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三体介质温成形界面接触换热特性的试验研究
昌晶晶, 王伟, 顾伟, 刘焜
2016, 36(6): 667 -672   doi: 10.16078/j.tribology.2016.06.001
[摘要](195) [HTML全文](68) [PDF 9029KB] (3)
摘要:
温成形摩擦界面模具与工件之间的传热特性对工件质量和模具寿命有重要影响, 固体粉末介质导入该摩擦副可实现高温润滑, 但其传热特性与传统加工方式的有很大不同. 采用稳态法自行设计了三体界面的传热特性试验, 研究和分析了界面温度、接触载荷、层厚对带有石墨粉和氧化铝粉润滑层的H62铜合金和45钢之间的三体界面接触换热系数的影响. 结果表明: 带有石墨粉润滑层的三体界面接触换热系数随温度的增加先升高后降低, 随载荷和层厚的增加先缓慢增加后迅速增加; 带有氧化铝粉润滑层的三体界面接触换热系数随温度的变化缓慢升高, 与载荷基本成线性关系, 随层厚的增加而降低. 温度改变了固体润滑剂的材料热阻和上下试样表面硬度及氧化层厚度, 载荷改变了三体界面实际接触面积和接触属性, 层厚决定能否完全隔开上下试样, 不同物性固体润滑剂决定了其材料热阻在三体界面接触热阻中的主次关系.

动压载荷下受限纳米水膜流动特性的分子动力学仿真研究
陈入领, 王瑶, 雷红
2016, 36(6): 673 -678   doi: 10.16078/j.tribology.2016.06.002
[摘要](192) [HTML全文](73) [PDF 11523KB] (9)
摘要:
利用分子动力学模拟方法探究了外加载荷作用下纳米尺度受限水膜的流动特性. 仿真结果表明: 受限空间内的水膜随着载荷的增加, 其出现分层现象和黏度增加, 当黏度超过一个临界值后, 在分层和黏度增加共同作用下, 水膜的流动状态将由层流和湍流的混合状态过渡到单一的层流状态. 同时, 随着受限空间壁面的切向运动, 受限水膜均会出现边界滑移现象, 且随着载荷的增加, 滑移现象越发显著. 但当水膜单一层流状态形成后, 受限空间壁面的滑移速度, 对水膜的边界滑移长度影响并不显著.

润滑油密度与黏度关系的进一步探讨及定量广义牛顿热弹流数值分析
崔金磊, 杨萍, 刘晓玲, 杨沛然
2016, 36(6): 679 -686   doi: 10.16078/j.tribology.2016.06.003
[摘要](212) [HTML全文](68) [PDF 6624KB] (6)
摘要:
基于“同一油品相同的密度对应相同的黏度”这一假说, 本文作者将最近提出的在等温条件下由密度求黏度的计算公式推广到热条件之下并进行了进一步的理论探讨. 通过引入广义黏度, 把润滑油的Eyring流动处理为广义牛顿流动, 进而对由squalane油润滑的点接触副在不同赫兹接触压力和卷吸速度下, 在滑滚比宽广的变化范围内开展了定量的热弹流数值仿真. 仿真得到的摩擦系数与试验结果良好的吻合程度不但证实了作者的由密度求黏度公式在热条件下仍然准确, 同时也证实了所用的密度与黏度关系假说的合理性. 在比较新黏度公式与Barus、Roelands和Doolittle黏度公式所得数值仿真结果时, 提出了一种不需要黏温系数而得到热条件下润滑油黏度值的算法, 并用之得到了合理的广义牛顿热弹流解.

乏油环境下橡胶密封材料在粗糙表面上的摩擦磨损行为研究
董峰, 沈明学, 彭旭东, 张兆想, 孟祥铠, 王玉明
2016, 36(6): 687 -694   doi: 10.16078/j.tribology.2016.06.004
[摘要](399) [HTML全文](908) [PDF 23745KB] (17)
摘要:
在UMT-3多功能摩擦磨损试验机上, 以丁腈橡胶/SiC砂纸配副为研究对象, 系统研究了乏油(包括润滑油和润滑脂)环境下橡胶密封材料在不同粗糙表面上的摩擦学特性, 重点考察了乏油工况下橡胶/粗糙表面摩擦配副的摩擦系数时变性、减摩程度和减摩持久性, 揭示了乏油工况下橡胶在粗糙表面上的损伤机制. 结果表明: 乏润滑剂工况下, 润滑剂的减摩程度和减摩持久性强烈依赖于对偶件表面粗糙程度; 随着对偶件表面粗糙度的降低, 润滑剂的减摩程度呈先缓慢提高后迅速增强的变化趋势, 然而减摩持久性先降低后又逐渐升高. 同时, 乏油工况下的减摩持久性均优于乏脂环境; 在磨损机制上, 随着对偶件表面粗糙度的降低, 乏润滑剂环境下橡胶材料的表面均由伴随明显犁沟特征的严重磨粒磨损逐渐转变为损伤轻微的磨粒磨损. 而在无润滑条件下, 橡胶由典型的磨粒磨损机制损伤特征转变为花纹磨损形貌, 最后又向黏着磨损机制转变.

液固两相流冲洗油管道的冲蚀磨损特性数值模拟及分析
金浩哲, 易玉微, 刘旭, 叶浩杰, 许健, 舒歌平, 偶国富
2016, 36(6): 695 -702   doi: 10.16078/j.tribology.2016.06.005
[摘要](195) [HTML全文](71) [PDF 14509KB] (3)
摘要:
以液固两相流冲洗油管道为研究对象, 采用Realizable κ-ε湍流模型、随机轨道模型, 结合液固两相流冲蚀磨损试验, 建立修正的冲蚀磨损数理模型, 数值预测典型工况下冲洗油管道内速度、压力、冲蚀磨损率等流动参数分布情况, 分析了冲蚀磨损的形成机制. 研究结果表明: 受曲率半径影响, 冲洗油管道冲蚀磨损速率随曲率半径的增加而减小; 由于颗粒惯性及管内二次流影响, 弯头中间区域外侧壁面和出口直管段内侧面磨损较为严重, 三通管件的最大冲蚀磨损率位于孔口处, 数值预测结果与失效解剖案例吻合. 本文建立的冲蚀磨损定量预测方法, 适用于压力管道的风险评定及寿命预测.

γN相/Si3N4陶瓷球摩擦副在干摩擦条件下的磨损机制转变图
李广宇, 雷明凯
2016, 36(6): 703 -707   doi: 10.16078/j.tribology.2016.06.006
[摘要](204) [HTML全文](75) [PDF 8343KB] (8)
摘要:
采用等离子体源渗氮技术在AISI 316奥氏体不锈钢表面制备γN相层. 研究了γN相层/Si3N4陶瓷球摩擦副在球-盘式磨损仪、载荷2~8 N、滑动速度0.15~0.22 m/s干摩擦条件下的磨损行为, 基于详细的磨痕表面和磨屑显微分析, 通过响应面分析法建立γN相层在此状态下的磨损机制转变图. 结果表明: γN相层在低载荷下的磨损机制主要是氧化磨损; 而在较高载荷下的磨损机制主要是塑性变形和磨粒磨损.

磁控溅射沉积抗氧化、长寿命二硫化钼基复合薄膜
李浩, 李霞, 张广安, 王立平
2016, 36(6): 708 -716   doi: 10.16078/j.tribology.2016.06.007
[摘要](200) [HTML全文](74) [PDF 13797KB] (5)
摘要:
采用磁控溅射技术制备了MoS2, Ti/MoS2, Pb/MoS2和Pb-Ti/MoS2复合薄膜. 通过AFM, SEM和XRD对薄膜的形貌和结构进行分析; 利用纳米压痕仪, CSM摩擦试验机和Bainano高真空摩擦试验机分析薄膜的力学和摩擦学性能, 并探讨了Pb、Ti掺杂对薄膜的结构, 力学和摩擦学性质的影响. 结果表明: Pb-Ti/MoS2复合薄膜具有非常致密的结构, 表面光滑平整, 且具有较高的硬度; Pb、Ti共掺杂显著提高MoS2薄膜在RH75%高湿度环境下和真空环境下的摩擦学性能, 在潮湿大气和真空环境下磨损率分别为未掺杂MoS2的13%和25%, 且低于单一掺杂MoS2薄膜. Pb-Ti/MoS2复合薄膜优异的摩擦学性能得益于Pb掺杂元素增加薄膜结构的致密度和Ti掺杂元素提高薄膜的抗氧化和力学性能.

不完备先验知识下的机械密封端面磨损状态评估研究
李克斯, 张尔卿, 傅攀, 林志斌
2016, 36(6): 717 -725   doi: 10.16078/j.tribology.2016.06.008
[摘要](178) [HTML全文](80) [PDF 6988KB] (2)
摘要:
针对机械密封端面全状态先验知识不易获取, 正常开启状态下和未打开状态下的先验知识可以获取的特点, 以声发射信号作为监测信号, 提出基于因子隐马尔可夫模型(FHMM)的机械密封端面磨损状态评估技术. 应用经验模态分解(EMD)方法对原始信号进行分离提取, 得到准确反映信号的特征信息, 将机械密封端面接触状态下的先验特征归一化, 并建立因子隐马尔可夫(FHMM)监测模型; 根据观察序列对数似然度得到评估密封端面磨损状态性能指标, 实现对端面磨损状态的评估. 机械密封端面磨损状态监测试验表明: 该方法能在仅具备端面接触状态先验知识的情况下, 实现对密封端面磨损状态的初步评估, 而且所需样本数较少、训练速度快、结果准确、具有较好扩展性.

两种杂环有机物的分子结构与其在离子液体中缓蚀、减摩抗磨性能的构效关系研究
李毅, 张松伟, 丁奇, 胡丽天
2016, 36(6): 726 -735   doi: 10.16078/j.tribology.2016.06.009
[摘要](249) [HTML全文](74) [PDF 14997KB] (2)
摘要:
本文作者通过电化学和摩擦学测试手段, 对比考察了苯并三氮唑(BTA)和糖精(SAC)两种杂环有机物在[HMIM][Cl]离子液体体系中对铜锡合金的缓蚀性能和减摩抗磨性能. 然后, 利用扫描电子显微镜对铜锡合金表面的腐蚀形貌和磨损形貌进行了分析表征. 结果表明: BTA能够吸附在铜锡合金表面形成一层致密的聚合物保护膜, 阻止Cl-对金属表面的进攻, 降低离子液体的腐蚀作用, 有效地抑制Cl-引发的孔蚀现象; 同时, BTA还进一步提高了基础油的减摩抗磨效果. 在铜锡合金表面, SAC与离子液体存在竞争腐蚀作用, 低浓度时, 以离子液体中Cl-的孔蚀为主, 高浓度时, 以均匀腐蚀为主; 同时, 由于促进腐蚀作用的存在, SAC的引入会延长磨合期, 加剧磨损. 对[HMIM][Cl]离子液体体系而言, 杂环分子BTA是一种兼具优异缓蚀性能和良好减摩抗磨性能的添加剂; 杂环分子SAC作为添加剂, 则不具有缓蚀和减摩抗磨作用.

TiAlNb9合金表面Si-Y共渗层的组织及摩擦磨损性能
李涌泉, 李轩, 耿桂宏, 蒋亮, 张小丽, 魏杰
2016, 36(6): 736 -740   doi: 10.16078/j.tribology.2016.06.010
[摘要](192) [HTML全文](71) [PDF 6715KB] (1)
摘要:
通过1 080 ℃下Si-Y扩散共渗5 h的方法在TiAlNb9合金表面制备了Si-Y共渗层, 采用SEM、EDS和XRD分析了共渗层组织结构, 对比研究TiAlNb9和Si-Y共渗层与GCr15球对摩时的摩擦磨损行为. 结果表明: Si-Y共渗层厚约33 μm, 组织均匀、致密, 共渗层的外层主要为(Ti, Nb)Si2相, 中间层分为上下两层, 分别为(Ti, Nb)5Si4相和(Ti, Nb)5Si3相, 内层为γ-TiAl相; 在试验条件下, Si-Y共渗处理可显著提高TiAlNb9合金的抗摩擦磨损性能, TiAlNb9合金的磨损机理为犁削磨损和磨粒磨损, 而Si-Y共渗层表面由于较高的硬度未发生明显磨损.

干摩擦条件下基体粗糙度对Cr-DLC薄膜摩擦磨损性能的影响
李振东, 詹华, 王亦奇, 汪瑞军, 方宪法
2016, 36(6): 741 -748   doi: 10.16078/j.tribology.2016.06.011
[摘要](175) [HTML全文](76) [PDF 17868KB] (4)
摘要:
采用磁控溅射/等离子辅助气相沉积方法在不同粗糙度样品表面制备Cr掺杂类金刚石(Cr-DLC)薄膜, 研究了干摩擦条件下, 基体粗糙度对Cr掺杂类金刚石薄膜摩擦磨损性能的影响. 结果表明: 在低表面粗糙度样品上体现了Cr掺杂类金刚石薄膜良好的自润滑特性, 平均摩擦系数在0.1以下, 达到了油润滑条件的摩擦水平, 磨损较小, 磨损表面薄膜结构完整, 未出现明显石墨化转变. 在高表面粗糙度样品上, 样品的平均摩擦系数提高了3~4倍, 磨损剧烈, 基体表面磨出了明显的沟槽, 与其对摩的Si3N4球磨损严重.

空蚀诱发铁基纳米结构的发生机制
刘峰斌, 曾箐雨, 蒋涵, 崔岩, 曹雷刚, 杨越
2016, 36(6): 749 -754   doi: 10.16078/j.tribology.2016.06.012
[摘要](187) [HTML全文](74) [PDF 6553KB] (2)
摘要:
利用超声空化设备, 分别在自来水和去离子水介质中针对Q235钢进行表面振动空蚀处理. 利用扫描电子显微镜、激光共聚集显微镜、拉曼光谱仪和透射电子显微镜对自来水介质中产生的空蚀坑及坑缘形貌、结构进行了分析. 结果表明: Q235钢空蚀呈现典型的彩虹环结构, 该结构是由δ-FeOOH组成的具有不同叠加厚度的纳米薄片. 纳米结构生成机制为空化作用引起的空蚀产物喷发堆积. 其中, 较之去离子水介质, 自来水介质中产生的纳米薄片厚度和数量要大得多, 表明离子对羟基氧化铁纳米结构的形成有促进作用.

Ag-Cu-MoS2复合材料的真空载流磨损性能
孟令通, 谢鑫林, 李利, 张雷
2016, 36(6): 755 -761   doi: 10.16078/j.tribology.2016.06.013
[摘要](193) [HTML全文](74) [PDF 9109KB] (1)
摘要:
采用粉末冶金方法制备了含有不同Cu质量分数(2%~ 4%)的Ag-Cu-MoS2复合材料, 并对其力学性能、电学性能和真空载流磨损性能进行了研究. 结果表明: 较高Cu质量分数的Ag-Cu-MoS2复合材料表现出较高的硬度和抗弯强度; 中等Cu质量分数(2.5%和3%)的Ag-Cu-MoS2复合材料电刷表现出较低的电压降和电噪声; 滑动速度的增加会降低材料间的接触稳定性, 进而导致较高的电压降和较大的电噪声. 在真空载流条件下与Ag合金盘滑动摩擦过程, 不同Cu质量分数的Ag-Cu-MoS2复合材料电刷均表现出较低的磨损, 其磨损率在1×10–14m3/(N·m)~ 2.5×10–14m3/(N·m)范围, 其磨损机理主要为疲劳磨损以及黏着磨损.

浸油碳化物衍生碳润滑涂层的承载机制研究
眭剑, 刘秀芳
2016, 36(6): 762 -768   doi: 10.16078/j.tribology.2016.06.014
[摘要](176) [HTML全文](69) [PDF 22739KB] (1)
摘要:
采用高温氯化处理工艺在碳化硅表面制备了具有多孔结构的碳化物衍生碳涂层(CDC), 考察了浸油(聚a烯烃, PAO)对CDC涂层承载性能的影响. 结果表明: 在低载 (<5 N)下, 浸油前后涂层的摩擦磨损性能相当, 随着载荷的增加, 尤其是在中等载荷(~10 N)下, 浸油涂层的摩擦性能变差, 表现为较大的摩擦系数与磨损. 分析认为CDC涂层的孔洞被PAO填充, 其孔壁在摩擦过程中受到载荷应力与液压的双重作用而破碎, 是导致浸油CDC涂层磨损加剧, 承载能力大大降低的主要原因.

织物表面摩擦特性测试装置及试验研究
姚宝国, 张德品, 闫丽霞, 张珊, 王建超, 洪水源
2016, 36(6): 769 -775   doi: 10.16078/j.tribology.2016.06.015
[摘要](182) [HTML全文](73) [PDF 6372KB] (0)
摘要:
为了评价织物表面的摩擦特性, 表征织物和皮肤接触过程中摩擦力的动态变化信息, 研制了一种能测试织物表面动态摩擦特性的机械测试装置, 该装置集成了机械装置、传感器及控制系统, 能一次性测试织物的静、动摩擦系数. 基于测试过程中采集的原始数据, 定义了摩擦功、静摩擦系数及动摩擦系数3个指标来评价织物表面的摩擦特性. 试验采用12种典型的织物样本, 对织物的表面摩擦特性进行了客观测试及主观评价, 并在日本Kawabata KES-FB4系统上进行了对比试验. 结果表明: 针对12种典型的织物样本, 3个评价指标均存在着显著的差异, 牛仔布具有最大的静摩擦系数, 经编网眼针织布具有最小的静摩擦系数, 与常理相符. 客观测试得到的动态指标摩擦功和主观评价的结果具有一致性. 本测试装置得到的动态摩擦系数和KES-FB4测试得到的平均摩擦系数也具有一致性. 该测试装置可以为相关领域的研究提供一种新的测试手段.

一种分析手指接触摩擦的新型试验装置
张猛, 莫继良, 徐敬业, 周仲荣
2016, 36(6): 776 -780   doi: 10.16078/j.tribology.2016.06.016
[摘要](177) [HTML全文](54) [PDF 6662KB] (4)
摘要:
手指接触摩擦行为的研究对人类生产生活具有重要的意义, 鉴于影响这一行为的因素众多, 到目前为止手指接触摩擦特性还未被深入认识. 针对当前手指接触摩擦试验中的试验变量难以控制和试验可靠性较差等问题, 设计出一种新型的试验装置并对受试者手指进行了接触摩擦重复性试验, 得出新型装置能确保手指与样品间的法向力、接触角度的稳定性, 使得试验结果具有很好的可比性和可靠性, 并证实了该试验装置能准确地考察粗糙度、接触角度等因素对手指接触摩擦过程的影响. 该装置的研制将对系统深入揭示手指接触摩擦学行为具有重要的意义.

生物黏液的润滑特性研究进展
石宏宇, 刘宇宏, 路新春
2016, 36(6): 781 -793   doi: 10.16078/j.tribology.2016.06.017
[摘要](496) [HTML全文](70) [PDF 16372KB] (23)
摘要:
生物黏液是广泛存在于自然界中动植物体内的一种胶黏物质, 为多种成分的混合物, 它在生物水基润滑体系中扮演了至关重要的角色. 对于不同生物机体来说, 黏液的不同组分和结构决定了其实现润滑作用的不同机理. 本文作者分别从植物黏液、动物黏液和关节滑液3个方面综述了目前国内外关于生物黏液润滑特性的研究进展, 并总结了当前研究中存在的问题和有待进一步探索的方向. 这不仅对于探索摩擦和润滑的本质有着重要的意义, 而且对于开发和研制绿色环保的生物水基润滑剂具有潜在的应用价值.

离子液体润滑性及导电能力研究进展
夏延秋, 韩钰, 冯欣
2016, 36(6): 794 -802   doi: 10.16078/j.tribology.2016.06.018
[摘要](187) [HTML全文](68) [PDF 3047KB] (4)
摘要:
具有优异润滑性能的离子液体已经引起科研工作者的广泛关注, 本文中介绍了离子液体的作为润滑剂的摩擦学性能, 同时对离子液体的导电能力进行了分析. 重点介绍了近年来离子液体作为润滑脂导电材料在润滑脂中的导电能力和摩擦学性能. 并指出离子液体作为润滑脂导电添加剂仍需解决的问题及未来的研究趋势.

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