硬质薄膜与自润滑织物衬垫对磨的摩擦磨损性能研究

目的 提高钛合金与自润滑织物衬垫对磨的耐磨性.方法 采用多弧离子镀在TC4钛合金表面制备TiN和CrAlN硬质薄膜,利用扫描电镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪、销-盘摩擦磨损试验机、白光干涉扫描轮廓仪测试分析薄膜的形貌、结构、硬度、弹性模量、摩擦磨损性能和磨痕形貌.结果 在相同的测试条件下,TC4钛合金与自润滑织物衬垫对磨时,能更快地进入稳定摩擦阶段,且平均摩擦系数最低,仅为0.12;TiN薄膜进入稳定摩擦阶段所用时间和摩擦系数较TC4钛合金稍有增加;而CrAlN薄膜进入稳定摩擦阶段的用时最长且平均摩擦系数最大.测量摩擦磨损后自润滑织物衬垫磨痕的二维轮廓发现,当与CrAlN薄膜对磨时,自润滑织物衬垫的磨痕深度最大,但磨损率最低,这主要是软质织物衬垫的不均匀磨损引起的.进一步分析发现,所有的试验销表面均形成了转移膜,但CrAlN薄膜表面形成的转移膜最薄,从而导致其摩擦系数最大,磨损率最低.深入分析自润滑织物衬垫磨痕形貌发现,与TC4钛合金对磨的自润滑织物衬垫的磨痕表现为磨粒磨损和纤维束的破损;与TiN薄膜对磨的自润滑织物衬垫的磨痕表现为区域损失和表面不规则的凹痕;与CrAlN薄膜对磨的自润滑织物衬垫的磨痕中纤维束破损严重.结论 与自润滑织物衬垫对磨后,钛合金以及硬质薄膜表面均形成转移膜,CrAlN薄膜表面转移膜最薄,与之对磨的自润滑织物衬垫的磨损率最低.     

不锈钢与GFER及CFRPEEK在海水润滑下的摩擦磨损特性

为了寻找适合于低速大扭矩海水液压马达的各摩擦副之间的配对材料,分别以不锈钢(316L和9Cr18Mo)与玻纤环氧复合材料(GFER)及碳纤维增强聚醚醚酮(CFRPEEK)为摩擦副,利用MMU-5G屏显式高温材料端面摩擦磨损试验机对摩擦副在海水中接触表面的温度、摩擦因数和摩擦磨损状况进行了测试,并通过激光共聚焦显微镜对接触表面的磨损形貌进行分析。结果表明:不锈钢/GFER的摩擦因数随着时间的变化在0.3~0.4间波动且幅度较大,而不锈钢/CFRPEEK的摩擦因数随着时间的增加稳定在0.1左右;不锈钢/GFER所引起海水温升的幅度也远远高于不锈钢/CFRPEEK;不锈钢/GFER的接触表面出现了大面积的涂抹与擦伤,且磨损程度要大于不锈钢/CFRPEEK;不锈钢316L的耐腐蚀性优于9Cr18Mo。由此可知,316L/CFRPEEK较适合作为低速大扭矩海水液压马达的摩擦副材料。     

圆凹坑织构对线接触摩擦副摩擦学性能的影响

根据摩擦试验中圆盘试样的旋转方向,用YLP-20型激光加工系统在圆柱销试样回转面不同区域(前端、后端、中间)加工规则分布的表面织构,利用UMT-3摩擦磨损仪进行单向旋转摩擦试验,研究表面织构分布区域对摩擦副摩擦学行为的影响。结果表明:在载荷10N、滑动速度0.003~0.628m/s时,不同分布区域的织构对摩擦副的摩擦学行为影响不同,相比无织构试样,分布于试样回转面中间部分的织构对摩擦副起到了减摩作用。这是由于中间织构通过形成局部流体动压润滑作用提高了摩擦副的承载能力,降低了接触表面的摩擦因数,同时通过储存磨屑,减少了表面磨损。前后端织构产生的流体动压润滑效应很小,磨损严重,导致其摩擦因数高于中间织构和无织构试样的摩擦因数。     

激光加工网状微织构对不锈钢微丝摩擦磨损性能的影响

目的 研究网状微织构对316L不锈钢微丝摩擦磨损性能的影响,为提高金属橡胶的使用寿命提供参考思路.方法 利用LQL-F20A型激光打标机在直径为0.4 mm的316L不锈钢微丝表面加工不同深度和间距的网状微织构,采用Leica-DM6A显微系统测量织构深度和宽度.用往复式小行程微动摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验,测量和记录不同载荷下不锈钢微丝表面摩擦因数和磨损深度.用扫描电子显微镜观察并对比分析不锈钢微丝摩擦磨损前后的表面形貌.结果相同试验条件下,网状织构化试件与无织构试件相比,摩擦因数和磨损深度分别降低了28％和72％.织构深度为25μm试件与深度为11μm试件相比,摩擦因数和磨损深度分别降低了11％和14％;不同织构间距的试件,表面摩擦因数十分接近,磨损深度相差也不大.不同载荷作用下试件表面摩擦因数变化不大,但磨损深度随载荷的增大而增大.结论 对不锈钢微丝表面进行网状织构化处理可以显著改善其摩擦磨损性能,微织构深度是影响不锈钢微丝耐磨性的重要因素,微织构间距与深度对不锈钢微丝摩擦磨损性能具有细微的协同影响,不锈钢微丝的磨损深度与外载荷呈正相关.     

有无电流条件下石墨自润滑铜基粉末冶金材料的摩擦磨损行为研究

以石墨自润滑铜基粉末冶金材料/铬青铜和纯铜基粉末冶金材料/铬青铜为摩擦副,采用销-盘式载流高速摩擦磨损试验机对材料的摩擦学特性进行研究.结果表明,材料的磨损率随滑动速度的增大而减小,电流对摩擦副的摩擦学特性有显著的影响;相同条件下,石墨自润滑铜基粉末冶金材料/铬青铜摩擦副的摩擦系数和磨损率都明显小于纯铜基粉末冶金材料.无电流条件下,摩擦面上出现了明显的粘着痕迹,摩擦副的摩擦磨损机理主要为粘着磨损;在电场作用下,摩擦表面产生熔融孔洞和犁沟现象,磨损机理主要为电气磨损和磨粒磨损.     

表面织构-等离子氮化复合处理316不锈钢的液体润滑摩擦学性能

针对316不锈钢表面承载能力低、耐磨性差等问题,采用磨料水射流对316不锈钢进行喷丸处理获得表面凹槽织构,再对表面织构316不锈钢进行了等离子渗氮二次处理,获得了表面织构-离子氮化表面复合改性层。利用SEM、EDS、超景深形貌系统和摩擦磨损仪分析了316不锈钢基体(316SS)、渗氮316不锈钢(PN-316SS)、织构化316不锈钢(ST-316SS)、织构-渗氮316不锈钢(ST-PN-316SS)在液体润滑条件下与Si3N4陶瓷球配副对磨的摩擦学行为。结果表明:在整个滑动过程中,4种试样表现出不同的磨损机理,从磨损量、摩擦因数以及磨损表面特点来看,ST-PN-316SS耐磨性优于其它单一表面改性试样的耐磨性,起到了降低磨损、连续提供润滑的作用,其磨损机理主要为轻微的塑性变形与氧化磨损。     

2Cr13钢的表面气体渗氮处理

用光学金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射(XRD)仪及显微硬度计对经气体渗氮处理的2Cr13钢试样进行了组织结构分析,并利用销-盘摩擦磨损试验机对渗氮的盘与未渗氮销摩擦副进行摩擦磨损试验.结果表明,520℃×20 h渗氮可使2Cr13马氏体不锈钢的渗氮层深度达到165 μm,处理后试样的显微硬度约为处理前的2.5倍.处理后试样的耐磨性能得到了较大的提高,渗氮盘试样的磨损表面未出现裂纹,而未渗氮销的磨损表面存在严重的裂纹.     

WC-(W,Cr)_2C-Ni/Ag复合涂层的制备及摩擦学性能

针对众多运动部件存在严重的摩擦磨损问题,使用大气等离子喷涂(APS)设备在1Cr18Ni9Ti不锈钢金属基材上喷涂制备WC-(W,Cr)2C-Ni和WC-(W,Cr)2C-Ni/Ag两种防护涂层,使用CSM摩擦磨损试验机考察两种涂层在室温下与Si3N4球配副时的滑动摩擦磨损性能。结果表明:Ag相的添加可明显降低涂层在干摩擦条件下的摩擦因数,并能减轻涂层的磨损程度;APS制备的WC-(W,Cr)2C-Ni/Ag复合涂层不仅具有优良的自润滑性能,而且具有极佳的耐磨性能,有望作为一种新型耐磨自润滑涂层材料。     

表面织构-离子氮化复合处理改善316不锈钢的摩擦学性能

针对奥氏体不锈钢表面硬度低、摩擦因数大、耐磨性差等问题,对316不锈钢进行电化学处理获得表面织构,再对获得表面织构的试样进行离子氮化处理。在干摩擦和脂润滑条件下研究了316不锈钢基材和复合处理试样与GCr15钢球和Si3N4陶瓷球配副的摩擦学行为。结果表明:复合处理后试样表层主要由ε相、γ′相和CrN相组成,表面硬度为1 048HV0.1;在干摩擦条件下,表面织构未被完全破坏,在摩擦过程中起到了捕捉磨屑、降低磨损的作用;在脂润滑条件下,表面织构起到了储存油脂提供二次润滑源的作用。与两种摩擦配副在两种测试条件下,复合处理试样的磨损失重量均远低于316不锈钢基体。     

表面织构对金属-聚甲醛材料摩擦副磨损行为与机理的影响

目的研究表面织构对金属-聚甲醛(POM)摩擦副磨损行为和机理的影响。方法通过光刻-电解的方法加工出带有不同参数凹坑的不锈钢试样与聚甲醛(POM)材料配副,在万能摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损实验,以评价其摩擦学性能。利用光学显微镜、三维形貌仪和SEM对磨损后的表面形貌以及磨屑形态进行观察分析。结果凹坑深度为5μm、面积率为10%时,减磨效果最明显,磨损率相比无织构试样下降了36.2%。凹坑深度为10μm时,表面织构的引入起到了增大磨损的效果。结论合适参数的表面织构能够有效减小大面积的材料粘着转移现象,对摩擦副具有良好的减磨效果。不恰当的表面织构参数会在凹坑边缘引发严重的应力集中现象,导致不锈钢试样对软材料微切削作用产生,这也是材料磨损率急剧增大的原因。     

聚酰亚胺基自润滑材料与WS2-Ag固体润滑膜的相容性

为研究聚酰亚胺基新型润滑材料与钢表面固体润滑膜的相容性,采用离子束辅助沉积技术在 9Cr18 轴承钢材料上制备掺杂 Ag 的 WS₂ 固体润滑膜,并在摩擦磨损试验机(MS-T3000)上进行聚酰亚胺基自润滑保持架材料做成的球面销(简称:PI 基销)与 9Cr18 钢,以及 PI 基销与 WS2 -Ag 膜的摩擦试验。 通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、光学显微镜、激光共聚焦显微镜及红外光谱仪检测 WS₂ -Ag 固体润滑膜与 PI 基销的表面和磨痕形貌、成分和官能团。 结果显示:摩擦磨损后,WS₂ -Ag 膜与 PI 基材料均未发生化学反应,各自保持固有的润滑性能,并表现出了良好的相容性。     

激光织构化不同材料表面对润湿性能的影响

采用激光微织构加工技术分别在SAF2507双相不锈钢和碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)表面制备不同形状、面积占有率的微织构凹坑，通过润湿性试验分析时间、液滴体积、微织构形状与面积占有率、液滴种类对润湿性的影响。结果表明：液滴润湿材料表面过程中，固液接触角先随时间迅速减小，后保持在一个较为稳定的值；使用体积较大的液滴测量接触角时，液滴铺展的速度减缓，接触角的测量值变小；CF/PEEK表面的接触角随微织构面积占有率的增大而减小，SAF2507表面的接触角随微织构面积占有率的增大而增大；微织构面积占有率相同的表面，方柱形微织构表面的接触角小于圆柱形微织构表面，润湿效果更好；天然海水在光滑和织构表面的接触角均小于蒸馏水。     

316不锈钢摩擦磨损性能研究

以316不锈钢为研究对象,采用火花直读光谱仪检测316不锈钢的基本成分,利用高温真空硬度计对316不锈钢不同温度下的维氏硬度进行测试与分析,采用金相显微镜对316不锈钢的组织结构进行分析。分别以GCr15钢、440C钢、316不锈钢、304不锈钢球为摩擦副,与316不锈钢圆盘在万能摩擦磨损试验机上进行球盘摩擦实验。结果表明:干摩擦条件下,316不锈钢的表面耐磨性能优于304不锈钢,弱于GCr15钢与440C钢。316不锈钢与GCr15钢的高温摩擦实验表明:316不锈钢的耐磨性能随摩擦温度的升高逐渐降低。温度的升高导致316钢组织变软,以致加剧试样与摩擦副之间的黏附黏着,导致严重磨损。     

激光表面织构微坑形貌及面积占有率对氮化气缸套摩擦学性能的影响

针对氮化气缸套由于自身存在表面应力高、易变形等使其难以满足高强化内燃机气缸套要求的问题,以氮化气缸套-PVD活塞环为研究对象,采用Nd-YAG脉冲激光器在氮化气缸套表面进行织构化处理,研究脉冲激光参数对气缸套表面微织构微坑形貌及面积占有率对摩擦副摩擦磨损性能的影响,并分析其影响机制。发现织构微坑直径随激光能量密度、脉冲次数、离焦量增加而增大,而微坑深度随能量密度、脉冲个数、离焦量的增加呈先增大后减小的趋势。不同面积占有率织构对气缸套-活塞环摩擦副均具有减摩耐磨作用,与无织构缸套摩擦副相比,微织构气缸套的摩擦因数降低10.07%～1.58%;磨损量降低26.71%～46.19%;微织构气缸套对应的活塞环试样磨损量降低10.12%～50.19%;微织构气缸套的拉缸时间提高了2.1～2.8倍。最低摩擦因数和磨损量及最佳抗拉缸性能均在面积占有率为10%的织构摩擦副获得。微织构改善气缸套摩擦副摩擦磨损性能的机制为贮存润滑油,减少摩擦副接触面积以及捕捉磨屑,减小磨粒磨损。获得了高强化条件下氮化气缸套织构化对其摩擦学性能的影响规律,可为开发高强度内燃机提供试验支持。     

表面微织构对45#钢摩擦副表面摩擦学性能影响的实验研究

目的 通过在摩擦副表面进行激光微织构加工,研究不同分布形式的微织构对摩擦副的减摩作用效果,为微织构摩擦副在实际工程应用中的设计与选用提供参考。方法 选取45#钢作为摩擦材料制备环环接触的摩擦副,通过激光微雕刻在试件表面加工一定尺寸的微织构,在油润滑条件下,利用万能摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验,并通过超景深三维显微镜观察磨损表面,研究不同微织构在油润滑方式下对摩擦副的减摩作用机理及具体影响规律。结果 带有合理分布形式微织构的摩擦副接触表面能产生明显的动压润滑效应,其中径向沟槽微织构和凹坑状微织构在稳定磨损阶段的摩擦系数明显小于光滑表面,分别能减小摩擦系数16%和11%,局部网状微织构的摩擦系数与光滑表面没有明显差异,周向沟槽微织构的摩擦系数大于光滑表面。带有径向沟槽和凹坑微织构的摩擦副相比于光滑表面,温升有所降低,而周向沟槽和局部网状微织构随着摩擦表面磨损的加剧,温升更加明显,下试件分布有微织构的摩擦副接触表面摩擦系数要明显小于上试件分布有微织构的摩擦副。磨损局部放大图中,凹坑状微织构表面产生的磨粒剥落痕迹要明显浅于光滑试件表面,说明微织构能有效存储磨损磨粒,减少二次磨损对摩擦表面的破坏。结论 表面微织构能有效改善摩擦副的润滑性能,合理选择微织构分布形式和分布位置,才能最大限度地发挥微织构的减摩效果。     

直流稳恒磁场条件下45钢的磨损性能研究

常温下,采用改进后的MPV-1500型摩擦磨损试验机,研究了直流稳恒磁场对45钢销/W18Cr4V环干滑动磨损性能的影响.结果表明:随外磁场强度的增加,试样销的磨损质量损失先降低后增加;无磁场条件下,磨损表面呈现深沟状形貌,并出现凹坑,施加磁场后,磨损表面犁沟较浅,磨面较为平坦,随磁场强度逐渐增大,磨损表面存在粘着.     

自润滑硬质合金在不锈钢薄板拉深模中的应用研究

本文对比了Cr12、YG6硬质合金和自润滑硬质合金生产的拉深模具在拉深304不锈钢件过程中的效果,并对Cr12和YG6模具的失效形式、失效原因进行了分析。结果表明Cr12和YG6合金中的Co相和304不锈钢是金属配对副,因此导致了上述两种模具的提前报废。而自润滑硬质合金中的WC硬质相具有很强的耐磨抗咬合能力,加之自润滑合金内含有的固体润滑剂六方BN可以极大地改善加工产品与模具间的润滑情况,因此使用该材质拉深304不锈钢薄板,可以大幅提高模具的使用寿命。     

缸套-活塞环织构化耦合机理及减摩性能研究

目的在工况恶劣的船舶柴油机中,运用表面织构技术提高缸套-活塞环的表面摩擦性能。方法选用实船上的两种缸套-活塞环材料M与W,加工成销盘样式,利用激光打标机在活塞环销上加工圆形凹坑织构,在缸套盘上加工沟槽织构。将未织构化缸套和活塞环与织构化缸套和活塞环互相配对,在RTEC多功能摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损试验。从摩擦系数、磨损量、磨损形貌、能谱等方面,进行光滑、单一织构与耦合织构减摩性能的对比分析。结果相比于未织构与单一织构化表面,两种材料的耦合织构均拥有最低的摩擦系数,其中M材料的减摩性能最高增强21.52%,W材料最高增强27.29%。耦合织构还拥有最低的磨损量,使M、W材料的抗磨损能力分别提高81.10%、36.14%。耦合织构能显著降低M、W材料磨损后的表面粗糙度,并提升其润滑油滞留能力。织构内部与接触面的Fe、C分布呈现区域性,在缸套表面磨痕处发现少量Cu元素。结论沟槽与凹坑织构的耦合作用能有效增强油膜的形成与稳定能力,沟槽与凹坑织构可储存磨屑,提升磨屑捕集效率,防止磨屑持续划伤表面。缸套材料中的Cu与耦合织构协同作用,吸附在表面磨痕处,形成软膜,提高承载能力,降低磨损与粗糙度。