常用碳基固体润滑薄膜的研究现状与展望

首先从碳基固体润滑薄膜的应用需求与成本效益出发,探讨了研究碳基固体润滑薄膜的迫切要求和重要意义,然后对类金刚石(DLC)薄膜、类富勒烯(FLC)薄膜及石墨烯薄膜三类最常用的碳基固体润滑薄膜的研究现状进行了较详细的介绍。其中,重点介绍了DLC薄膜的三种减摩抗磨机理,探讨了掺杂元素改性对DLC薄膜硬度、摩擦系数和磨损率等多个方面的影响,并指出外部因素(基体材料、过渡层和应用环境等)对DLC薄膜性能的重要作用。探讨了掺氢、掺氟和掺氮对FLC薄膜构性转变和摩擦学性能的影响。总体来说,氟掺杂导致FLC结构变化,并显著改变薄膜硬度;掺氮会诱导类富勒烯微结构的增加;掺氢FLC薄膜热处理后可达到超润滑状态。总结了石墨烯薄膜制备工艺的发展、石墨烯基复合薄膜的摩擦学性能和石墨烯薄膜在不同基体材料的应用。最后,指出了碳基润滑薄膜领域亟待解决的关键难题,并对未来的研究方向做出了预测。     

Mo/MoS2-Pb-PbS复合薄膜的真空摩擦学行为研究

多组元复合是提高润滑薄膜苛刻工况下服役性能的有效方法。采用“射频磁控溅射+低温离子渗硫”复合工艺,在9Cr18轴承钢表面制备了Mo/MoS2-Pb-PbS复合固体润滑薄膜;利用自主研制的MSTS-1型多功能真空摩擦磨损试验机研究了8×10-5 Pa真空条件下法向载荷和滑动速率对Mo/MoS2-Pb-PbS复合薄膜摩擦学性能的影响。结果表明,在所设定的5种滑动速率下,Mo/MoS2-Pb-PbS薄膜的摩擦因数随滑动速率的增大而缓慢减小,磨损率经一定周次的跑合后逐渐趋于稳定;在不同的法向载荷下,随着载荷的增大,薄膜的摩擦因数呈近似抛物线增大,变化范围在0.03～0.24之间;薄膜表面的磨痕宽度同样随着载荷的增大而增大。     

关节轴承自润滑材料摩擦学性能及轴承寿命预测研究现状

自润滑关节轴承由于具有结构简单、承载能力强、适应温度范围广、在服役过程中无需添加润滑剂等特点,被广泛应用在航空航天、水利电力、军工机械等行业.与此同时,高端、精密、大型装备的发展对自润滑关节轴承的摩擦学性能、使用寿命和可靠性提出了更高的要求.自润滑关节轴承所使用的自润滑材料性能直接决定了轴承的寿命和性能水平,因此开展对自润滑材料性能的研究成为提高自润滑关节轴承质量和延长其寿命的关键.目前,自润滑衬垫材料大致分为三种,即金属背衬层状复合材料、聚合物及其填充复合材料和PTFE纤维织物复合材料.自润滑衬垫材料的摩擦学性能、衬垫粘结前的处理方式、粘结方式、编织纹路等因素影响着自润滑关节轴承的使用性能.因此,国内外研究者们选择合适的纤维、纳米金属颗粒和PTFE进行复合,大幅改善了自润滑材料的摩擦学性能;同时对衬垫材料的编织结构、捻制方式以及与轴承的粘结方式进行优化研究.为进一步探究衬垫材料的磨损失效机理,国内外研究者通过轴承磨损试验和有限元仿真相结合的方法研究轴承服役过程中的磨损机理、磨损失效规律和静态接触等问题.研究发现,固体润滑转移膜的持续形成能力是自润滑衬垫材料润滑性能和耐磨性能的决定因素.自润滑关节轴承在服役过程中的磨损形式主要为黏着磨损、磨粒磨损,并伴随一定程度的疲劳磨损.为进行自润滑关节轴承的寿命预测和可靠性分析,国内外研究者们通过研制轴承寿命试验平台,以磨损量为反映关节轴承磨损寿命的主要物理量,建立了大量的磨损寿命分布函数,同时,推导出一系列考虑轴承自身结构特点、润滑方式和工况条件的寿命预测公式并进行可靠性分析.本文以自润滑关节轴承常用的PTFE纤维织物衬垫材料作为主要讨论对象,综述了衬垫材料的组分、编织结构、粘结性能对其摩擦磨损行为的影响;讨论了衬垫型自润滑关节轴承服役过程中的转移膜形成机理及摩擦磨损行为,以及自润滑关节轴承寿命研究方法及试验平台的研制情况;通过对现有自润滑关节轴承寿命评估和可靠性研究现状分析,指出国内建立自润滑关节轴承寿命评估相应标准和试验规范的迫切性,以及对自润滑关节轴承可靠性研究的必要性.     

自润滑关节轴承寿命试验及损伤失效机理研究现状

自润滑关节轴承具有结构简单紧凑、免维护、无需添加润滑剂等诸多优点,现已成为航空航天装备和工业设备中广泛应用的一种重要基础运动部件.目前,包括美、法、德、英等在内的多个航空航天工业发达国家很早就对自润滑关节轴承进行了全面的研究工作,并形成了完整的关节轴承标准体系.而国内对自润滑关节轴承的研究起步晚,自润滑关节轴承在高精尖工业领域中的应用研究技术趋近于空白,尤其是在关节轴承的服役寿命预测和失效机理探究等基础性研究上十分薄弱.近年来,随着高精尖领域对自润滑关节轴承服役性能及寿命的要求不断提高,自润滑关节轴承寿命演变规律及其损伤失效机理的研究受到高度重视.研究人员发现自润滑衬垫/涂层的磨损失效是引起自润滑关节轴承失效的最主要原因,在服役过程中经常面临着重载、高频、高低温循环、强氧化、强辐射等异常恶劣的工况,其损伤失效机理是否发生了改变以及如何改进轴承寿命预测模型以提高寿命预测的精度成了当今的研究热点.目前,相关研究人员分别以摆动频率和载荷为加速应力设计了加速寿命试验,提升了自润滑关节轴承寿命试验效率,并且以Weibull分布中的参数变化作为判定关节轴承失效机理变化的依据,极大地加强了关节轴承寿命预测模型的准确性.同时,国内外学者针对衬垫型和部分涂层型自润滑关节轴承的失效机理展开了研究,揭示了衬垫型自润滑关节轴承摩擦副表面在不同工况下的成膜机理和磨损失效机理,并且发现利用超声波、化学溶液等表面改性方法能够在一定程度上改进衬垫的摩擦学性能,提高其服役寿命.本文首先总结了自润滑关节轴承寿命试验的研究现状,主要对关节轴承寿命试验的设备、标准和方法展开论述.然后,重点分析了自润滑关节轴承损伤失效机理,其中对自润滑关节轴承的失效形式及失效判定准则进行了简要介绍,着重分析比较了自润滑材料性能、摩擦表面加工质量、服役工况等影响自润滑关节轴承损伤失效的主要因素.最后,对自润滑关节轴承寿命试验及失效机理的重点研究方向进行了展望.