干摩擦机械密封端面材料配对性能的台架试验研究

为了研究密封端面材料配对对干摩擦机械密封性能的影响,使用自主设计研发的干摩擦机械密封试验系统,选择浸锑石墨、浸树脂石墨,分别与38CrMoAlA(不喷涂)、38CrMoAlA(表面喷涂Cr 2O 3)、40CrNiMoA(表面喷涂Cr 2O 3)3种典型的材料配对进行干摩擦和磨损试验,并对端面温升、磨损率、摩擦功耗和泄漏率等试验结果进行对比分析。结果表明:在干摩擦状态下,对于不同材料配对,摩擦磨损规律显示出了多元性;在6组端面配对中,浸锑石墨与38CrMoAlA(表面喷涂Cr 2O 3)配对性能最佳,浸金属石墨更适用于极端工况,摩擦磨损性能更佳,但浸树脂石墨材料密封性能更好,泄漏率更小;动环表面喷涂材料可有效提高动环表明硬度,优化表面结构,改善动环摩擦磨损性能和密封性能;动环基体材料对配对性能影响不可忽视,导热效果好、线膨胀系数低的材料可降低端面温度。     

浸渍石墨配对9Cr18密封摩擦副的摩擦特性

针对无压喷油运行工况下机械密封端面磨损严重问题,基于多功能摩擦磨损试验机开展浸呋喃树脂石墨M180K和浸锑石墨M181D配对9Cr18金属环的摩擦磨损试验。探讨操作工况参数轴向载荷和线速度对浸渍石墨摩擦因数和摩擦扭矩两摩擦特性参数的影响,对比研究不同摩擦状态下线速度对两摩擦特性参数的影响,并基于三维形貌仪采集2种浸渍石墨试验前后的表面形貌。结果表明：低黏油润滑工况,一定范围内提高pv值有助于减小浸渍石墨摩擦因数,但轴向载荷的增加提高了摩擦扭矩;而较大轴向载荷时,增加线速度有助于减小摩擦扭矩;相同操作工况和摩擦状态下,浸锑石墨摩擦因数显著小于浸呋喃树脂石墨对应值且表面磨损轻微;相比而言,浸锑石墨的耐磨性更优异,更适用高参工况。     

不同材料配对机械密封的端面摩擦特性试验研究

以硬质合金YG8为动环,分别配对20%石墨填充聚四氟乙烯、碳石墨和SiC环组成3组密封副进行摩擦特性试验,获得32#液压油中3组密封副的工况参数与摩擦因数关系的包络线。试验表明:SiC-YG8组对的磨损量最小,摩擦因数最大;碳石墨-YG8组对的磨损量最大,摩擦因数最小;20%石墨填充四氟-YG8组对具有较小的磨损量和摩擦因数。机械密封端面摩擦特性取决于动静环配对材料和摩擦磨损条件,包括端面载荷、滑动速度及润滑介质性质等因素,利用工况参数与摩擦因数关系的包络线可以判断某一润滑介质条件下机械密封的端面摩擦特性。     

某型船舶艉轴密封装置端面密封失效分析及试验研究

针对某型船舶艉轴密封装置端面密封的失效问题,对磨损失效的碳石墨环的表面附作物进行光谱分析,证明附作物为金属腐蚀产物。采用摩擦磨损试验测试摩擦副碳石墨环的摩擦磨损性能,并与在摩擦副表面加入金属腐蚀粉末后的磨损结果进行比较。结果表明,碳石墨环在正常情况下有较好的耐磨性能,而金属腐蚀粉末进入碳石墨环表面后,碳石墨环摩擦因数增大,磨损量急剧上升,证明艉轴密封装置密封失效是由于壳体内表面金属腐蚀产物进入端面密封引起的。     

偶件表面粗糙度对PTFE材料摩擦磨损性能的影响

为了研究干摩擦条件下偶件表面粗糙度对聚四氟乙烯(PTFE)密封材料摩擦磨损性能的影响,利用MMW-1立式万能摩擦磨损试验机,在不同载荷和转速下研究由PTFE材料制作的试验环分别与316L不锈钢和45#钢配副时的摩擦磨损性能,并利用粒形分析仪对PTFE试验环试验前后端面的形貌进行观测;利用触针式轮廓仪对摩擦配副钢环的端面粗糙度进行精确测量,分析表面粗糙度对PTFE试验环摩擦磨损性能的影响。试验结果表明:在干摩擦条件下,摩擦配副钢环的表面粗糙度过高或者过低都会引起PTFE试验环磨损量的增加;定载荷时,PTFE试验环磨损量随摩擦配副钢环表面粗糙度的增大先减小后增大,随转速的增大而增大;定转速时,PTFE试验环摩擦因数随摩擦配副钢环表面粗糙度的增大稍减小后而后增大,随载荷的增大先减小后增大;在相同工况下,316L不锈钢对PTFE试验环的切削和犁沟作用比45#钢更加明显。     

高水基液压阀陶瓷摩擦副摩擦学性能研究

为选择适合的高水基乳化液液压阀摩擦副材料,探讨ZrO2与不同结构陶瓷组成的摩擦副在高水基乳化液润滑状态下的摩擦磨损特性。采用摩擦磨损试验机,在不同载荷和滑动速度下,研究在高水基乳化液介质中4种不同陶瓷材料（ZrO2、Al2O3、Si3N4和SiC）分别与ZrO2配副的摩擦学性能,并探讨不同组合陶瓷摩擦副的磨损机制。结果表明：在高水基乳化液中,各陶瓷的摩擦因数均随着滑动速度的增大而降低,其中Al2O3陶瓷的摩擦因数最小;ZrO2、Al2O3和Si3N4陶瓷的摩擦因数受载荷的影响较小,SiC陶瓷的摩擦因数则随着载荷的增大而骤增;各陶瓷的磨损体积都随着速度和载荷的增大而增大,其中Al2O3/ZrO2陶瓷摩擦副的磨损体积最小,其磨损机制以磨粒磨损和微疲劳磨损为主。研究表明,在不同工况下,Al2O3与ZrO2陶瓷配副的摩擦因数和磨损体积均为最低值,更适合作为高水基乳化液液压阀的摩擦副材料。     

浸酚醛树脂石墨/SiC密封材料摩擦学特性研究

采用UMT-3多功能摩擦磨损试验机研究了3种国产典型浸酚醛树脂石墨与SiC陶瓷配对副在干摩擦和油润滑条件下的摩擦学特性,结果表明：干摩擦下,摩擦因数随载荷p与速度v的乘积（pv值）的增大呈下降趋势;pv值较小时,磨损机理主要为轻微黏着磨损和磨粒磨损,pv值较大时则变为严重黏着磨损、磨粒磨损和疲劳磨损;相同条件下的磨损率受速度的影响比受载荷的影响更大;油润滑下,摩擦因数保持在0.1左右,磨损机理主要为黏着磨损和疲劳磨损;pv值增至5 MPa·m/s时,干摩擦下3种浸渍石墨摩擦副表面最大温升为21.1 ℃,油润滑下最大温升为14.9 ℃且H1石墨温升均最低。综合考虑浸渍树脂石墨的力学性能、摩擦学特性和端面温升,推荐石墨化度为45%～55%。     

浸渍磷酸盐石墨与9Cr18Mo不锈钢配副的摩擦磨损性能研究

针对航空发动机石墨密封常用的摩擦副浸渍磷酸盐石墨(M234Ao)和9Cr18Mo不锈钢材料,在UMT-TriboLab试验机上进行球-盘、销-盘接触摩擦试验,研究其低速轻载、高速重载工况以及干摩擦、油润滑下的摩擦磨损性能,利用接触式形貌仪、金相显微镜等对摩擦副表面进行观察分析,并分析其磨损机制。结果表明：在油润滑及面-面接触下的摩擦因数和磨损率明显低于干摩擦和点-面接触下;添加油介质可以降低界面摩擦剧烈程度,抑制金属氧化以及降低摩擦因数,特别是在高速重载工况下;M234Ao和9Cr18Mo配副间的磨损机制以磨粒磨损和黏着磨损为主,伴随有犁沟、微裂纹及擦伤现象。     

铜合金镶嵌石墨材料的摩擦磨损性能

将硬度和强度不同的2种石墨分别镶嵌于Cu-15Ni-8Sn合金基体上,然后将Cu-15Ni-8Sn合金镶嵌石墨材料与05Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢组成摩擦副,研究了不同载荷(490,980,1470N)和润滑条件(干摩擦与湿摩擦)下该材料的摩擦磨损性能.结果表明:干摩擦条件下该材料的摩擦因数随载荷的增大基本呈增大趋势,且镶嵌较高硬度和强度石墨时材料的干摩擦因数小于镶嵌较低硬度和强度石墨时材料的;湿摩擦条件下,镶嵌较高硬度和强度时石墨材料的摩擦因数随载荷的增大而增大,且与干摩擦条件下的相当;随着载荷的增大,在干摩擦和湿摩擦条件下的磨损量均呈增大趋势;干摩擦条件下石墨的磨损机制以磨粒磨损为主,并伴有疲劳磨损,而湿摩擦条件下的磨损机制以磨粒磨损和冲刷磨损为主.     

不同条件下SA533Gr.B合金钢与石墨摩擦副的摩擦磨损性能

分别将石墨化度和抗压强度不同的2种石墨与SA533 Gr.B合金钢组成摩擦副，用环块摩擦试验机测试不同润滑方式下的摩擦磨损性能，对磨损形貌进行观察。结果表明：在干摩擦稳定阶段，合金钢与石墨化度高且抗压强度低的石墨配副时摩擦副的摩擦因数大于与石墨化度低且抗压强度高的石墨配副，同时石墨化度低且抗压强度高的石墨的磨损率较低；在硼酸溶液中湿摩擦条件下，合金钢与不同石墨配副时摩擦副的摩擦因数差异不大，呈波动变化趋势，石墨的磨损率均高于干摩擦条件下；在剪切应力下，石墨化度低且抗压强度高的石墨在合金钢表面形成的转移膜较薄，且与钢基体结合紧密；石墨在干摩擦和硼酸溶液中湿摩擦条件下的磨损机制均以磨粒磨损为主。     

干摩擦条件下WC-Ni/SiC摩擦副的摩擦磨损性能研究

在MMU-10屏显式材料端面摩擦磨损试验机上采用环-环接触摩擦方式,研究了WC-Ni硬质合金与SiC陶瓷材料异配对摩擦副在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,并与WC-Ni/WC-Ni硬质合金自配对摩擦副的摩擦磨损性能进行对比.利用扫描电子显微镜与能谱仪对摩擦副的磨损表面进行了观察和分析.结果表明:在相同试验条件下,对比WC-Ni/WC-Ni硬质合金自配对摩擦副,WC-Ni/ SiC摩擦副的摩擦因数稍低点;WC-Ni/ SiC摩擦副的磨损机制主要为磨粒磨损,而WC-Ni/WC-Ni摩擦副磨损机制为粘着磨损兼氧化磨损;由于WC-Ni/WC-Ni摩擦副的磨损表面发生氧化反应和焊合效应,配对效果劣于WC-Ni/ SiC摩擦副.     

基于Abaqus的干气密封摩擦振动瞬时动态分析

为探讨干气密封环启停阶段干摩擦引起的摩擦振动对密封寿命的影响,建立双端面干气密封简化模型并进行结构网格划分,利用有限元软件Abaqus对低速下干气密封系统进行摩擦振动瞬态分析,探讨槽及槽深、静环材料及摩擦因数、不同槽形对摩擦振动的影响。结果表明:干气密封动环槽深对摩擦振动的影响不大;同一密封压力下,动环带有槽的摩擦副振动幅度要明显大于无槽情况;"硬对硬"材料的密封环配对优于"软硬"配对;相同工况下,T型槽动环的摩擦副较经典螺旋槽摩擦副表现出更好的摩擦性能。     

电流对黄铜/Al2O3弥散强化铜合金摩擦副摩擦磨损性能的影响

根据列车受电弓系统的实际工况条件,在自制的销-盘式载流摩擦磨损试验机上研究了Al2O3弥散强化铜合金销试样和黄铜（H62）盘试样摩擦副在载流条件下的滑动摩擦磨损性能,试验条件为速度20m/s、载荷0.63MPa、电流25-75A。试验结果表明,电流对黄铜/Al2O3弥散强化铜合金摩擦副的滑动干摩擦行为具有显著影响。随电流的增加,销试样的磨损率增加,摩擦因数增大,试样表层发生了磨粒磨损和粘着磨损。     

多绳摩擦提升机树脂基摩擦衬垫的摩擦学行为

采用CFT往复摩擦磨损试验机研究多绳摩擦提升机树脂基摩擦衬垫在干摩擦条件及不同载荷和滑动速度下摩擦因数的变化规律,采用扫描电镜(SEM)对摩擦衬垫试样的磨损形貌进行观察分析。试验结果表明：不同树脂基摩擦衬垫摩擦因数变化规律具有一致性,即摩擦因数随载荷与滑动速度的增加而减小;由于摩擦衬垫的成分不同,其摩擦因数的主要影响因素不同;磨损形式也由于材料的不同出现黏着磨损、疲劳磨损以及热磨损;载荷对摩擦衬垫磨损的影响比滑动速度更显著。     

热力变形下渣浆泵机械密封干摩擦磨损分析

机械密封在起停阶段或操作失误时常处于干摩擦状态,由此导致的热损伤与磨损将影响其密封性能。以某YWN8合金接触式机械密封为研究对象,建立基于硬度及磨损系数的磨损数值模型,试验测定摩擦副密封环的硬度、磨损系数、干摩擦因数,验证磨损数值模型的准确性;对机械密封磨损进行仿真模拟,研究摩擦副密封环在干摩擦运转时单力场及热力变形下的磨损深度,并用磨损理论值进行验证。结果表明：干摩擦运转时密封环端面温升较低,温度不是其失效的主要原因;热力变形后密封环内外径间隙增大,造成端面粗糙峰接触面积减小,黏着磨损较变形前呈下降趋势,导致多物理场下的磨损深度与理论值不符。     

端面摩擦磨损自动检测系统的设计

端面摩擦磨损试验可以模拟和检测面接触摩擦副的摩擦学特性。设计了端面摩擦磨损试验自动检测系统。首先在建立摩擦力和摩擦因数测量的数学模型的基础上,设计了摩擦力参数的自动检测系统,然后设计了端面试验机的智能化测控系统。使用结果表明,使用该自动检测系统的端面摩擦磨损试验机可实时检测和处理载荷、速度、温度、摩擦力和摩擦因数等参数信息,并以表格或图像曲线形式显示,有利于对试验材料的摩擦学特性变化作出实时、客观、量化的评估。     

浸酚醛树脂石墨与9Cr18不锈钢配副的摩擦磨损正交试验研究

机械密封是航空航天涡轮泵系统的核心基础元件,其密封性、可靠性和耐磨性不仅取决于密封的结构设计,而且取决于密封端面摩擦副材料的配对。为最大程度地实现密封摩擦副材料的国产化,开展国产典型石墨密封环的摩擦磨损特性研究具有重要意义。通过选取国内三大石墨生产商出品的空天领域常用典型石墨(编号分别为1~#、2~#和3~#)与9Cr18钢配副进行干磨条件下的试验测试,基于正交试验方法,通过改变线速度、端面比压和硬环表面粗糙度,使用UMT-Ⅲ摩擦磨损试验机对比分析了配对摩擦副的摩擦磨损特性。结果表明,该配对副适用于大PV值的工况条件,摩擦线速度是影响配对副综合摩擦学特性的主要因素。当材料选用1~#石墨,转速为750 r/min、端面比压为1.77 MPa、钢盘表面粗糙度Ra=0.2μm时,配对副的综合摩擦学特性最佳。     

钢背衬碳纤维织物/环氧复合材料干摩擦特性研究

研究了钢背衬碳纤维织物/环氧复合材料在环-环端面干摩擦状态下的摩擦学特性,考察了MoS2与石墨粉及其配比、衬层厚度、法向载荷对衬层干摩擦性能的影响,用扫描电子显微镜对衬层的磨损表面及对偶件45^#钢环表面进行了观察与分析。结果表明：厚度为1.5mm的试环衬层在摩擦过程中主要表现出粘结磨损特性,而含20%（质量分数）MoS2粉的0.6mm衬层表现出疲劳磨损与磨粒磨损特性。摩擦因数-时间特性曲线表明MoS2粉在降低衬层摩擦因数的同时能够抑制环氧树脂向对偶钢环表面的粘结;石墨对衬层的减摩效果优于MoS2粉,但摩擦温升引起树脂向偶件表面转移增多使得减摩效果大大降低;质量分数为33%的MoS2与石墨粉衬层表现出最佳的摩擦学性能,衬层摩擦因数具有随载荷先减小后上升的趋势。     

载流条件下铬青铜/纯铜摩擦副摩擦磨损性能研究

在自制的销盘摩擦磨损试验机上,对铬青铜/纯铜摩擦副进行载流条件下的干滑动模拟试验,研究了电流、速度、载荷对铬青铜/纯铜摩擦磨损性能的影响规律。试验结果表明:电流是影响摩擦副摩擦磨损性能最显著的因素,摩擦因数和磨损率都随着电流的增大而增大;速度和载荷对摩擦因数和磨损率也有显著影响;电流的存在,摩擦副间产生了比无电流时更严重的粘着磨损和塑性变形,同时增加了电化学腐蚀,使磨损更加严重。     

高载荷条件下石墨-石墨摩擦副的摩擦学特性研究

利用研制的高载荷条件下摩擦因数测试装置,研究了石墨/石墨摩擦副在空气、水和油介质中的摩擦学特性。结果表明在4~15MPa范围内,随着载荷的增加,摩擦副在空气、水和油介质中的摩擦因数都逐渐降低;在油介质中摩擦副的摩擦因数最小,在水介质中摩擦因数变化最平稳,在空气中摩擦因数最大,且随载荷的增加变化幅度最大。磨损表面原始形貌对比分析表明,在空气中,摩擦副表面处于边界润滑状态,主要磨损机制是粘着磨损和犁削;水润滑条件下为轻微犁削;油润滑条件下,摩擦副表面处于为边界润滑和流体润滑状态,油中的减摩剂对试样表面有抛光作用。