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牵引模式下球环点接触高速弹流润滑行为机理分析
崔伟勤, 赵自强, 张耀光, 梁鹤, 王文中
2018, 38(6): 619 -625   doi: 10.16078/j.tribology.2018055
[摘要](104) [HTML全文](51) [PDF 1054KB] (19)
摘要:
基于球环点接触高速膜厚测量系统采用PAO6基础润滑油进行了高速弹流润滑试验研究,采用玻璃环转动带动钢球旋转的牵引方式,模拟轴承外圈与钢球的润滑接触状态. 试验结果显示高速下试验测得的中心膜厚值严重偏离经典弹流理论的预测. 基于高速热弹流润滑模型分析了高速下膜厚降低并偏离经典弹流理论预测的原因,计算结果表明钢球与玻璃环之间的运动不是纯滚动,存在滑滚比,并通过测量钢球转速加以验证;进而结合数值计算结果中接触区温度的变化,探讨了高速弹流润滑膜厚行为机理,高速时较大滑滚比的存在使得卷吸速度远低于纯滚动理论值是膜厚下降的主要原因,由此而产生的热效应使得润滑油黏度下降,膜厚进一步减小.

Ni3Al基高温自润滑复合涂层的制备和摩擦学性能
李文生, 范祥娟, 杨军, 朱圣宇, 胡伟, 孙洋
2018, 38(6): 626 -634   doi: 10.16078/j.tribology.2018033
[摘要](104) [HTML全文](43) [PDF 1944KB] (26)
摘要:
采用高能球磨结合喷雾造粒制备喷涂喂料,利用等离子喷涂方法制备Ni3Al基高温自润滑复合涂层,通过HT-1000销-盘式高温摩擦试验机测试大气气氛不同温度下涂层的摩擦磨损性能,并采用SEM、EDS和Raman等表征分析涂层微观组织、物相组成和摩擦磨损机理. 结果表明:涂层在25 ℃至800 ℃具有良好的自润滑性能,摩擦系数为0.14~0.42,磨损率为2.41×10–4~5.76×10–4 mm3/(Nm). 25 ℃到400 ℃之间,随温度升高,Ni3Al金属间化合物韧性和软金属银塑性变形能力均提高,形成了有效的转移润滑膜,从而提高了涂层摩擦学性能,涂层磨损形式主要为脆性断裂、磨粒磨损和黏着磨损;600 ℃时软金属Ag过度软化,BaF2/CaF2共晶脆-塑性转变不完全,磨损表面不能形成完整致密的润滑膜,摩擦系数和磨损率大幅升高,涂层的磨损形式主要为剥层磨损和磨粒磨损;800 ℃时磨损表面形成富含NiO、Ag2MoO4和NiCr2O4等高温润滑剂的连续光滑釉质层,摩擦系数和磨损率大幅降低,磨损形式主要为氧化磨损和黏着磨损.

Ti过渡层对NbSe2薄膜润滑-导电性能的影响
刘金玉, 隋旭东, 张帅拓, 徐书生, 郝俊英
2018, 38(6): 635 -644   doi: 10.16078/j.tribology.201800001
[摘要](99) [HTML全文](38) [PDF 1149KB] (13)
摘要:
采用射频磁控溅射技术制备了系列金属钛(Ti)为过渡层的NbSe2薄膜,分析了Ti过渡层的厚度对薄膜成分、结构和机械性能的影响,并研究了在大气环境下薄膜的润滑-导电性能. 结果表明:改变Ti过渡层的厚度,可实现对薄膜中Se/Nb原子比和结晶度的调控. 随着Ti过渡层厚度的增加,薄膜的致密度、膜-基结合强度及力学性能得到了明显改善. 同时,NbSe2薄膜维持原有(002)面择优取向,这利于薄膜的侧向滑移,从而提升了薄膜的减摩耐磨性能. 然而,过厚的Ti过渡层会导致薄膜中Se/Nb原子比和结晶度下降,致使薄膜中游离金属元素含量升高. Ti过渡层的厚度超过30 nm时,虽然薄膜的结构仍然致密,且导电性能也有所增强,但其减摩耐磨性能却明显减弱. 可见,适当厚度的Ti过渡层,才有助于提高NbSe2薄膜的润滑-导电性能.

颗粒流润滑系统力传输行为的试验研究
孟凡净, 刘焜
2018, 38(6): 645 -651   doi: 10.16078/j.tribology.2018102
[摘要](72) [HTML全文](33) [PDF 1030KB] (5)
摘要:
为了研究颗粒流润滑状态下的力传输行为,设计了一个剪切平行板间颗粒流润滑的试验装置. 利用该试验装置,研究了颗粒材料、颗粒尺寸、剪切速度和颗粒湿度对颗粒流润滑状态下力传输行为的影响. 此外,试验结果主要考虑了测量得到的法向力和切向力,这些力是从下摩擦副通过颗粒润滑介质传递到上摩擦副的. 研究结果表明,测量得到的法向力和切向力随着剪切速度和颗粒湿度的增大而减小,随着颗粒尺寸的增大而增大. 颗粒流润滑比干摩擦具有较好的润滑效果,比油润滑具有更好的承载性能. 颗粒流润滑状态下的力传输路径主要决定于颗粒润滑介质之间的力链. 试验结果揭示了颗粒流润滑时的力传递机制并可以为颗粒流润滑的工业应用提供指导.

基于斜面的摩擦力显微镜探针扭转系数标定改进方法
宋晨飞, 孙逸翔, 孙毓明, 张燕燕, 张永振
2018, 38(6): 652 -657   doi: 10.16078/j.tribology.2018060
[摘要](74) [HTML全文](45) [PDF 1136KB] (13)
摘要:
基于标准样品的已知斜面,对摩擦力显微镜探针扭转系数标定方法进行改进. 根据探针在斜面上滑动时的受力特点,测试不同载荷下斜面上摩擦力环电压信号的半高量和偏移量,求解摩擦系数并最后得出探针扭转系数. 结果表明:斜面摩擦力信号的半高量和偏移量随着载荷的增大而增加,且在较高载荷下呈线性增长;在此前提下黏着力不影响摩擦系数和扭转系数的求解;平面验证试验所得摩擦系数与上述求解值基本一致. 相关结果有望简化纳米尺度摩擦力的标定和测试.

表面织构钛合金的干摩擦和全氟聚醚油润滑下的摩擦学性能研究
孙建芳, 李傲松, 苏峰华, 李助军
2018, 38(6): 658 -664   doi: 10.16078/j.tribology.2018111
[摘要](122) [HTML全文](55) [PDF 3377KB] (19)
摘要:
利用激光加工技术在钛合金表面构造不同凹坑直径和密度的织构图案,采用UMT摩擦磨损试验机考察了不同织构形貌钛合金在干摩擦及全氟聚醚油润滑下的摩擦学性能,利用表面轮廓仪、扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)对摩擦前后的表面形貌及磨痕成分进行观察分析. 研究结果表明:干摩擦条件下,织构结构及其几何形貌显著影响凹坑容纳磨屑能力和表面接触应力,凹坑直径为200 μm,织构密度为8.7%的钛合金表面减摩抗磨性能最好,与未织构相比其摩擦系数和磨损率分别降低了23.0%和39.7%,这主要由于凹坑可收集磨屑,减少第三体磨损;全氟聚醚油润滑条件下,表面织构影响流体润滑状态和摩擦表面金属氟化物生成,凹坑直径为200 μm,织构密度为8.7%的表面具有更好的减摩抗磨效果,与未织构相比其摩擦系数和磨损率分别降低了17.4%和30.6%,这主要由于织构表面摩擦过程生成更多FeF2,起到减摩抗磨作用.

不同润滑状态下表面润湿性的摩擦学特性研究
王权岱, 李志龙, 郭兵兵, 蔡兴兴, 李鹏阳, 李言
2018, 38(6): 665 -672   doi: 10.16078/j.tribology.2018072
[摘要](94) [HTML全文](50) [PDF 1752KB] (14)
摘要:
本文中以锡青铜为基底,采用纳秒紫外激光制备了具有微观粗糙结构的超疏水表面和亲水表面,利用扫描电子显微镜和接触角测量仪对所制备的微观结构和表面润湿性进行了表征,并通过XPS测试对所制备的样片表面润湿性转变的机理进行了分析,通过UMT-2型摩擦磨损试验机测试了在边界润滑及流体动压润滑状态下的摩擦系数,研究表面润湿性对摩擦学特性的影响. 研究结果表明:材料表面润湿性在不同润滑状态下对摩擦学特性有显著的影响;在边界润滑状态下,亲水表面的摩擦学特性优于疏水表面,平均摩擦系数相对减少6.79%;在流体动压润滑状态下,疏水表面的摩擦学特性优于亲水表面,摩擦系数相对减少了10%.

基于微尺度造型的干气密封流动有序性数值分析
王衍, 孙见君, 胡琼, 朱妍慧, 王达, 郑小清
2018, 38(6): 673 -683   doi: 10.16078/j.tribology.2018098
[摘要](78) [HTML全文](36) [PDF 1513KB] (25)
摘要:
基于干气密封微尺度流动特性,提出一种有序微造型的干气密封模型,可在提升密封性能的同时为激光开槽提供新的借鉴和参考. 选择螺旋槽和T型槽两种干气密封经典槽型为研究对象进行仿真分析,通过文献对比验证了计算方法的正确性,在有序微造型的基础上进行了有无微造型性能分析和对比,最后对微尺度下微造型的密封性能开展了系统研究. 结果表明:同工况下,微造型结构的开启力较传统结构有明显提升,在高速高压及微尺度时的提升量愈加显著;T槽型的对称性使得其微造型结构兼具一定的减漏效果,且随膜厚增大减漏效果越明显;微造型深度、数量和面积对密封性能影响较大,存在一个使开启力较大同时泄漏量较小的最优槽深(螺旋槽和T型槽分别为5.5和2.5 μm)及微造型深度区间(螺旋槽和T型槽皆为0.9~1.2 μm). 具微造型结构良好的增压性能,有助于进一步提高干气密封的稳定性.

CuMg0.4合金弯曲微动疲劳损伤特性研究
魏超, 彭金方, 刘曦洋, 刘建华, 蔡振兵, 朱旻昊
2018, 38(6): 684 -691   doi: 10.16078/j.tribology.2018041
[摘要](210) [HTML全文](76) [PDF 1330KB] (25)
摘要:
在不同参数条件下,针对吊弦用CuMg0.4合金在自主设计的弯曲微动疲劳装置上进行了微动疲劳试验,建立了其疲劳寿命S-N曲线,并结合扫描电镜(SEM)、三维轮廓仪、电子探针(EPMA)等微观分析设备对损伤区域进行了微观分析,探究了吊弦材料的弯曲微动疲劳损伤特性及演变规律. 结果显示在接触区处于弹性条件下时,其弯曲微动疲劳S-N曲线呈现倾斜的“Z”型特征,微动疲劳寿命随弯曲应力的增大呈现先减小后增大的趋势,微动依次运行于PSR(部分滑移区)、MFR(混合区)、SR(完全滑移区). 接触区主要存在磨粒磨损、氧化磨损、疲劳磨损和黏着磨损四种形式的弯曲微动疲劳损伤;微动疲劳裂纹的萌生和扩展从以接触应力控制为主逐渐转为主要受弯曲疲劳应力控制,整个过程分为三个阶段.

基于平均膜厚和压力流量因子的机械密封泄漏分形模型
魏龙, 张鹏高, 刘其和, 房桂芳
2018, 38(6): 692 -699   doi: 10.16078/j.tribology.2018015
[摘要](76) [HTML全文](46) [PDF 1110KB] (12)
摘要:
研究接触式机械密封端面泄漏模型建立问题. 采用分形参数表征机械密封端面形貌,通过引入压力流量因子来反映实际粗糙表面对泄漏通道的影响,推导出了压力流量因子的分形表达式,建立了基于平均膜厚和压力流量因子的泄漏分形模型. 通过理论计算对机械密封泄漏率的影响因素进行了分析,并在自制的试验装置上对2套B104a-70型机械密封进行了试验,试验密封流体为20 ℃清水,压力为0.5 MPa,转速为2 900 r/min,弹簧比压分别为0.15和0.30 MPa. 研究结果表明:泄漏率随着弹簧比压的增大略有下降,随着密封流体压力及转速的增大而增大,且端面越粗糙增大的幅度越大;当端面较粗糙时,泄漏率随着端面分形维数的增大或特征尺度系数的减小而迅速减小,而当端面较光滑时,泄漏率的变化很小;泄漏率的理论计算值与试验值吻合较好,特别是在进入正常磨损阶段后相差很小.

油-气润滑流动行为对点接触副摩擦特性的影响
吴亮, 童宝宏, 郭丹, 马丽然, 胡晓磊
2018, 38(6): 700 -710   doi: 10.16078/j.tribology.2018034
[摘要](133) [HTML全文](35) [PDF 1428KB] (15)
摘要:
油-气润滑技术已经广泛应用于常规零部件润滑设计中,通过合理制定润滑工艺方案,能有效减小接触副之间的摩擦,达到最佳润滑状态. 选用45钢圆盘和GCr15球作为摩擦副材料,在MFT-3000摩擦磨损试验机上开展球-盘点接触副油-气润滑试验,同时结合油-气润滑流场数值模拟考察喷射方位、供油量和供气速度等不同润滑参数对点接触副摩擦特性的影响规律. 结果表明:合理的喷射方位下点接触区域油相分布较为均匀,并有利于压缩气体将润滑油以微油滴形式喷射至摩擦副表面,润滑油滴与摩擦副表面发生碰撞、黏附和铺展等作用后形成油膜层,从而降低摩擦系数,提高润滑性能;供油量和供气速度对空间流场油相分布影响较为明显,在一定范围内,供油量的增加和适当的供气速度均能够改善油-气润滑效果.

近固壁微米尺度空泡溃灭的数值研究
夏冬生, 孙昌国, 刘亚喆, 张会臣
2018, 38(6): 711 -720   doi: 10.16078/j.tribology.2018082
[摘要](78) [HTML全文](28) [PDF 1668KB] (6)
摘要:
考虑空泡表面张力、液体黏性和气体可压缩性,采用VOF多相流模型对近固壁微米尺度空泡在静止流场溃灭过程进行了数值研究. 获得了近固壁空泡溃灭过程的流场细节,分析了空泡与固壁的无量纲距离γ对空泡溃灭过程动力特性的影响,并揭示了不同γ条件下的固壁空蚀破坏机理. 计算结果表明:随着γ的减小,泡心向固壁移动的趋势明显,射流形成前空泡上部高压区内压力减小,空泡溃灭时间延长,最大射流速度减小. 模拟结果验证了空泡溃灭将产生冲击波和高速微射流,二者均会在固壁面产生脉冲压力,其是造成壁面损伤的两种主要原因. 参数γ对固壁的空蚀破坏机理有重要影响. 与微射流机制相比,以冲击波机制为主的空蚀破坏更显著. 微射流冲击固壁的作用半径为10 μm左右,将引起固壁“点”蚀坑的出现. 当γ=2.0时,冲击波扫掠壁面的范围相对较广,有效作用半径约为1 mm,其导致固壁产生较大圆形蚀坑,且中心空蚀严重.

微波烧结氮化硅基复合陶瓷刀具材料摩擦特性研究
徐伟伟, 袁军堂, 殷增斌, 汪振华
2018, 38(6): 721 -727   doi: 10.16078/j.tribology.2018016
[摘要](97) [HTML全文](40) [PDF 834KB] (16)
摘要:
采用微波烧结技术制备了一种氮化硅基复合陶瓷刀具材料,研究了其与三种不同属性的硬质材料(氮化硅、硬质合金和GCr15轴承钢)在不同载荷下对摩时的摩擦特性与磨损机理. 研究结果表明:当与氮化硅对摩时,磨损率最大且磨损率随载荷增大急速升高,磨损主要以脆性剥落形式存在;当与硬质合金对摩时,摩擦系数最小,随载荷增加磨损机理由磨粒磨损转变为磨粒磨损与疲劳磨损共同作用. 当与轴承钢对摩时,磨损率最小,因在摩擦过程中在磨痕表面形成金属黏着,其磨损率随载荷的增大而减小. 与商业的氮化硅陶瓷刀具材料相比,微波烧结氮化硅陶瓷刀具材料摩擦系数略有降低,磨损率降低了14.17%~59.49%.

M50钢强流脉冲电子束Cr合金化的高温摩擦性能
闫国斌, 周丽娜, 唐光泽, 古乐, 罗甸, 王黎钦, 马欣新
2018, 38(6): 728 -734   doi: 10.16078/j.tribology.2018003
[摘要](70) [HTML全文](29) [PDF 1274KB] (2)
摘要:
结合磁控溅射与强流脉冲电子束辐照技术在M50钢表面制备了Cr合金化层。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对合金化层的组织结构进行表征分析,研究了Cr合金化层的高温摩擦行为及磨损机制. 结果表明: Cr合金化层由表向内依次为Cr含量较高的体心立方(BCC)Fe-Cr固溶体、奥氏体和马氏体. M50钢与Cr合金化层的高温磨损机制均为氧化磨损。Cr合金化层高温摩擦系数在0.2~0.4之间,低于M50钢0.5~0.8,具有一定的自润滑效果. SEM和能谱分析表明:Cr合金化层在高温摩擦过程中优先生成与基体结合良好的低摩擦系数的氧化铬膜是其摩擦系数降低的主要因素.

MAX相陶瓷摩擦学研究进展
王帅, 杨军
2018, 38(6): 735 -746   doi: 10.16078/j.tribology.2018121
[摘要](120) [HTML全文](52) [PDF 955KB] (33)
摘要:
三元层状Mn+1AXn相陶瓷(简称MAX相陶瓷)因其优异的综合性能使其在摩擦学领域有着诸多潜在的应用,本文全面综述了MAX相陶瓷及其复合材料的摩擦学研究现状,总结了MAX相陶瓷及其复合材料的相关摩擦学机理,并在此基础上提出了MAX相陶瓷摩擦学可能的发展趋势.

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