表面织构形状对牙轮钻头轴承摩擦学性能影响的实验研究

牙轮钻头滑动轴承作为钻头破岩过程中传递载荷的关键部件,在低速重载的钻井过程中易发生黏着磨损失效。为改善牙轮钻头滑动轴承的耐磨性能,利用纳秒激光雕刻技术,在牙轮钻头滑动轴承轴颈表面加工了面积比为10%、深度为20μm的圆形、矩形、三角形及复合织构;基于赫兹相似理论,设计近似模拟钻头轴承工况的环-块配对副单元实验方案,并在UMT摩擦试验机上开展织构形状对钻头滑动轴承摩擦副摩擦因数、磨损量、温升变化和微观形貌影响规律的实验研究。结果表明:仿生织构的形状及布置方式对减摩和耐磨效果影响极大,其中圆形、矩形织构的减摩和耐磨性能最优,其次为三角形织构,而复合织构反而增大了摩擦因数及磨损量;单一织构对试件磨损量及温升的影响不大,而复合织构在增加摩擦的同时温度有明显升高,不利于井下高温环境下延长牙轮钻头寿命。     

摩擦变形量对异种金属摩擦焊组织和性能影响研究

针对摩擦变形量对异种金属的焊接质量影响情况认识不充分这一问题,开展了摩擦变形量对焊缝组织及力学性能影响规律的研究。基于微观组织、显微硬度和力学性能的对比分析,对调质态42CrMo与正火态36Mn2V管材不同摩擦变形量的连续驱动摩擦焊进行了研究,为其在工程应用提供理论依据。     

稀土含量对Ti6Al4V钛合金等离子渗氮层组织和摩擦学性能的影响

目的研究稀土含量对Ti6Al4V钛合金表面等离子体渗氮层结构和性能的影响。方法运用等离子表面改性技术对Ti6Al4V(TC4)钛合金进行等离子渗氮处理,渗氮过程中通入不同含量的稀土作为催渗剂,以获得钛合金表面强化层。利用金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察渗氮层组织,用X射线衍射仪(XRD)分析渗层相组成,用能谱仪(EDS)检测渗层的化学成分,用维氏显微硬度计测量渗层的显微硬度,用球-盘式摩擦磨损试验机和三维轮廓仪检测渗层的摩擦磨损性能。结果TC4钛合金表面等离子渗氮层结构包括表面化合物层(主要成分为δ-TiN)和扩散层(主要为N原子扩散形成的N-Ti固溶体),加入稀土可以促进N原子向基体的扩散,提高渗氮速度。渗层厚度增加,硬度和耐磨性能提高,扩散层使钛合金基体与化合物层之间的硬度梯度更加平缓。当稀土通入速率为60 mL/min时,渗层厚度可达155μm,表面硬度为1275HV0.05,摩擦系数降到0.27,磨损率明显降低。结论钛合金等离子渗氮过程中加入稀土可以有效提高渗速,改善渗氮层硬度,提高材料表面的耐磨性能。     

Microstructural evaluation and tribological properties of underwater friction stir processed CP-copper and its alloy

Underwater friction stir processing was performed on commercially pure copper with a purity of 99.8% and a copper-zinc alloy (brass). The tool was made of tungsten carbide in the threaded cone form. Friction stir processing was performed at a tool rotational speed of 1800 r/min and a tool transverse speed of 4 mm/min while the samples were immersed in a water tank with a water circulation system. In order to evaluate the effect of the number of process passes on the microstructure and mechanical properties of the samples, this process was continued for up to 6 passes. Microscopic studies using light microscopy on commercially pure copper samples show significant decrease in grain size. Likewise, the hardness of the cross-sectional area shows an increase more than the base metal. The X-ray diffraction pattern of the underwater friction stir processed samples in comparison to that of the base metal exhibits shorter and wider peaks, while the background of the pattern is increased. The sum of these factors represents the formation of an amorphous/ultrafine grained structure. Also, the wear behavior of the samples was investigated by means of pin-on-disk method and the results show that the friction coefficient of processed samples is decreased compared to that of the base metal. The results of wear and hardness tests show that the underwater friction stir processing can significantly improve the wear resistance and hardness of commercially pure copper and brass.     

含磷极压抗磨剂抗微点蚀性能评价和机理分析

目的 评价三种含磷极压抗磨剂的抗微点性能并分析其作用机理。方法 使用MPR模拟微点蚀试验机考察三种含磷极压抗磨剂（磷型P-1、硫磷型P-2、分散型P-3）的抗微点蚀性能。使用四球试验机、铜片腐蚀试验仪、烘箱、油膜厚度测试仪等，评价添加剂的摩擦、抗腐蚀、抗氧化性能及油膜形成能力，分析添加剂抗微点蚀性能与上述性能之间的关系。借助SEM测试分析不同添加剂的抗微点蚀机理。结果 添加P-3的润滑油GO-3的综合性能最好，GO-3具有良好的抗微点蚀性能，9 h MPR试验的辊子轨道宽度变化率为35.87%。GO-3具有良好的极压抗磨减摩性能，四球机试验测得其最大无卡咬负荷为1441.6 N，磨斑直径为0.38 mm，在试验载荷大于294 N时，其摩擦系数最低。GO-3的抗腐蚀性能良好，铜片腐蚀试验级别为1b。GO-3的氧化腐蚀性低，烘箱氧化试验中钢片评分为1分，且无油泥产生。GO-3的油膜形成能力强，60~120 ℃时弹性流体润滑油膜的厚度为371.2~153.6 nm。结论 分散型磷氮极压抗磨剂P-3化学活性适中，可以避免在摩擦表面发生严重腐蚀或剧烈摩擦化学反应，具有良好的承载、减摩、抗磨和抗微点蚀性能。     

低黏度0W-16汽油机油减摩性能研究

目的 研究低黏度0W-16机油的减摩性能。方法 选取3种减摩剂MoDTC、GMO和油酸酰胺，分别按一定比例加入到0W-16基础油中，获得单剂油样，并选取2种0W-16全配方机油（A-1油和A-2油），利用SRV-IV试验机测试润滑油样的减摩性能和极压性能，利用傅立叶红外光谱仪和油料元素光谱分析仪分析机油油样结构，并利用3D光学表面轮廓仪表征缸套块磨痕形貌。结果 对于单剂油样，0W-16基础油分别加入MoDTC、GMO和油酸酰胺后，平均摩擦系数由0.198分别减小到0.088~0.116、0.167~0.178和0.179~0.194，缸套块磨痕平均深度由3.59 mm分别减小到0.44~0.52 mm、2.11~2.24 mm和3.19~3.44 mm。对于0W-16全配方机油，在摩擦润滑试验低温区，A-1油比A-2油摩擦系数低，随着温度升高，A-1油和A-2油的摩擦系数进一步减小；摩擦润滑试验后，A-1油和A-2油的缸套块磨痕平均深度分别为0.13 mm和0.18 mm。在极压试验中，A-1油和A-2油的极压值分别为1500 N和900 N。结论 在0W-16基础油中分别加入3种减摩剂后，MoDTC的减摩和抗磨作用最好，油酸酰胺的减摩和抗磨作用最差。对于0W-16全配方机油，在摩擦润滑试验低温区，A-1油中的无灰减摩剂和MoDTC产生协同作用，表现出更低的摩擦系数；随着温度升高，A-1油和A-2油中的ZDDP与MoDTC产生协同作用，进一步降低摩擦系数。在极压试验中，A-1油中的ZDDP与其他添加剂产生协同作用，表现出更大的极压值。添加剂之间的协同作用对油品节能性能产生重要影响。     

铜包石墨对酚醛树脂基复合材料摩擦学性能的影响

目的 提高石墨与酚醛树脂的界面结合强度，改善酚醛树脂基复合材料的摩擦学性能。方法 用高温浸渗法制备铜包石墨，并制备铜包石墨-酚醛树脂基复合材料。通过摩擦磨损实验，研究铜包石墨对酚醛树脂基复合材料摩擦学性能的影响，并对比相同成分铜/石墨混合填充酚醛树脂基复合材料的摩擦学性能。通过扫描电子显微镜、能谱仪和光学显微镜对摩擦磨损表面进行分析，研究材料摩擦磨损机理。结果 石墨表面经过金属铜处理后，金属铜由分散的聚集态转变为附着态，制备的铜包石墨颗粒整体分散度高、形状好。铜包石墨-酚醛树脂基复合材料中石墨与基体界面结合紧密，保持了酚醛树脂的连续相结构，摩擦磨损表面相对平整，复合材料平均比磨损率为3.98×10^?6 mm³/(N.m)，瞬时摩擦系数波动幅度小，摩擦磨损机理以粘着磨损为主。相同成分制备的铜/石墨混合填充酚醛树脂基复合材料的界面结合度较差，摩擦磨损表面有较多裂痕，复合材料平均比磨损率为7.80×10^?6 mm³/(N.m)，瞬时摩擦系数波动幅度大，摩擦磨损机理以磨粒磨损和粘着磨损为主。结论 石墨通过表面金属铜处理，不仅能提高与基体界面结合强度，还能同时有效提高酚醛树脂基复合材料的耐磨性能和摩擦稳定性。     

Tribological and corrosion behaviors of fluorocarbon coating reinforced with sodium iron titanate platelets and whiskers

A series of sodium iron titanate (NFTO)–fluorocarbon composite coatings have been prepared with the liquid-phase blending method. The effects of two types of NFTO, NFTO platelets, and NFTO whiskers, on the tribological and corrosion behaviors of the composite coatings, are systematically studied. The results show that the addition of NFTO can significantly enhance the friction-reducing and wear resistance performances of the fluorocarbon coating. Under dry sliding, the minimum specific wear rate is 1.67 × 10⁻⁴ mm³/Nm for the platelet-filled composite coatings and 1.15 × 10⁻⁴ mm³/Nm for the whisker-filled composite coatings, respectively, showing a decrease of 83.5 and 88.6% than that of pure coating. Under a simulated seawater environment, the minimum specific wear rate is 5.44 × 10⁻⁵ mm³/Nm for the platelet-filled composite coatings and 0.84 × 10⁻⁵ mm³/Nm for the whisker-filled composite coatings, respectively, showing a decrease of 90.5 and 98.5% than that of pure coating. The morphologies of worn surfaces, wear debris, and transfer films are analyzed, and the corresponding wear resistance mechanisms are discussed. The electrochemical impedance spectroscopy certifies a remarkably improved corrosion resistance of the composite coatings which have been immersed in 3.5 wt % NaCl solution for 30 days. The composite coating reinforced with 7.5 wt % platelets shows the highest resistance of 256.3 × 10⁶ Ω·cm², approximately two orders of magnitude higher than that of pure coating. © 2020 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2020 , 137, 48936.     

多绳摩擦式提升机天轮轴瓦结构改进研究

针对宝雨山矿副井天轮在使用过程中存在异常响声和轴瓦固定螺栓损坏的问题,提出了轴瓦改进方案。通过对目前在用多绳摩擦式提升机天轮的结构、运行原理分析,将两瓣轴瓦结构改为整体轴瓦结构,增加轴瓦固定螺栓数量,改进轴瓦润滑油槽,将螺旋油槽改为纵横相交的油槽,同时增加了油槽深度,轴瓦在安装时增加了限位块。利用对天轮返厂大修的机会更换了改进后的新型轴瓦,通过1年多的使用发现,更换的新型轴瓦能够满足现场生产需要,减少了日常维护,提高了现场维护效率,为矿井的安全生产提供了有效保障。     

水煤浆管道输送摩阻损失研究

以十二醇醚为分散剂,进行了水煤浆管道输送实验研究,分析了分散剂浓度和煤浆浓度变化对煤浆摩阻损失的影响。煤浆管道输送数据分析及理论计算结果表明: 分散剂浓度越大,煤浆摩阻损失值越小; 水煤浆浓度越大,摩阻损失值越大。实验数据拟合结果表明有效黏度与平均切变率成线性关系,从理论上给出了煤浆摩阻损失的计算公式,计算值与实测值偏差不大于18%。