激光微织构表面脂润滑性能试验研究

采用声光调 Q 二极管泵浦固体光源（DPSS）Nd∶YAG 激光器,在45＃钢试样表面进行激光微织构加工,采用 VYKO-NT1100三维形貌分析仪对微观织构形貌进行测量。以二硫化钼润滑脂为润滑剂,在 MMW-1A 型摩擦磨损试验机上进行微织构试样和光滑试样在不同工况条件下的摩擦性能对比试验。试验结果表明,在一定条件下,面积占有率为14％的微凹腔织构表面的脂润滑性能明显优于未织构光滑表面,且随着微凹腔面积占有率的增大,摩擦因数波动范围变小;凹槽织构表面较未织构光滑表面具有更好的润滑稳定性;在脂润滑条件下,激光微织构表面较未织构光滑表面摩擦因数最大可降低26％。     

表面织构在脂润滑条件下的摩擦性能研究

采用声光调Q二极管泵浦Nd:YAG激光加工系统在H13钢表面加工出不同密度的织构,以润滑脂作为润滑剂,利用MMW-1A型微机控制万能摩擦磨损试验机考察表面织构在不同载荷、不同转速条件下的摩擦磨损特性。实验结果表明:在脂润滑条件下表面织构能有效改善摩擦副表面的摩擦性能;与光滑无织构试样相比,表面织构试样的摩擦因数显著降低;一定范围内,随着织构密度的增加,平均摩擦因数呈现出先减小后增大的趋势,且织构密度为10%时的平均摩擦因数最小,最小平均摩擦因数为0.18,较光滑无织构试样减小32.23%;摩擦因数随着试验载荷的增大而减小,但随着转速的增加呈现出先减小后增大的变化趋势。     

二硫化钼膜在不同润滑条件下的摩擦学性能分析

通过MoS2膜/钢、钢/钢摩擦副在干摩擦、油和脂润滑条件下的球-盘式摩擦学试验,对比分析润滑条件、载荷、速度对MoS2膜摩擦因数的影响。结果表明:在其他条件相同时,油和脂润滑条件下,MoS2膜在零速启动、中低速情况下的动、静摩擦因数均比MoS2干膜和钢/钢摩擦副要低;MoS2膜在干摩擦、油和脂润滑条件下,摩擦因数均随载荷增加而降低,表明法向载荷越高,MoS2膜的减摩性能越好。     

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。     

表面微织构影响点接触润滑摩擦性能的实验研究

针对球-盘高副点接触开展微织构表面摩擦学性能实验研究。采用激光工艺在试样表面上加工出具有一定形状、深度和面积比的矩形微织构,采用三维表面形貌仪测量微织构的形貌特征,在摩擦磨损实验机上进行摩擦学实验,研究往复运动模式下微织构深度、间距等参数对球-盘点接触润滑摩擦性能的影响。结果表明:较浅的微织构具有相对较小的摩擦因数;较高频率下微织构表现出较好的润滑和减摩效果;沿运动方向的微织构间距增大,摩擦因数逐渐降低,超过Hertz接触直径之后,摩擦因数变化不明显;垂直于运动方向微织构边长增大,摩擦因数呈现先减小后增大的变化趋势。     

Ag膜在干摩擦、油和脂润滑下的摩擦学性能研究

精密运转部件表面沉积一层软金属银和银基固体薄膜可以有效地降低摩擦、减小磨损。通过钢球/镀Ag膜摩擦盘在干摩擦、4122油和L252脂润滑条件下的球-盘摩擦学试验,研究Ag膜在油和脂复合润滑下的摩擦学性能,分析润滑条件、载荷、速度对Ag膜摩擦因数的影响。试验结果表明:在4 N法向载荷和油、脂润滑下,与干摩擦相比,镀Ag膜摩擦副的最大静摩擦因数分别减小了10.7%和6.1%;在0～2 000 r/min转速范围内,Ag膜摩擦因数随转速增加而减小,与干摩擦相比,油润滑下Ag膜摩擦因数减小9%～48%,脂润滑下Ag膜摩擦因数减小17%～52%。Ag膜在干摩擦、4122润滑油和L252润滑脂复合润滑下,摩擦因数均随载荷增加而降低;Ag膜摩擦副/钢球在油、脂复合润滑下启动摩擦力矩小,摩擦副在宽转速范围内摩擦因数变化小,运转平稳。     

GCr15钢微织构表面固体润滑性能研究

为研究不同表面处理方式对PTFE/GCr15钢配副表面摩擦学性能的影响,采用Nd:YAG纳秒激光器对GCr15轴承钢下试样表面进行激光织构加工,并以纳米MoS_2固体润滑剂作为润滑介质,以黏结有PTFE自润滑衬垫的圆柱销作为上试样进行对摩试验。研究发现:PTFE自润滑衬垫与微织构GCr15摩擦副在干摩擦条件下摩擦因数较低,仅为0.137,而在纳米MoS_2固体润滑剂润滑条件下,其摩擦因数进一步下降为0.123,且波动较小。通过EDS分析表明,表面微织构、聚四氟乙烯衬垫与纳米MoS_2润滑介质三者具有协同润滑减摩效应,可摩擦副表面生成一层由PTFE与纳米MoS_2材料组成的致密、平滑复合润滑膜,有效改善对摩副之间的润滑特性。研究表明,通过表面激光织构技术与固体自润滑技术(添加纳米MoS_2)的有效集成融合,可进一步改善PTFE/GCr15钢配副的润滑性能。     

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。     

超声振动对不同黏度润滑油摩擦学性能的影响

研究GCr15/45#钢摩擦副在4种不同黏度的润滑油润滑时,有和无超声振动下的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜分析磨痕表面形貌,探讨在不同黏度润滑油作用下,超声振动对润滑油摩擦学性能的影响机制。结果表明:超声振动对不同黏度润滑油摩擦学性能的影响是不同的;超声振动可以提高低黏度润滑油润滑的减摩抗磨性能,如在6#白油润滑时施加超声振动后,摩擦副间的摩擦因数和磨损体积分别减小了13.6%和17.5%;高黏度润滑油润滑时,超声振动会加剧摩擦副的摩擦磨损,如在150BS润滑时施加超声振动后,摩擦副间的摩擦因数和磨损体积分别增加了10.4%和50%。     

线接触滑——滚条件下微凹坑表面摩擦特性

线接触副在工程中广泛存在,且大多工作在弹性流体动压润滑状态下。为研究微凹坑对线接触摩擦副摩擦学性能的影响及表面三维表征参数与摩擦学特性之间的联系,采用激光微造型技术通过控制微凹坑面积占有率、凹坑深度、间距等参数加工制造4个表面粗糙度相同,且表面微凹坑面积占有率分别为7%、14%、21%、28%的圆柱形试件;然后使用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,且采用ISO25178定义的参数对三维表面形貌进行表征;并在电气化改造后的JPM-1型双盘摩擦磨损试验机上,针对不同滑滚比、不同载荷、不同转速等工况,完成一系列线接触弹流摩擦试验。结果表明,表面形貌的微观结构特性对线接触摩擦副的摩擦特性具有明显的影响,并给出表面体积参数以及特征参数与摩擦的关系;同时,在不同的工况条件及不同的滑滚比下表面结构特性对摩擦的影响效果也不同。     

The study of tribological properties of laser‐textured surface of 2024 aluminium alloy under boundary lubrication

The tribological property of aluminium alloy is critical for its reliable operation in practical applications. In this paper, the tribological performance of laser‐textured 2024 aluminium alloy is studied in unidirectional sliding tests under boundary lubrication. The dimples were produced on the aluminium alloy surface by using a pulse Nd : YAG laser. The topographical microstructures of these laser‐induced textures were characterised by optical and scanning electron microscopy. In comparison with untextured surfaces, a significant improvement in friction behaviour was observed for the textured surfaces. The influences of dimples density on the tribological properties were investigated. Two types of oil with different viscosities were evaluated as lubricants. It was found that the beneficial effects of laser surface texturing are more pronounced at higher speed and load with higher viscosity oil. The optimum dimples density of 8.5% was found to have a lower friction coefficient. On basis of the experimental results, the mechanism of friction reduction and anti‐wear is proposed. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Influence of surface topography on frictional properties of Cu surfaces under different lubrication conditions: Comparison of dry, base oil, and ZnS nanowire-based lubrication system

This work deals with the frictional properties of ductile Cu surfaces of varying morphologies under three different lubrication conditions including dry, base oil only, and nanowire+base oil. It was found that the frictional properties of base oil and nanowire-based lubrication system strongly depended on the surface topography while the friction for the dry surfaces was independent of the surface topography.     

Influence of surface topography on frictional properties of Cu surfaces under different lubrication conditions: Comparison of dry,base oil,and ZnS nanowire-based lubrication system

This work deals with the frictional properties of ductile Cu surfaces of varying morphologies under three different lubrication conditions including dry, base oil only, and nanowire+base oil. It was found that the frictional properties of base oil and nanowire-based lubrication system strongly depended on the surface topography while the friction for the dry surfaces was independent of the surface topography.     

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。     

往复运动下圆凹坑形表面织构减摩性能研究

为研究圆凹坑形表面织构在往复运动下的减摩性能,尤其是织构面积率对摩擦因数和润滑状态的影响,在UMT-Ⅲ型摩擦试验机上进行往复式摩擦试验.试验中采用的摩擦副材料为Cr12与45#钢,在45#钢上加工出面积率为2％、6％、10％的圆凹坑形织构.保持运动频率不变,在不同载荷下试验,研究织构面积率在不同载荷下的减摩性能;然后改变往复运动频率,在固定载荷下试验,采用频率参数作为速度参数计算动压参数,绘制Stribeck曲线,研究织构面积率对润滑状态的影响.结果表明:当载荷较小时,较大面积率的表面织构减摩效果较好,当载荷较大时,表面织构具有增大摩擦力的作用,即表面织构的减摩效果对载荷敏感;在较小的载荷下,面积率较大的表面织构可以在较低的运动频率下进入流体润滑状态.     

蓖麻油基含氧化石墨烯润滑脂的制备及其性能研究

以蓖麻油为基础油,以一水氢氧化锂、12-羟基硬脂酸和癸二酸为稠化剂原料,氧化石墨烯(GO)为添加剂,制备3种含GO不同质量分数的混合锂基脂,分别利用锥入度试验器、钢网分油测试仪、滴点试验器、流变仪、热重分析仪、摩擦试验机和三维形貌仪考察其理化性能和润滑性能,探讨GO对蓖麻油基润滑脂的作用机制。结果表明:含GO混合锂基脂的黏度随剪切率和温度的增加均呈非线性减小的变化趋势,但随着剪切速率和温度的升高,GO对蓖麻油基润滑脂的黏度与剪切速率关系和黏温特性影响越来越小;微量的GO能够提高混合脂的热稳定性能;混合锂基脂的平均摩擦因数随GO质量分数的增加呈先减小后增大的变化趋势,适量的GO有助于提高蓖麻油基润滑脂的减摩抗磨性能,这是因为摩擦过程中GO以片层形式进入摩擦副的接触区,能够有效地降低摩擦副表面的直接接触概率,且GO具有自润滑性能,在摩擦副界面上发挥较为有效的润滑作用。     

海水润滑赛龙材料磨损机制分析

试验研究海水润滑条件下赛龙材料的摩擦磨损性能,借助表面形貌仪、扫描电镜分析磨痕表面形貌,分析海水润滑条件下赛龙材料的磨损机制,并与干摩擦、湿润滑条件下的磨损机制进行比较。结果表明:干摩擦条件下表现为黏着磨损和磨粒磨损特征;湿润滑条件下磨损表现为微切削(磨粒磨损);海水润滑条件下的磨损中有气蚀磨损、磨粒磨损共同存在。     

Testing of Newly Developed Functional Surfaces Under Pure Sliding Conditions

The employment of surface texturing for improved tribological contacts has spread over the years. The possibilities of designing and manufacturing textured surfaces with predetermined geometries have multiplied as well as the need of performing experimental laboratory tests before applying the surfaces in an industrial context. In this paper, a number of experimental tests were performed using a novel test rig, called axial sliding test, simulating the contact of surfaces under pure sliding conditions. The aim of the experiments is to evaluate the frictional behavior of a new typology of textured surfaces, the so-called multifunctional surfaces, characterized by a plateau area able to bear loads and a deterministic pattern of lubricant pockets. Six surface typologies, namely three multifunctional and three machined using classical processes, were chosen to slide against a mirror-polished counterpart. A number of experiments were carried out at different normal pressures employing for all specimens the same reciprocating movement and the same lubrication. The measured friction forces were plotted against the incremental normal pressure, and the friction coefficients were calculated. The results comparison showed clearly how employing multifunctional surfaces can reduce friction forces up to 50 % at high normal loads compared to regularly ground or turned surfaces. Friction coefficients approximately equal to 0.12 were found for classically machined surfaces, whereas the values were 0.06 for multifunctional ones. All the specimens were characterized before and after testing. Wear occurrence was not detected on the tested surfaces except for the mirror-polished one which underwent all the experiments.