微坑分布位置对复合润滑结构缸套摩擦磨损性能的影响规律

采用电火花加工方法在FeNi合金镀铁缸套试样表面的止点、中点、全程位置刻蚀微坑织构,采用球磨法对微坑填充固体润滑剂MoS_2以制备复合润滑结构缸套。采用对置往复式摩擦磨损试验机,研究微坑分布位置对复合润滑结构缸套摩擦磨损性能的影响规律。采用SEM和EDS研究配副的磨损形貌。结果表明:复合润滑结构缸套能提高承载性能、降低摩擦因数,但不一定都能提高缸套的磨损性能和抗拉缸性能。唯有微坑分布在止点的复合润滑结构缸套相比未处理缸套,表现出良好的减摩耐磨和抗拉缸性能,摩擦因数降低了4.97%~6.26%,对磨环磨损量减少了58.3%,拉缸时间延长了10倍。随着往复运动的进行,微坑中的MoS_2逐渐向缸套表面转移,改善了止点区域的润滑性能,良好保护了摩擦界面。     

脂润滑条件下PTFE/GCr15激光织构表面滑动摩擦性能研究

目的 研究PTFE薄膜与激光织构化GCr15轴承钢配副在脂润滑条件下的摩擦学性能,探究微织构面积占有率和工况参数对摩擦学行为的影响规律。方法 采用二极管泵浦声光调Q Nd∶YAG激光器对下试样进行表面织构加工,在Rtec MFT-5000多功能摩擦磨损试验机上进行往复摩擦学试验,其中上试样为粘结PTFE薄膜的圆柱销,下试样为进行激光织构化的GCr15轴承钢滑块。结果 脂润滑介质下,PTFE与微织构表面耦合摩擦系数最低。在前期磨合阶段,不同微织构面积占有率的表面摩擦系数均有小幅度上升;试验中期,不同微织构面积占有率的表面摩擦系数区分度逐渐变大。当微织构面积占有率由10%上升为40%时,摩擦系数先减小后增大,且微织构面积占有率为20%时,表面摩擦系数最小,仅为0.032。脂润滑条件下,三种不同微织构面积占有率的试样随着载荷由20 N增加至100 N时,摩擦系数均出现下降趋势,且趋势逐渐趋缓。在低频率阶段的摩擦系数较大,高频率阶段摩擦系数较小。结论 脂润滑条件下,PTFE与微织构耦合是一种有效的复合减摩手段。随着织构面积占有率的提升,表面摩擦系数先减小后增大,随着载荷的增大,表面摩擦系数迅速下降;随着往复运动频率的增大,表面摩擦系数先上升再缓慢下降。当面积占有率为20%时,能获得较好的摩擦润滑性能。     

表面微织构化石墨涂层对铝合金表面的协同减摩机理研究

目的 研究微织构和固体润滑涂层对铝合金表面减摩、抗磨性能的协同作用效果,为铝合金内燃机活塞外圆表面的减摩、抗磨设计提供参考。方法 采用脉冲Nd:YAG激光器在试件表面加工出具有规则形貌的正方形凹坑阵列,利用热喷涂工艺在微织构化基体表面喷覆固体石墨涂层,在乏油条件下,利用HSR-2M型高速往复摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验,采用扫描电子显微镜和超景深显微系统对试样磨损表面进行了分析,研究微织构几何参数、相对滑动速度、涂层特性对摩擦副表面减摩、抗磨作用的协同机理及影响规律。结果 在乏油润滑条件下,仅覆盖石墨涂层的摩擦副表面,摩擦系数较光滑表面降低了44%。经微织构修饰的摩擦副表面,其摩擦系数明显小于光滑表面,其中微织构所占面密度为8.2%时摩擦系数最低,相对于光滑表面降低了67.4%。当在微织构和石墨涂层的协同作用下,摩擦系数进一步降低至0.07,且铝合金基底表面未见明显磨损,此外较高的滑动速度有利于摩擦系数的进一步降低。结论 微织构和石墨涂层的协同作用下,能有效改善乏油工况下铝合金表面的摩擦学性能,合理的几何参数可以更有效地发挥减摩和抗磨效果。     

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。     

化学织构化45#钢表面涂覆MoS2薄膜的摩擦学性能

目的提高干摩擦条件下45~#钢表面的减摩耐磨性能。方法采用FeCl_3与HCl混合刻蚀液对45~#钢表面进行化学织构化处理,并在织构表面涂覆MoS_2形成复合润滑薄膜。通过摩擦磨损实验,评价了表面织构以及复合润滑薄膜的减摩耐磨特性,并通过扫描电子显微镜对磨痕进行分析。结果进行化学织构化处理后,45~#钢表面形成了均匀的微坑结构及由点蚀产生的孔洞结构,表面粗糙度Ra上升到了0.89μm,与未刻蚀的样品相比,刻蚀后表面的摩擦系数降低了23%,其摩擦过程也更稳定。这可能是由于刻蚀后产生的微坑与点蚀孔洞结构能够捕获磨屑,减少磨粒磨损。在经化学刻蚀后的织构表面上构筑了MoS_2薄膜,与未刻蚀的样品相比,这种表面的摩擦系数得到了极大的降低,能达到0.1左右,其耐磨寿命也得到了极大的延长,磨痕宽度也有了明显的降低。其主要原因可能是由于刻蚀后产生的微坑与点蚀孔洞结构存储的固体润滑剂,在摩擦过程中由对偶件带入摩擦区域进行了有效润滑。结论化学刻蚀形成的表面织构能够在一定程度上提高45#钢表面的摩擦学性能,涂覆MoS_2形成的复合润滑膜能够极大地降低45#钢表面的摩擦系数并大大延长其耐磨寿命。     

表面织构化DLC涂层在脂润滑下的摩擦学性能研究

目的 研究表面织构与类金刚石薄膜(DLC)的复合处理方法,提高在GCr15钢盘表面在全氟聚醚(PFPE)润滑脂润滑下的摩擦学性能.方法 设计了四种表面织构与两种厚度的DLC涂层相结合,采用两种加工方法(在织构表面镀上DLC涂层,在DLC涂层上加工织构),对GCr15金属盘表面进行处理.选用全氟聚醚润滑脂作为润滑介质,通过球-盘摩擦磨损实验,评价了在织构化和DLC涂层协同处理下,GCr15金属盘表面的摩擦学性能,并通过光学显微镜对磨痕形貌进行分析.结果 在四种织构表面中,微纹织构的减摩抗磨性能最好,与DLC膜的协同效果最好,在设定的实验条件下,得到的摩擦系数为0.1186,球斑直径为159.68μm.DLC镀膜处理的试样中,3μm厚的DLC膜试样在实验中的减摩性能较好,摩擦系数较低,但是磨斑尺寸较大,约为508.86μm.在织构上镀DLC膜的复合处理方法,对于摩擦学性能改善不明显.在DLC薄膜上加工微纹织构的表面,表面织构化和DLC镀膜的耦合性能好,尤其在3μm厚DLC膜上加工微纹织构的试样,实验得到的摩擦系数仅为0.09946,磨斑尺寸为192.22μm.结论 DLC涂层上加工微纹织构的复合处理方法,结合了微纹织构的储油特性和DLC的减摩特性,两种处理方法产生了正向协同作用,得到具有较好减摩和抗磨性能的摩擦表面.     

考虑粗糙度的水润滑复合微织构推力轴承性能分析

目的 改善摩擦副润滑性能,研究考虑表面粗糙度时复合微织构参数对推力轴承性能的影响,同时通过实验进一步说明复合微织构的减摩作用机理。方法 建立表面粗糙度模型、复合微织构的水膜厚度方程和推力轴承的广义雷诺方程,研究不同复合微织构形状和排列方式推力轴承的性能。通过摩擦磨损实验验证复合微织构形状对轴承润滑性能的影响。结果 复合微织构有效改善了摩擦副的摩擦学性能,在15种复合微织构和2种单一织构中,复合微织构的承载性能均优于单一鱼形和圆形织构,圆形复合鱼形微织构具有较好的润滑性能;当不同微织构沿周向排列时获得了较好的润滑参数,相较于径向排列,其承载力提升了45.45%;考虑表面粗糙度时,轴承的润滑性能得到提高,当尺度系数为0.002 2、分维系数为2.6时,轴承获得了较好的润滑性能,相较于未考虑粗糙度时其承载力得到提高。结论 实验得出与理论相同的结论,圆形复合鱼形微织构具有较好的承载力和减摩性能,合适的复合微织构参数可以有效提高水润滑推力轴承的润滑性能,降低摩擦因数。     

表面微坑复合MoS2镍基涂层及摩擦磨损性能研究

目的 为解决硬质涂层抗磨与减摩性能难以兼顾的难题,提出并制备出具有优异减摩耐磨性能的表面微坑复合MoS2镍基涂层结构,为抗磨减摩性能统一的涂层设计提供重要依据。方法 以42CrMo轴承钢为基体,采用两种加工方法(在42CrMo轴承钢表面采用激光熔覆制备镍基涂层,在涂层表面电火花加工微坑织构)制备表面微坑复合MoS2镍基涂层,通过球-盘摩擦磨损试验(GCr15对磨球)分别测试3种载荷(2、4、6 N)下42CrMo轴承钢、42CrMo轴承钢表面镍基涂层和表面微坑复合MoS2镍基复合涂层试样的摩擦学性能,并通过先进测试技术(XRD、SEM)分析复合涂层的组织结构及磨痕微观形貌。结果 在不同载荷工况下,镍基涂层的磨损率远小于42CrMo轴承钢,表面微坑复合MoS2镍基涂层的摩擦因数和磨损率均小于镍基涂层和42CrMo轴承钢,在4 N载荷工况下,镍基-MoS2复合涂层具有最低摩擦因数,达到0.36,磨损率为7.41×10^?7 mm³/(N.m),比镍基涂层试样(26.621 0^?7 mm³/(N.m))降低了72.09%。结论 表面微坑复合MoS2镍基涂层结构中涂层与环氧树脂粘结MoS2固体润滑剂可独立高效发挥自身耐磨、减摩特性,并在不同载荷下发挥协同作用,两种方法复合处理能得到具有良好减摩耐磨性能的表面。     

表面微织构复合固体润滑材料的摩擦学性能研究进展

为提高摩擦副之间的摩擦学性能,润滑油添加剂、低摩擦表面以及表面微织构等作为改善表面摩擦学性能的手段已得到国内外研究工作者的广泛关注并取得了一定的成果,而表面微织构复合固体润滑材料技术作为一种集成了已有各种减摩手段优点的复合技术开始被研究。 文中综述了表面微织构与固体润滑材料复合的物理和化学方法;评述了表面微织构几何形状、参数和固体润滑材料种类对复合表面摩擦学性能的影响;分析了表面微织构复合固体润滑材料的减摩机制;最后指出了该复合技术目前尚待解决的问题,并对该技术下一步的发展方向和实际应用进行了展望。     

活塞环表面织构化镀层的摩擦性能研究

目的以缸套/活塞环为试验对象,研究激光织构化与固体润滑镀层的协同减摩作用。方法采用脉冲激光在活塞环表面进行微孔化处理,利用电脉冲沉积法在微孔内制备具有不同MoS_2微粒浓度的Ni-MoS_2复合镀层,通过往复式摩擦试验研究织构化表面沉积固体润滑剂对活塞环-缸套的影响机制。结果镀液中MoS_2微粒浓度对镀层的硬度和摩擦学性能影响较大,相同电流密度下,电镀液中MoS_2微粒的质量浓度为5g/L时的镀层硬度最高,该浓度下Ni-MoS_2复合镀层在干摩擦下具有最佳的摩擦系数和最低的磨损率。织构化复合镀层可以显著改善接触面间的摩擦性能,相比未织构化摩擦配副,摩擦系数降低约0.2,磨损率下降50%。结论干摩擦条件下,表面织构可以有效地储存摩擦副之间的固体润滑剂和磨粒,在接触表面形成连续润滑膜,减少磨粒磨损。     

微织构自润滑表面在油介质中的摩擦学性能

为探究不同表面处理方式对试样表面摩擦学性能的影响,分别对GCr15试样表面进行激光微织构加工,光滑表面涂抹润滑油,微织构表面填充固体润滑剂,微织构表面涂抹润滑油,微织构表面填充固体润滑剂并涂抹润滑油等不同表面处理方式,在MMW-1A摩擦磨损机上进行摩擦磨损试验。同时改变试验的载荷及转速,探究在不同转速和载荷工况下,不同表面处理方式对试样摩擦因数的影响。结果表明,在干摩擦条件下,试样表面采用微织构处理并填涂固体润滑剂可使摩擦因数较光滑表面降低47.6%;在油介质中,采用微织构处理可使摩擦因数较光滑表面降低4.8%,采用微织构处理并填充固体润滑剂可使摩擦因数较光滑表面降低17.7%。且在油介质中,采用织构化处理和固体润滑结合的表面处理方法,试样摩擦因数随载荷增大而减少且逐渐趋于稳定,但随转速增大而增大。     

缸套内表面网纹对活塞环润滑性能影响研究

以流体润滑为基础，结合Reynolds方程和微凸体模型在考虑润滑油变黏度等因素条件下，建立活塞环-气缸套三维瞬态流体动压润滑模型。采用有限差分法结合MATLAB语言环境编制瞬态流体动压润滑程序并进行仿真计算，研究缸套内表面网纹对活塞环-缸套润滑摩擦性能的影响。结果表明：采用较大综合粗糙度或者交叉型网纹的缸套时，最小油膜厚度值增大、流体摩擦力和摩擦热流量减小，这对于提高润滑性能、减小活塞环与缸套间的摩擦损失有着重要的作用     

局部凹坑织构化径向滑动轴承流体动力润滑数值分析

目的 探究局部凹坑织构化表面对径向滑动轴承流体动力润滑的影响.方法 基于雷诺边界条件和Reynolds方程,建立凹坑织构化径向滑动轴承表面流体动力润滑理论模型,采用Gauss-Seidel松弛迭代方法数值求解,获得润滑油膜的压力分布和承载能力,分析其润滑油膜承载机制,探讨凹坑几何参数和分布规律对油膜承载力的影响规律.结果 理论模型的数值解与经典理论的数值解误差较小,能有效分析轴承的流体动压润滑特性.当偏心率较大时,摩擦力的上升幅度也变大,在轴承承载区进行凹坑织构化处理能明显减小摩擦力,并且随着凹坑深度的增大,摩擦力减小,可见凹坑起润滑减摩的作用.油膜承载力随着偏心率的增大而增大,通过凹坑织构的"楔形效应"能够改善非承载区的油膜压力,存在最佳凹坑深度使得轴承达到流体动力润滑最佳状态.摩擦力随着面积率的增大而增大,特别是在偏心率较大时,润滑减摩效果较为明显,面积率对油膜承载力影响不大.将织构布置在径向滑动轴承的不同区域,其中当织构完全在下半瓦(压降区)时,织构能明显增大油膜厚度,产生油膜压力,有效降低摩擦力,提升承载力.结论 凹坑织构能明显改善径向滑动轴承流体动力润滑性能,合理设计轴承的偏心率,合适的织构参数与分布位置,能使流体动力润滑效果最佳.     

激光微织构固体润滑表面高温摩擦学性能研究

目的 研究微织构纳米固体润滑剂及碳纳米管(CNTs)添加剂对微织构表面高温润滑性能的影响.方法 采用YLP-HP-1-100-100-100型光纤激光器在Cr4M04V高温轴承钢表面进行织构化处理,并填充二硫化钼(MoS2)-聚酰亚胺(PI)和不同碳纳米管添加含量的MoS2-PI-CNTs复合固体润滑剂.在环-盘接触的MMU-10G高温摩擦磨损试验机上进行了环境温度从室温到400℃的滑动摩擦性能试验.结果 填充含纳米MoS2的复合固体润滑剂的微织构表面的摩擦系数比填充含相同含量微米MoS2的低35％左右.微织构纳米MoS2-PI自润滑表面摩擦系数随碳纳米管含量的增加先减小后增大,当碳纳米管质量分数为6％时,其摩擦系数最小,且比无碳纳米管的低37％左右.在MoS2-PI纳米复合润滑剂中添加6％碳纳米管后,MoS2-PI-CNTs纳米复合润滑剂具有更高的使用温度和更低的摩擦系数.结论 纳米MoS2的润滑效果优于微米MoS2,碳纳米管有利于提高MoS2-PI复合固体润滑剂的耐热性能和润滑减摩性能.     

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。     

激光表面织构对铸铁摩擦磨损性能的影响

目的找出最佳的表面织构方案,将其应用在摩擦副的表面处理上,从而达到降摩减阻、节能减排的目的。方法设计了两种不同的加工面积占有率(10%和20%),三种不同形状的表面织构(圆坑、椭圆坑、沟槽),对铸铁试件进行激光表面加工,并利用环-块磨损试验机进行油润滑摩擦磨损实验。结果表面织构对铸铁材料的摩擦磨损性能有明显改善,尤其在磨损量方面。三种不同形状的表面织构相比,圆形表面织构试件的磨损量最小。两种不同面积占有率相比,面积占有率为20%的圆形微织构试件的磨损量最小,并在一定程度上减小了摩擦系数。结论在本实验研究条件下,面积占有率为20%的圆形表面织构对改善铸铁材料的摩擦磨损性能最显著。     

具有分形特征的织构表面的润滑减摩性能研究

目的利用数值模拟方法研究具有分形特征的方形织构在全膜润滑条件下的摩擦学性能。方法采用三维建模软件Solidworks建立了具有分形特征的织构表面模型,通过计算流体力学软件Fluent,详细计算分析了织构深度、尺度及相对滑动速度等参数对摩擦系数和动压承载能力的影响,并对分形织构和等面积比的规则阵列织构表面进行了对比研究。结果增加分形织构的深度能小幅度地减小表面摩擦系数,而缩小织构的尺度则可以明显降低表面的摩擦系数,织构表面的压力系数正比于织构尺度和相对滑动速度,反比于织构深度。分形织构和规则阵列织构的对比研究发现,相同面积比条件下二者的摩擦系数基本一致,而分形织构在承载能力上明显优于规则阵列织构。结论在材料表面设计具有分形特征的织构能有效地改善摩擦副表面的滑动摩擦性能,为表面减摩织构设计提供了一种新思路。