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。

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。

生物摩擦学及表面工程的研究现状和进展

综述了生物摩擦学及表面工程的研究现状，并以人工关节、内固定、种植义齿和人工心脏瓣膜为例，探讨了不同人工器官的失效机理和采用的延寿措施，在此基础上，对今后的工作提出了一些建议。

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。

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。

不同NiCr含量的NiCr-Cr_(3)C_(2)涂层高温冲击磨损行为研究

通过超音速火焰喷涂制备了35%NiCr-Cr_(3)C_(2)涂层及25%NiCr-Cr_(3)C_(2)涂层,利用自研的高温铁屑冲击磨损试验机,在630℃及铁屑冲蚀的环境下进行了不同次数下的冲击试验(1×10^(4)、2×10^(4)和5×10^(4)),研究了2种涂层在铁屑冲蚀环境下的高温冲击磨损行为.结果表明:在高温铁屑环境下35%NiCr-Cr_(3)C_(2)涂层和25%NiCr-Cr_(3)C_(2)涂层的损伤机理均为塑性变形和磨粒磨损,在相同冲击次数下两者的磨损面积相差不大,但25%NiCr-Cr_(3)C_(2)涂层能量吸收量及吸收率和磨损体积均小于35%NiCr-Cr_(3)C_(2)涂层,表现出了更好的耐高温冲击磨粒磨损性能;随着冲击次数的增加,2种涂层的冲击能量、能量吸收率及磨损面积均呈增长趋势,表明2种涂层发生了更多的塑性变形和材料去除;2种涂层的磨损体积随着冲击次数的增加呈现出不同的变化规律,25%NiCr-Cr_(3)C_(2)涂层的磨损体积随冲击次数的增加而增加,而35%NiCr-Cr_(3)C_(2)涂层的磨损体积则随冲击次数的增加呈现先增大再减小的规律.

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.

国家自然科学基金委机械工程科学前沿及优先领域研讨会简况

由国家自然科学基金委主持召开的机械工程科学前沿及优先领域研讨会于1999年12月1日至3日在广州华南理工大学举行,来自全国31个高等院校的57名机械工程学科的知名专家参加了会议。笔者应基金委邀请作为四川地区的唯一代表参加研讨会。

考虑摩擦块形状及轮轨蠕滑的列车制动黏滑振动行为分析

制动盘与摩擦块之间相互摩擦引起的黏滑振动直接影响高速列车制动系统的稳定性并威胁车辆安全运行.为探明摩擦块形状对高速列车制动系统黏滑振动的影响,本文中针对高速列车制动系统常用的五边形和六边形摩擦块,在相对低速条件下开展了盘-块黏滑振动试验,辨识了盘-块界面的Stribeck摩擦参数,揭示了摩擦块形状、摩擦系数和盘-块界面黏滑振动之间的关系.进一步,建立了考虑盘-块摩擦、轮-轨黏着及轮-盘扭转的高速列车制动系统动力学模型,并将辨识的Stribeck摩擦参数集成到该动力学模型中,构建了盘-块界面摩擦特征与制动系统动态响应之间的关联.基于此,研究了摩擦块形状对高速列车制动系统黏滑振动的影响.结果表明,摩擦块形状通过改变盘-块界面摩擦特征,影响制动系统的黏滑振动响应及稳定性.此外,相比五边形摩擦块,采用六边形摩擦块制动系统的黏滑振动强度更低.

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。

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。

行星轮系周转运动过程中的润滑油液分布与搅油损耗研究

为探究行星齿轮传动系统飞溅润滑行为,基于移动粒子半隐式(Moving Particle Semi-implicit,MPS)方法建立了行星轮系飞溅润滑仿真模型,并对其进行了试验验证;研究了行星轮系周转运动过程中的减速器内部油液分布特征、轮齿啮合区润滑油液粒子数量以及各旋转部件搅油损耗的变化规律。研究结果表明,行星轮系周转运动过程中,减速器内部可划分为油池区、拖拽区和贫油区3个区间;行星轮渐次通过各区间过程中,不同啮合区域内油液粒子数量以及各部件搅油损耗力矩值均呈现周期性变化规律。其中,内啮合区与外啮合区润滑油液粒子数量在行星轮运行至油池区时达到峰值,并均在进入贫油区后迅速下降至最小值;行星轮搅油损耗力矩在进入油池区后急剧上升至峰值,在进入拖拽区后持续下降直至进入贫油区后稳定在极低水平;而行星架搅油力矩在某一行星轮进入油池区域时急剧下降,在该行星轮进入拖拽区且下一行星轮未进入油池区时快速回升。在整个周转周期内,太阳轮搅油损耗较小且变化趋势较为平缓。行星轮系总的搅油损耗功率中,3个行星轮总搅油损耗功率占比约为60%,其次是行星架,太阳轮占比最少。

γ射线辐照对PA66结构和摩擦学性能的影响

目的研究辐照后PA66的分子结构和摩擦学性能变化情况,以及两者之间的联系。方法采用凝胶含量测试、红外光谱测试、XPS测试分析、DSC测试分析等方法研究辐照前后PA66的分子结构变化情况,将辐照前后各剂量PA66以球-平面形式进行往复式摩擦磨损试验,对摩擦因数、磨损率及磨痕形貌进行分析,以研究辐照对PA66摩擦学性能的影响。结果随着辐照剂量的增加,PA66凝胶的质量分数从1.31%增加到60.77%,辐照导致PA66表面含氧官能团含量增加,且在1000kGy剂量下生成了羟基,同时材料结晶度整体随辐照剂量的增加而降低。经辐照后,PA66的摩擦因数从0.49逐渐增至0.615,磨损率从179.3×10^(3)μm^(3)/(N·m)大幅增至2511.7×10^(3)μm^(3)/(N·m)。磨痕中央和边缘的磨损形式的变化趋势不同,磨痕中央始终为黏着形貌,磨痕边缘在剂量增大后从黏着形貌变化为沟壑状形貌。结论PA66在γ射线辐照影响下主要发生分子链间的交联和表面氧化,分子间的交联和辐照破坏了材料内晶体的结构,导致材料的结晶度下降。同时,PA66交联使对磨副运动时剥落表面材料受到更大的阻力,导致材料在黏着和犁削过程的剥落体积更大,经辐照后PA66的摩擦因数上升、磨损率增大。

压水堆控制棒驱动机构传动部件磨损研究现状

在压水堆核电站中,控制棒驱动机构(CRDM)是实现反应堆启动、调节功率、保持功率、正常停堆和事故状态下的紧急停堆的关键设备,其可靠性直接关系到核电站的运行安全,磨损是该机构失效的主要形式。压水堆CRDM所用传动部件主要有磁力提升钩爪式和丝杠滚珠式,磨损失效是传动部件主要的失效形式。目前针对CRDM传动部件磨损的研究进展缺乏系统地分析或综述。本文介绍了CRDM传动机构的结构和运动形式,阐述了CRDM传动机构的材料选型与未来研究方向,并概述了核电行业中的CRDM传动机构的磨损研究进展,最后讨论了两种机构基于不同理论的磨损预测模型,并对CRDM传动机构材料的未来研究方向进行展望。