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.

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。

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。

高/低湿度条件下弓网载流摩擦磨损性能的试验研究

为探究不同湿度条件下地铁刚性弓网系统摩擦磨损的性能,采用弓网系统常用的浸金属碳滑板与铜银合金接触线为试验材料,利用高速载流摩擦磨损试验机模拟地铁刚性弓网的运行。试验研究了环境相对湿度分别为20%、40%和60%时,地铁常见运营速度下浸金属碳滑板的磨耗率、摩擦系数、平均电弧能量和振动加速度的变化规律。结果表明:低湿度(20%)环境中,滑板与弓网之间的摩擦类似于干摩擦,滑板磨粒会损坏接触线表面形成犁沟。在高湿度(60%)环境中,空气中的水分子会润滑接触表面降低接触副之间的摩擦系数,还可以扩大电流回路的通流面积,降低接触副之间的振动幅度。

激光冲击强化技术在核电领域的研究进展

激光冲击强化技术属于改善金属性能的重要表面形变强化技术,因其独特的技术优势在航天及船舶领域获得广泛应用。随着科技的发展研发出多种激光冲击强化技术,并逐渐开始在核电装备领域获得应用,然而针对该技术在核电领域的研究进展缺乏系统的综述。先通过介绍不同表面形变强化技术,叙述激光冲击强化技术的发展,阐述激光冲击强化机制,最后综述激光冲击强化技术在核电领域的应用研究进展。总结发现,激光冲击强化技术可有效改善核电领域材料力学、摩擦磨损及腐蚀性能,但传统和添加辅助手段激光冲击强化技术受约束层和吸收层影响较大,无涂激光冲击强化技术对金属易产生热效应,飞秒激光冲击强化影响层浅且强化效果差,不同工艺技术在核电领域提升摩擦磨损性能研究较少。对不同工艺激光冲击强化机理及在核电领域材料不同性能的提升进行深入研究,为进一步提升激光冲击强化技术在核电领域材料的应用提供理论基础,可为核电领域关键装备进行强化、提升核电装备运行寿命提供参考。

仿生中性络合剂对花岗岩摩擦磨损行为的影响研究

基于自然界生物侵蚀的络合机制,分别以柠檬酸、酒石酸和草酸等3种低分子量有机酸为有效成分配置了3种仿生中性络合剂,同浓度盐酸溶液作为对照试剂,采用往复滑动摩擦磨损试验,以H13钢球为摩擦对偶,考察仿生中性络合剂处理前后花岗岩表面的摩擦磨损行为.结果表明,3种仿生中性络合剂侵蚀处理均能诱发花岗岩表面裂隙扩张,形成溶蚀坑,岩石表面力学性能下降,矿物颗粒间联结变弱,表面摩擦磨损加剧,磨损机制以磨粒磨损为主.相比无机强酸对岩石矿物颗粒的酸蚀作用,有机酸的络合作用对花岗岩表面摩擦磨损行为的影响更为显著,其中,分子量小且结构简单的草酸相比柠檬酸和酒石酸更容易诱发花岗岩表面矿物颗粒络合溶蚀,从而促进岩石表面摩擦去除.

不同的钢纤维和芳纶浆粕配比对铝基制动盘用橡胶基摩擦材料性能的影响

本文设计三组不同钢纤维与芳纶浆粕的配比,使用冷压成型法制备铝基制动盘用橡胶基摩擦材料,并通过摩擦磨损试验、塑料洛氏硬度测试、冲击试验、压缩试验、密度实验等方法系统地测试不同配比下试样性能。实验结果表明:在3300r/min、3700r/min、4200r/min制动速度下,橡胶基摩擦材料的摩擦磨损性能在不同的钢纤维和芳纶浆粕的配比下会受到影响,在二者比例为16∶5时将会获得更好的摩擦磨损性能。

油酸甘油酯摩擦改进剂与金属摩擦界面的作用机制研究

为探究油酸甘油酯(GMO)在润滑油中作为摩擦改进剂的减摩作用机理,采用球-盘往复式摩擦磨损试验机考察了含有GMO聚α烯烃(PAO6)润滑油的摩擦磨损行为,利用扫描电子显微镜、激光扫描显微镜以及拉曼光谱等,分析了磨痕的表面形貌及成分.结果表明,特定条件下摩擦表面会生成由GMO参与反应的碳基薄膜,从而使得摩擦系数与磨损率大幅降低,摩擦状态逐渐平稳.同时,对基体表面GMO分子的吸附过程进行了分子模拟.结果显示,GMO分子中存在多个活性位点,C=C和C=O处的原子化学活性较高.在摩擦过程中,酯基与摩擦表面形成化学吸附,为脱氢反应提供1个稳态环境,脱氢后的碳链富集于基体表面,从而形成碳基薄膜.

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。

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.

不同刃型TBM滚刀载荷与振动特性实验研究

全断面隧道掘进机(TBM)地下工况复杂,破岩产生的振动冲击使得滚刀和刀盘异常失效,易造成重大经济损失。为探究在不同刀盘进给参数下滚刀截面形状(即刃型)对滚刀振动影响机理,开展滚刀破岩实验,获取滚刀载荷和振动信号。研究结果表明:随着刀盘总推力和转速增加,滚刀振动幅度增大,这是由于推力与转速以不同方式增加了单位时间内岩石破碎的体积,因此岩石应变能的储存—释放过程更为剧烈,滚刀振动加剧;不同刃型滚刀侵入岩石的能力不同,亦会改变单位时间内破岩体积,影响滚刀振动;冲击与载荷突变同时发生,这是因为岩石蓄积的弹性应变能在岩石破裂时集中释放。本文研究可为滚刀选型、研发低振动新型滚刀结构、减少滚刀及刀盘开裂提供参考。

硬度匹配对轮轨滚动接触疲劳损伤行为的影响规律研究

随着我国铁路的高速发展,轮轨在服役过程中的疲劳损伤问题愈加突出,因此,本工作利用MJP-30A滚动磨损与接触疲劳试验机研究轮轨滑差率、轮轨硬度比对滚动接触疲劳裂纹发展的影响。结果表明:滑差率较小时,疲劳裂纹较短,且裂纹沿着表面小角度扩展;滑差率大时,切向力增大,表层裂纹会被磨掉。循环转数小时,裂纹均停留在试样表层,扩展不明显;循环转数过大时,枝裂纹扩展相互连接形成网状。对比不同硬度材料的裂纹扩展试验发现:不同硬度匹配对裂纹扩展有着较大影响,硬度高的材料表面塑性变形较小,裂纹扩展速度慢,裂纹长度、宽度以及深度都较小;硬度低的材料裂纹扩展速度快,裂纹长度、宽度以及深度都有所增加。裂纹在试样中不同深度处的扩展速度有着较大差异,在靠近试样表面的裂纹需要克服的扩展阻力较大,故大多裂纹都停留在塑性变形层区域;一旦裂纹突破至基体区域,裂纹的扩展速度就会急剧增加。

激光表面淬火对车轮多边形萌生及发展影响试验研究

车轮多边形磨损是影响列车服役可靠性的常见异常磨损形式,而激光淬火是提高金属材料耐磨性能的新型技术,但目前关于激光淬火对车轮多边形的影响尚未深入研究.因此,本文中将研究激光淬火对车轮多边形萌生与发展的影响规律,探讨利用激光淬火技术抑制车轮多边形的可行性.首先利用激光器对车轮试样进行点状淬火和全表面淬火,利用MMS-2A微机控制摩擦磨损试验机进行轮轨滚动磨损试验,分析轮轨系统振动频率、车轮试样磨损表面宏观形貌、廓形、多边形阶数以及材料损伤等,探明激光淬火对车轮多边形形成的影响.结果表明:在车轮试样表面沿圆周方向均匀地进行12个和16个点状淬火时,滚动磨损试验中车轮试样分别萌生出12阶和16阶多边形,并激发出严重的轮轨系统振动,最终在15万转时产生较大波深的车轮多边形.对车轮表面进行全表面淬火处理时,滚动磨损试验过程中始终无车轮多边形产生.在此基础之上,本文作者对未淬火车轮试样进行6万转滚动磨损试验以形成多边形磨损,然后对多边形车轮试样进行点状淬火(波谷处淬火)和全表面淬火,继而进行轮轨滚动磨损试验.研究表明:对多边形车轮试样波谷区进行淬火强化后,多边形发展表现出先放缓后加快的现象,波谷逐渐转变为波峰;对多边形车轮试样进行全表面淬火强化后,多边形继续发展,运行15万转后多边形波深呈轻微下降趋势.研究结果对车轮多边形磨损控制技术研究具有理论指导意义.

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.

不同法向载荷与滑动速度下铁路货车制动梁磨耗套材料磨损行为与模型研究

铁路货车制动梁磨耗套在使用过程中容易产生严重磨损,进而影响制动性能与行车安全。为研究制动梁磨耗套材质的磨损行为,利用销盘摩擦磨损试验机对磨耗套材质进行不同法向载荷与滑动速度下的摩擦磨损试验,分析磨耗套材质的摩擦学行为。结果表明:当载荷由100 N增大到350 N时,摩擦因数呈现减小趋势,磨损质量与磨损长度增长,轮廓曲线起伏变大且最大磨痕深度增加,损伤加重;当载荷相同,滑动速度不同情况下,摩擦因数、磨损质量与磨损长度变化不大。采用MATLAB对试验数据进行拟合优化,得到磨损模型,并利用ANSYS进行磨损仿真分析。仿真与试验结果误差在6%以内,验证所得磨损模型的合理性。建立的磨损模型为磨耗套使用寿命仿真预测提供理论与技术支撑。

不同表面形貌的接触线对浸金属碳滑板载流摩擦磨损性能的影响

在受电弓-接触网载流摩擦磨损过程中,接触线会产生不同的横截面形状,而接触线形貌的改变可能会影响弓网间的接触关系,进而影响弓网间的载流摩擦磨损性能。为研究不同表面形貌的接触线对浸金属碳滑板载流摩擦磨损性能的影响,利用环-块式高速载流摩擦磨损试验机,研究载流条件下常规形貌、麻点形貌、斜切形貌的接触线与浸金属碳滑板的摩擦磨损性能,比较采用不同形貌接触线时的摩擦因数、电弧能量和浸金属碳滑板的磨损量、表面形貌。试验结果表明:在直流电情况下,常规接触线与浸金属碳滑板组成的摩擦副的摩擦因数最小,滑板磨损量最低;采用斜切形貌接触线时的摩擦因数最大,滑板磨损量最大。通过SEM电镜观测浸金属碳滑板表面的磨损形貌,发现接触线为常规形貌时,滑板以氧化磨损为主,有较多的氧化物产生;接触线为麻点形貌时,滑板以电弧烧蚀和磨粒磨损为主,产生了细小裂纹和烧蚀坑,有较多的磨屑和剥落层出现;接触线为斜切形貌时,滑板以电弧烧蚀为主,有大裂纹和犁沟产生,并且烧蚀区域出现了较多的白色小球。研究表明,当接触线的形貌发生改变时,会导致滑板磨耗增加并加剧接触副电弧放电,从而恶化接触副的状态。因此,当接触线磨损变形严重时,应及时进行更换。

镀镍FeS对铁基轴承材料摩擦磨损性能的影响

以Fe,C混合粉末为原料,FeS或镀镍FeS为固体润滑剂,通过粉末冶金工艺制备了FeS/铁基轴承材料的试样,研究镀镍FeS对试样显微组织、密度、硬度和摩擦磨损性能的影响,结果表明:FeS表面镀镍提高了FeS与基体的界面结合强度,增大了试样的密度和硬度;干摩擦条件下,含镀镍FeS试样摩擦表面形成的固体润滑膜更牢固、完整,黏着磨损减少,耐磨性提高;油润滑条件下,润滑油膜与FeS固体润滑膜可以协同润滑,提高了摩擦副间润滑膜的稳定性和承载能力,减摩耐磨性能更好。

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。

双制动片参数差异对制动系统动力学特性影响研究

为探究双制动片参数差异对制动系统动力学特性的影响,以双自由度制动片振动模型为基础,建立双制动片制动系统动力学模型。调整两制动片之间参数差异,分析制动片时变振动信号,得到相应相位图、分岔特性图,以此探讨两制动片间参数差异对制动系统稳定性影响,并探究不同制动策略下制动系统的振动特性。结果表明:双制动片参数差异对制动系统动力学特性有明显影响;在制动片之间存在一定质量、摩擦模型参数、制动片径向/切向刚度差异的情况下,制动系统振动呈现混沌特性,可以通过调整双制动片关键参数差异来抑制混沌振动。该研究可以为双制动片系统的制动策略优化与减噪抑振提供一定参考。