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%。     

液体椭圆孔端面泵用机械密封特性试验北大核心CSCD

为了探究液体椭圆微孔端面密封特性,通过液体密封试验考察了微孔端面密封的泄漏控制规律,对2种椭圆微孔端面和1种光滑端面开展对比研究,研究了不同压力和转速工况下泄漏率和温升的变化规律。试验结果表明:密封表面双列椭圆微孔设计在高速下可明显降低摩擦温升,转速达到15000 r/min时,最高可降低80℃;合理的反向椭圆微孔可以降低并控制密封泄漏;椭圆多孔密封端面在多转速工况时存在增加磨损的风险,通过合理的反向椭圆微孔设计可一定程度上减缓端面磨损。     

倾斜微孔密封端面气体润滑动压效应实验研究

对密封压力影响下倾斜微孔端面的气体润滑动压效应进行了实验研究,采用石墨动环和SiC静环配副实现旋转气体润滑。静环试件端面加工有与直径成一定倾斜角度的椭圆微孔,实验中对4种微孔端面的气体润滑膜厚度进行了测量,分析了密封压力和转速对气膜厚度的影响规律。结果表明:转速越高,气膜厚度越大,动压效应越强;密封压力越高,动压效应对膜厚的影响越小;双列倾斜微孔端面的动压效应优于单列倾斜微孔端面的动压效应。     

油润滑微孔SiC表面极限PV值特性试验*

为提高摩擦副材料极限PV值以避免启停等极端条件下润滑表面的剧烈磨损失效,提高零件的可靠性和使用寿命,开展油润滑微孔SiC表面极限PV值试验研究。考虑空化效应影响,分别对光滑表面、圆孔表面和椭圆微孔表面进行润滑状态分析,获得微孔试件表面的压力分布;对摩擦因数、温度和表面磨损形貌进行试验测量,获得不同载荷工况下微孔表面磨损失效的临界转速和极限PV值的变化规律。结果表明:微孔表面呈现出提高SiC摩擦副极限PV值的趋势,平均极限PV值最大提高70%以上,其中椭圆微孔最大可使摩擦副的极限PV值提高2倍以上;微孔表面的极限PV值随载荷工况的变化呈现明显的波动和不确定性。边界润滑条件下,表面微孔可能出现减摩效果,也可能出现增摩现象,试验中圆形微孔可使摩擦副的极限PV值下降超过60%。     

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。     

含石墨转移层对铜－二氧化硅／ 钢摩擦磨损行为的影响

为探讨干摩擦磨损条件下含石墨转移层对摩擦磨损性能的影响,在45#钢表面覆盖含石墨润滑层,通过干滑动磨损试验,研究含石墨润滑层对钢/铜-二氧化硅摩擦副摩擦因数、磨损量及摩擦损（亚）表面的影响。结果表明：与无石墨润滑层的45#钢相比,含石墨润滑层的45#钢的摩擦因数、磨损率明显下降,且干滑动试验后磨损表面相对光滑平整,表明含石墨摩擦层起到了减摩降磨作用,抑制了金属的直接接触。     

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。     

浸渍石墨/38CrMoAlA (喷涂)配对密封摩擦副的干摩擦性能

针对干摩擦机械密封在高速运转工况下密封端面的摩擦磨损而导致密封失效问题，通过试验分析几种典型摩擦副材料组对在干摩擦下的摩擦磨损性能。选择浸锑石墨M106D和浸树脂石墨M106K分别与38CrMoAlA以及喷涂Cr2O3、Al2O3的38CrMoAlA硬环组对，采用Plint摩擦磨损试验机，监测摩擦副在高速干摩擦条件下的摩擦因数，分析轴向载荷及线速度对摩擦因数的影响，通过白光干涉仪观测试验前后端面形貌。结果表明：干摩擦下，喷涂的硬环表面石墨转移附着较少，其更耐磨、磨损程度小，浸锑石墨较浸树脂石墨磨损少；6组配对试验主要磨损形式为磨粒磨损，其中浸锑石墨/喷涂Al2O3的38CrMoAlA摩擦副摩擦因数最小；由于石墨的自润滑性，适当增加转速和轴向载荷均有利于降低端面摩擦因数。     

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。     

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。     

激光表面微孔化改善端面密封的摩擦学性能

采用Nd:YAG脉冲激光器在T8钢表面进行微孔化处理,模拟机械端面密封的摩擦工况,利用环-盘式摩擦试验机测试其不同载荷和速度条件下的摩擦学性能。结果表明:激光微孔化的T8钢盘表面的微孔直径为200 mm,切向间距800 mm,径向间距400 mm,孔中心深度为10 mm左右;随着载荷和速度的增大,微孔结构摩擦副和光滑摩擦副的摩擦因数都呈先减小后增大的趋势,但与光滑摩擦副相比,多孔端面密封可以将最大pv提高2.5倍。微孔可作为润滑剂存储器在摩擦过程中持续给接触面间供油,同时可捕捉摩擦面间的磨损粒子减少犁沟的形成,因而激光微孔技术是一种减小磨损、增加润滑膜的使用寿命的有效方法。     

考虑粗糙度效应的微孔化机械密封摩擦副接触特性分析

针对机械密封装置在启停阶段或某些特定工况下出现高温以及摩擦磨损严重等问题，探究考虑粗糙度效应的微孔化机械密封端面接触压力及温升的变化规律，以揭示机械密封端面的真实接触状态。基于分形理论建立机械密封静环粗糙表面和动环微孔接触模型，采用数值计算方法，研究微孔对机械密封端面接触压力和温升的影响，以及表面粗糙度对机械密封端面接触面积、接触压力、温升的影响。结果表明：微凸体经过微孔时，微凸体嵌入微孔边缘使得接触压力峰值增大，导致切削发生；摩擦过程中，压力最高点位置因为微凸体的弹塑性变形而不固定，改善了微凸体的受力情况；微孔降低了密封端面的接触面积，从而使得微凸体的接触减少、压力极值点减少，降低了密封端面摩擦副的温度，改善了密封端面的磨损状况；表面粗糙度越小，接触面积越大，接触压力、端面温度更加均匀，表面粗糙度越大，端面磨损风险更加严重。     

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。     

偶件表面粗糙度对PTFE密封材料摩擦磨损性能的影响

在干摩擦和油润滑条件下,采用MRH-3型高速环块摩擦磨损试验机研究不同粗糙度的45#钢环对PTFE摩擦副摩擦磨损性能的影响,借助白光干涉仪和SEM分析不同试环粗糙度下PTFE磨损后的表面形貌,结合油缸和密封件的工况分析油缸内壁粗糙度对密封材料磨损的原因和机制。结果表明:45#钢环表面粗糙度存在一个最佳的范围,在此范围内摩擦因数均较小;在干摩擦条件下,钢环表面粗糙度过高或过低时,PTFE磨损率均比较大,在油润滑条件下,PTFE磨损率一般随钢环表面粗糙度的增大而升高;粗糙度较大时,PTFE的损伤以犁沟损伤为主。     

稀土化合物改性复合材料在油润滑下的摩擦学性能

以竹纤维为增强相,通过稀土化合物改性制备一种树脂基复合材料;采用环块式摩擦磨损实验,研究稀土化合物改性复合材料在油润滑状态下载荷、转速对试样摩擦学性能的影响,以及稀土化合物改性对复合材料试样摩擦学性能的影响;比较干摩擦状态和油润滑状态下复合材料的摩擦学性能,观察和分析试样磨损表面形貌,探讨其磨损机制。实验结果表明:油润滑条件下,稀土化合物改性复合材料的摩擦因数和磨损率都随着载荷的增大而增加;较高载荷下摩擦因数随着转速的增大先增加后减小,而磨损率则呈现逐步增加的趋势;稀土化合物的改性使竹纤维和基体界面结合更为紧密,提高摩擦因数的同时降低了磨损率;在油润滑作用下,试样磨损由干摩擦时的磨粒磨损和疲劳磨损转变成为轻微的疲劳磨损;在油润滑状态下,复合材料处于边界润滑状态,故摩擦因数和磨损率均低于干摩擦。     

Si3N4-hBN陶瓷复合材料与Fe-B合金配副的摩擦学特性研究

利用MMU-5G销-盘式端面磨损试验机考察Si3N4-hBN陶瓷复合材料与Fe-B合金配副分别在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能,分别采用扫描电子显微镜( SEM)、激光扫描显微镜(LSM)、X光电子能谱(XPS)、X射线能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)分析摩擦面及磨屑的形貌与物质组成.结果表明,hBN的加入未能有效地改善Si3N4-hBN/Fe-B合金摩擦副的摩擦学性能,干摩擦条件下,Si3N4-hBN摩擦表面微凸体与Fe-B合金中的硬质相Fe2B发生碰撞而导致脆性断裂和剥落,发生磨粒磨损,摩擦因数均高于0.9,磨损率均高于10-5 mm3/ (N·m)数量级;水润滑条件下,由于水流带走了磨屑,避免磨粒磨损的发生,为Si3N4-hBN摩擦表面发生化学抛光提供条件,化学抛光使销、盘试样的摩擦表面变得光滑,从而获得较为优异的摩擦学性能.     

水压马达仿生非光滑表面配流副摩擦磨损研究

为探寻低速大扭矩水压马达仿生非光滑表面配流副摩擦磨损性能,采用精密加工技术在碳纤维增强PEEK试样表面加工出不同形状的仿生非光滑凹坑,与316L不锈钢形成摩擦副,利用MMD-5A多功能摩擦磨损试验机在海水润滑条件下,对其在不同面积占有率下的摩擦因数、磨损率等参数进行测试,考察其凹坑面积占有率对摩擦副摩擦磨损的影响,利用OLYMPUS OLS3100激光共焦显微镜对磨损表面进行分析。研究表明:在海水润滑条件下,下试样CF/PEEK在磨擦过程中主要发生了犁沟效应和磨粒磨损,仿生非光滑表面的凹坑可以有效存储磨粒,减轻磨粒磨损,进而起到减摩效果。面积占有率为15%的圆锥形凹坑仿生非光滑表面更利于存储磨屑,因而摩擦因数最低,减磨效果最好。     

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。     

聚氨酯和聚四氟乙烯的摩擦磨损性能试验研究

为提高现代密封行业中广泛应用的新型聚氨酯(PU)和聚四氟乙烯(PTFE)的密封性能,对其润湿性和摩擦磨损性能进行对比实验,并分析不同摩擦状态下的磨损性能,讨论接触压力和转速的影响。研究表明,聚氨酯的润湿性比聚四氟乙烯好;聚氨酯的耐磨性明显高于聚四氟乙烯,在干摩擦、滴油润滑和浸油润滑的试验条件下,聚氨酯都无明显磨损。干摩擦条件下,聚四氟乙烯的磨损主要受摩擦环转速的影响;滴油润滑条件下,摩擦环转速和接触压力对聚四氟乙烯的磨损都有一定影响;浸油润滑条件下,聚四氟乙烯的磨损主要受接触压力的影响。     

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。