微凹槽织构化表面在往复运动条件下的摩擦学特性

采用自主研制的激光微织构加工设备在45#钢试样表面制备出具有不同间距和夹角的微凹槽织构,在UMT-Ⅱ摩擦试验机上进行往复运动摩擦学性能试验。结果发现:在富油润滑条件下,当载荷较低、速度较大时,微凹槽织构具有较好的润滑减摩效果,织构面的平均摩擦因数最大比未织构面下降超过60%;凹槽夹角对摩擦因数的影响受载荷大小的影响,在给定的在载荷下,存在最优的夹角使摩擦因数最小;在其他几何参数相同的情况下,存在最优的槽间距使得平均摩擦因数达到最小,且最优的槽间距基本不受载荷大小的影响。     

凹坑织构对石墨材料水润滑性能的影响

为提高核主泵屏蔽电机用水润滑石墨轴承的摩擦润滑性能,采用高速雕铣机在石墨试样表面加工不同形状、深度和面积占有率的凹坑织构,通过水润滑条件下的销盘摩擦试验,测试分析凹坑织构结构参数对石墨材料水润滑性能的影响。结果表明：在水润滑条件下凹坑织构具有一定的减摩效果,随着转速的增加,凹坑织构的动压效应增强,石墨试样摩擦因数减小;随着载荷的增加,石墨试样摩擦因数减小;随着凹坑深径比、面积占有率的增加,石墨试样摩擦因数均呈现先减小后增大的变化趋势,当凹坑深径比为0.5、凹坑面积占有率为3%左右时,石墨试样摩擦因数最小;相较三角形凹坑织构,正方形凹坑和圆形凹坑织构的减摩效果更好。     

凹坑微织构对4 Cr13不锈钢/皮质骨摩擦副摩擦性能的影响

采用YLP-F20激光打标器制备了不同参数的凹坑微织构,并用MMW-1型立式万能摩擦磨损试验仪分析了凹坑微织构尺寸、润滑条件和微织构面积占比及微织构分布形式等试验参数对4Cr13不锈钢/皮质骨摩擦副的摩擦性能影响。结果表明:合理的凹坑微织构在有无润滑条件下都具有减摩效果,在润滑条件下减摩效果更好,同时能有效降低摩擦区温度;在有无润滑条件下,凹坑微织构的面积占比都与摩擦副的摩擦性能有很大关系,凹坑面积占比越大,摩擦副的摩擦系数越低,摩擦性能越好。     

石墨烯在水中的分散稳定性及其减摩性能研究

考察不同分散剂对石墨烯在水中的分散稳定性的影响,研究不同石墨烯含量、不同试验载荷和频率下石墨烯水溶液的减摩性能,分析石墨烯水溶液润滑下GCr15/45#钢摩擦副表面的形貌,初步探讨其减摩机制。结果表明,分散剂KH560和CTAB可以改善石墨烯在水中的稳定分散性能,而且能降低石墨烯水溶液的摩擦因数,随着分散剂含量的增加,石墨烯水溶液的摩擦因数呈降低的趋势;石墨烯水溶液的减摩性能与试验载荷、频率等因素有关,其中载荷对石墨烯水溶液的减摩性能影响较大;去离子水润滑时GCr15/45钢摩擦副表面摩擦机制为腐蚀磨损和磨粒磨损,石墨烯水溶液润滑时摩擦机制为磨粒磨损。     

圆柱滚子轴承织构化内圈挡边摩擦特性分析

将表面织构应用到圆柱滚子轴承内圈挡边,建立了织构化内圈挡边-滚子端面油膜润滑的数学模型。计算分析了微凹坑对套圈挡边-滚子端面油膜压力分布的影响,分析了微凹坑参数和工况条件对摩擦因数的影响规律;试验研究了在不同载荷作用下微凹坑面积率、凹坑深度和直径对轴承温升的影响。结果表明:圆柱形微凹坑可明显改善套圈挡边-滚子端面的油膜压力分布;在不同载荷下均存在最优凹坑面积率、最优凹坑直径及深度,且随着载荷增大,直径较大组织构表现出更优的减摩性能。与无织构组相比,当轴向载荷为40 N,内圈挡边分布直径为0.3 mm,深度为1.0μm,面积率为18%的圆柱形微凹坑时,轴承挡边最高温升降幅可达46.8%。     

复合润滑结构表面在油润滑下的减摩性能*

为研究不同表面处理方式对巴氏合金/45钢配副表面减摩性能的影响,采用热压固化工艺将六方氮化硼封装于表面织构内,制备复合润滑结构表面;在油润滑下进行销-盘磨损试验,使用递归定量分析（Recurrence quantification analysis,RQA）参数划分磨损过程;研究复合润滑结构表面在磨合期和正常磨损期的减摩性能,并与纯织构表面减摩性能进行对比。结果表明：复合润滑结构表面拥有较低摩擦因数和显著减摩效果,其减摩性能优于纯织构表面;相比无织构表面,复合润滑结构表面在磨合期内的平均摩擦因数下降77.9%,在正常磨损期内的平均摩擦因数下降73.5%且磨合期的时长缩减75.0%;较大织构孔径的复合润滑结构表面的减摩效果更好且磨合期更短;纯织构和复合润滑结构表面的减摩效果均在较高速度和载荷下更显著;各试样表面在磨合期的摩擦因数越低,对应进入正常磨损期后就越低。     

表面织构改善摩擦特性的研究进展

介绍了凸包形、凹坑形及凹痕形等表面织构形貌,并对表面织构的几种加工技术进行对比。通过分析表面织构在工业方面的应用实例,阐述了表面织构在不同润滑状态条件下的减摩理论:附加流体动压效应理论、二次润滑理论和俘获磨屑颗粒理论。重点讨论了织构形貌、面积密度、纹理尺寸和深径比及分布形式等参数对摩擦特性的影响。同时运行条件和润滑状态对摩擦特性也起主要作用,但并非所有的表面织构都可以改善摩擦学特性,只有具有合适参数的表面织构在合适的运行条件和润滑状态下才可以显著改善摩擦学特性。总结了表面织构与涂层技术相结合、混合表面织构两种未来表面织构的研究方向,指出表面织构还需进一步深入研究的方面。     

复合工艺制备的表面微凹坑织构的摩擦性能研究

在构建的激光电化学复合微加工系统上,采用皮秒脉冲激光辐照与电解刻蚀复合加工方法在7075铝合金表面制备出不同尺寸的阵列凹坑微织构。采用共聚焦显微镜观测复合加工织构试样表面形貌,采用MFT-5000型RTEC摩擦磨损试验机研究润滑条件下凹坑织构的摩擦学性能,并探讨直径、深度、面积密度对减摩性能的影响。结果表明:复合加工工艺制备的表面微织构具有良好的表面形貌;润滑条件下材料表面的凹坑型织构能显著改善其摩擦学性能,相比光滑表面最高可降低摩擦因数30%;在实验参数范围内,凹坑的直径与面积密度对材料表面摩擦性能影响较大,凹坑深度对摩擦性能影响较小。     

微织构光固化填充h-BN的巴氏合金表面摩擦学性能

为了提高巴氏合金在油润滑条件下的摩擦学性能,在巴氏合金表面加工凹坑微织构并利用光固化填充方法填充六方氮化硼(h-BN)固体润滑剂,制备出h-BN与表面微织构相结合的复合润滑结构。研究复合润滑结构在油润滑条件下的摩擦学性能及其减摩润滑机制。结果表明：复合润滑结构的摩擦学性能远高于未织构面和纯织构面;当凹坑微织构直径较小时,织构密度为10%～20%时,复合润滑结构摩擦因数较小,而凹坑直径较大时,随着织构密度的增加,复合润滑结构摩擦因数逐渐减小;当织构密度小于20%时,凹坑直径较小的复合润滑结构摩擦因数小,当织构密度达到30%时,随着凹坑直径的增加,复合润滑结构摩擦因数减小。复合润滑结构能够改善巴氏合金表面摩擦学性能,是因为h-BN固体润滑剂的释放在巴氏合金表面形成了固体润滑薄膜,避免了润滑油膜较薄处的巴氏合金表面直接与45钢表面接触,且释放h-BN固体润滑剂后的微织构凹坑可以起到收集磨粒,储存润滑油的作用。     

部分沟槽表面织构摩擦学性能研究

采用紫外激光在GCr15圆盘试样表面加工出具有不同参数的部分沟槽,在HT-1000高温摩擦磨损试验机上,研究边界润滑状态下,不同载荷和速度下沟槽部分织构率和面积率对摩擦因数的影响。结果表明：在轻载下,随着部分织构率的增加,摩擦因数呈现先减小后增大的趋势,随着面积率的增加,摩擦因数呈现先增大后减小的趋势;部分沟槽表面织构在低速轻载下具有较好的减摩效果,但在高速重载下有增摩的现象。     

Grooved surface texturing by electrical discharge machining (EDM) under different lubrication regimes

The aim of the present research work was to investigate the effectiveness of grooved surface texturing with a rhombic geometry under different lubrication regimes. Tribological investigation under unidirectional sliding was focused on the effect of texturing parameters including pattern area density on the coefficient of friction under different lubrication regimes, achieved by varying sliding speed and lubricant viscosity. Grooved patterns with different textured area densities were produced on steel samples by electrical discharge machining. Results of this investigation showed that under boundary lubrication, textures resist sliding thus resulting in increased friction. The largest improvement of friction reduction was observed under hydrodynamic lubrication, for low‐viscosity oil when using the textured disc with 21% pattern area density. The reduction of the coefficient of friction if compared with the untextured surface was of approximately 24%. Examination of the sliding surfaces has not shown any quantifiable wear for the contact conditions studied.     

An optimum design model for textured surface with elliptical-shape dimples under hydrodynamic lubrication

The influence of surface texture in the form of the elliptical-shape dimples with various depths, diameters, area ratios and different operation parameters on friction coefficient has been investigated under conditions of hydrodynamic lubrication. The results show that, the larger the optimum diameter, the larger the corresponding optimum depth becomes; the optimum area ratio is not bound up with the texture parameters and operating parameters; the optimum depth increased while the optimum diameter decreased as the velocity became larger and the load became smaller. A model for the optimum design of textured surface was built and then validated by the experiments.     

Influence of the Real Geometry of the Protrusions in Micro Textured Surfaces on Frictional Behaviour

Recent studies in tribology aim at the development of techniques to improve the microscopic geometry of the functional surface because of their ability to optimize the frictional behaviour. A deterministic surface microtexturing is a possibility to influence the lubrication regime, thus, adjusting friction coefficient and wear. In this study a model based on the equations of hydrodynamic lubrication of a linear wedge bearing was developed to explain the friction behaviour of oil lubricated, textured steel/sapphire pairs sliding unidirectionally with velocities up to 10?m/s. The model explained why, comparing textures with different channel widths, increasing lubrication films caused decreasing coefficient of friction although the model equations were derived from hydrodynamic theory. With the microscopic geometry as the reason for the unusual behaviour a further understanding of the mechanisms of crossed microchannels was gained.     

面接触条件下织构表面摩擦特性研究

为研究织构表面对面接触摩擦副摩擦特性的影响,设计和制造4个表面高度算术平均值相同、表面微凹坑面积占有率分别为7%、14%、21%、28% 的试件,选用HDM20端面摩擦磨损试验机,针对油润滑和脂润滑两种润滑剂,在不同载荷、转速等工况和不同摩擦副配对材料等条件下进行了试验研究,探讨表面形貌对摩擦特性的影响规律,并使用Talysurf CCI Lite 非接触式三维光学轮廓仪对试样进行三维表面测量,采用ISO25178定义的体积参数和连通性系数对三维表面形貌进行表征,从而得出表面体积参数及连通性系数与摩擦因数的关系。结果表明：在油润滑条件下表面形貌的微观结构特性对摩擦的影响要比脂润滑条件下的更显著;在钢对铜摩擦副条件下织构表面的摩擦因数变化比较复杂,在钢对钢摩擦副条件下织构表面的摩擦因数变化相对平稳;在不同的条件下,最优的表面微观结构特性也不同;将连通性系数和体积参数结合起来对表面形貌进行表征将更有利于表面微观结构特性的摩擦学设计。     

Fe3O4磁流体润滑摩擦因数试验研究

利用MMW-1万能摩擦磨损试验机，测定不同磁性颗粒含量、载荷和旋转速度下Fe3O4磁流体润滑剂的四球摩擦副的摩擦力矩，并计算出相应的摩擦因数。试验结果表明，磁流体润滑膜具有良好的减摩能力，其中质量分数为10％的磁流体摩擦学性能最优，其摩擦因数相对于基液最大可降低35％左右。摩擦学性能得以提高主要是由于磁性颗粒的增粘作用，使油膜增厚，微滚动效应则导致摩擦力减小。     

An analytical approach for analysis and optimisation of slider bearings with infinite width parallel textures

This paper introduces an analytical approach to study the textured surfaces in hydrodynamic lubrication regime. For this purpose, a method of integrating the Reynolds equation for slider bearings with surface discontinuities is presented. By introducing appropriate dimensionless parameters, analytical relations for various texture profiles in both indented and projected forms are delivered. These relations express the nature of mathematical dependence between textured bearing performance measures and geometrical/operational parameters. An optimisation procedure is employed to achieve the optimum texturing parameters promoting maximum load capacity, load capacity to lubricant flow rate ratio and minimum friction coefficient for asymmetric partially textured slider bearings.     

半金属基粉末摩擦片摩擦磨损性能研究

在不同工况下研究半金属基粉末摩擦片与淬火45#钢配副时,载荷和转速对其摩擦磨损性能的影响,并分析其磨损机制。结果表明,在油润滑和水润滑下,半金属基摩擦片高速下的磨损量要明显低于低速下的磨损量,而干摩擦下其高载高速下的磨损要高于高载低速时的磨损量。油润滑下随载荷的增大,半金属基摩擦片的摩擦因数逐渐升高;水润滑下随载荷的增大,高速时摩擦因数先增大后减小,低速时则逐渐降低;干摩擦下随载荷的增大,高速时摩擦因数呈现出先升高后降低再升高的趋势,低速时则先升高后降低。干摩擦时摩擦面十分粗糙,有比较明显的沟状磨痕和硬质颗粒脱落后残留的凹坑;而水润滑和油润滑时摩擦面较为光滑。     

多因素影响的格莱圈材料摩擦磨损试验研究*

格莱圈由聚四氟乙烯(PTFE)矩形滑环和丁腈橡胶(NBR)O形圈组成。为了研究不同因素对于格莱圈密封材料摩擦磨损性能的影响,利用UMT-3多功能摩擦磨损试验机,通过改变往复频率、粗糙度、润滑状态研究格莱圈材料与45钢配副时的摩擦磨损性能,利用SEM对试块试验前后表面形貌进行观测,并对摩擦磨损机制进行分析。试验结果表明:在干摩擦和滴油润滑条件下PTFE材料相比NBR材料具有更为优异的摩擦磨损性能;NBR材料表面粗糙度过高或过低都会导致摩擦因数升高,表面粗糙度对具有自润滑性能的PTFE材料的摩擦因数影响不大;高往复频率会使NBR材料摩擦因数降低,过高或过低的往复频率都会使PTFE材料摩擦因数降低;NBR材料的磨损形式以磨粒磨损和黏着磨损为主,PTFE材料以黏着磨损和疲劳磨损为主。     

The effect of laser texturing of SiC surface on the critical load for the transition of water lubrication mode from hydrodynamic to mixed

Experiments were carried out to verify if the low friction range of SiC in water lubrication can be expanded by micro-pores on the contact surface. Pores were formed by laser, with a diameter of 150 μm and a depth of about 8–10 μm and were distributed in a square array on the contact surface. Seven kinds of textured specimens with different intervals between the pores were tested and compared with the untextured specimen. The effect of the pore area ratio on friction coefficient and the critical load for the transition from hydrodynamic lubrication to mixed lubrication was reported and discussed.