧钢轨进行匹配试验,研究其磨损与接触疲劳性能并进行微观形貌分析。结果表明:车轮钢材料的耐磨性与硬度成正比;随着轮轨材料硬度比增大,磨损机制由黏粘着和疲劳磨损转变为磨粒磨损。

关于皮肤摩擦学特性的研究

综述了皮肤摩擦特性的研究进展、实验方法和设备及不同因素对皮肤摩擦特性的影响 ,分析了皮肤摩擦特性在相关领域中的作用 ,并对皮肤摩擦学的研究发展方向提出了建议。

AlCrN涂层的滑动摩擦学特性研究

采用CETRUMT–2型摩擦磨损试验机,对多弧离子镀制备的AlCrN涂层进行了往复滑动摩擦试验研究。以CrN涂层作为对比,采用台阶仪、扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱(EDX)分析了涂层的磨痕,探讨了AlCrN涂层的磨损机理。结果表明:AlCrN涂层的摩擦因数平稳,磨损表面极其光滑,表面呈现抛光效应;AlCrN涂层拥有较高硬度和良好的排屑能力,因此在高载荷下具有比CrN涂层更好的抗磨损性能。