PCrNiMo材料摩擦磨损特性研究

采用自制的销盘式干滑动摩擦磨损试验机,研究了不同硬度炮钢材料PCrNiMo自配副时的摩擦磨损特性。研究结果表明：材料的磨损率随着速度、载荷的增加而增大,摩擦因数随着速度、载荷的增加而减小;低速低载条件下,接触表面以磨粒磨损为主,而在高速、高载条件下,接触表面以粘着磨损形式为主。     

载流摩擦过程中摩擦因数影响因素试验研究

以碳/铜载流摩擦副为研究对象,在CETR UMT-2多功能摩擦磨损试验机上,采用环/块接触方式,对载流摩擦过程中摩擦因数的影响因素进行了试验研究。结果表明:在低速条件下,载流稳态摩擦因数随法向载荷和电流的增大而增大,高速时结果相反;无电流时稳态摩擦因数随转速升高而增大,载流时则随转速升高呈先增大后减小的趋势;载流时摩擦因数开始一般都比无电流时摩擦因数小,随后逐渐增大,并超过无电流时的摩擦因数,所需时间随转速和法向载荷的增大而缩短;低速载流摩擦因数变化的关键因素可能是摩擦过程中产生的摩擦热,高速载流摩擦因素的变化则可能与微电弧对材料的烧蚀机制密切相关。     

方向性微孔对润滑状态转化的影响

基于平均流量模型和微凸体接触模型,研究混合润滑状态下织构表面的摩擦特性,通过数值求解得到Stribeck曲线,分析法向载荷、润滑油黏度、表面粗糙度、方向因子和倾斜角对摩擦因数及名义摩擦副间隙等摩擦性能参数的影响规律。结果表明：混合润滑条件下,随着载荷的减小或润滑油黏度的增大,摩擦因数减小,名义摩擦副间隙增大,混合润滑转变为流体润滑时的临界转速降低;随着表面粗糙度的增大,摩擦因数和名义摩擦副间隙均增大,临界转速升高;随着倾斜角的减小或方向因子的增大,摩擦因数减小,名义摩擦副间隙增大,并且倾斜角越小,临界转速越低。     

表面润湿性对橡胶滑动接触界面摩擦特性的影响

针对橡胶滑动接触界面,利用自主研制开发的光学原位观测线性往复式摩擦试验机,通过控制蒸馏水与添加剂的配比,对不同润湿性液体润滑条件下的橡胶滑动摩擦过程进行了试验性探究,在此基础之上建立了固-液接触角与橡胶滑动摩擦因数之间的关联性,以期从微观界面润湿的角度解释湿滑条件下橡胶滑动摩擦因数变化的原因。研究表明:当润滑液进入橡胶滑动接触界面时,橡胶的黏滞效应大幅度降低,导致摩擦因数出现断崖式下跌,稳态摩擦因数减小;随着添加剂配比的降低,固-液接触角逐渐增大,润滑液在固体表面上的铺展与润湿性变差,润滑作用减弱,稳态摩擦因数逐渐增大。另外试验结果分析表明,固-液接触角与稳态滑动摩擦因数具有一定的线性相关性(R~2≈0.92),摩擦因数随着接触角的增大而增大。     

基于分形理论的滑动摩擦表面接触力学模型

依据分形理论,考虑微凸体变形特征及摩擦作用的影响建立滑动摩擦表面接触力学模型。采用一个三次多项式来表达弹塑性变形微凸体的接触压力与接触面积的关系,从而满足在变形状态转变临界点处的微凸体接触面积与接触压力转化皆是连续和光滑的条件。推导出滑动摩擦表面临界弹性变形微接触面积、临界塑性变形微接触面积、量纲一真实接触面积的数学表达式。理论计算结果表明,表面形貌一定时,真实接触面积随着载荷的增大而增大;载荷一定时,真实接触面积随着特征尺度系数的增大而减小,随着分形维数的增大先增大后减小;当表面较粗糙时,摩擦因数对真实接触面积的影响很小;随着表面光滑程度的增大,摩擦因数对真实接触面积的影响增大,真实接触面积随着摩擦因数的增大而增大,特别是当摩擦因数较大时,真实接触面积增大的幅度也较大。接触力学模型的建立,为研究滑动摩擦表面间的摩擦磨损性能提供了依据。     

PEEK摩擦信号分形维数与表面形貌相关性试验研究

为研究聚醚醚酮树脂/球墨铸铁摩擦副磨合初期摩擦信号分形维数与聚醚醚酮初始表面形貌分形维数的相关性,在UMT-3MT摩擦磨损试验机上对聚醚醚酮树脂/球墨铸铁摩擦副进行了摩擦磨损试验,运用结构函数测度法对初始表面形貌、摩擦力信号、摩擦因数信号进行了分形表征,计算得到了不同载荷下的分形维数。研究结果表明,聚醚醚酮初始表面和摩擦信号均具有显著的分形特征;在相同速度、相同初始表面下,摩擦信号的分形维数随着载荷的增大而增大;在相同速度、不同载荷下,磨合初期摩擦信号的分形维数均与初始表面分形维数负相关。     

载荷和相对湿度对微摩擦力的影响

利用自制的微摩擦和粘附力测试装置,研究了在微牛量级载荷下,载荷和相对湿度对Si（100）材料与Si3N4材料组成的摩擦副的最大静摩擦和滑动摩擦的影响。实验发现,最大静摩擦力和滑动摩擦力均随着载荷的增大而增大,而最大静摩擦因数和滑动摩擦因数则随载荷增大而降低。相对湿度对摩擦的影响则随不同载荷的范围而有所不同。载荷较小时,相对湿度对摩擦因数的影响较大;载荷较大时,则相反。利用单峰接触的模型,建立了相对湿度与摩擦力关系的公式。     

轴颈表面粗糙度对橡胶材料干摩擦特性的影响

当船舶艉轴承供水系统出现故障或轴承过载时,金属轴颈与橡胶轴承之间会发生局部接触而处于干摩擦状态下。为研究金属轴颈表面粗糙度对水润滑橡胶轴承干摩擦特性的影响,采用TIME3230表面粗糙度测量仪对金属轴颈表面微凸体进行测量,得到金属轴颈表面微凸体的位置参数分布曲线,并对其进行去噪处理;利用傅立叶变换重新构造去噪后的金属轴颈表面粗糙度分布,并依据理论计算金属轴颈-橡胶轴承摩擦副的摩擦因数。金属轴颈-橡胶轴承摩擦副的摩擦因数计算结果与实际情况吻合,说明建立的轴颈表面粗糙度分布模型合理。分析结果表明:在干摩擦状态下,金属轴颈-橡胶轴承摩擦副的摩擦因数随着表面粗糙度函数波幅的增大呈线性增大趋势,随着粗糙度分布函数的特征波长系数的增大呈非线性增大;润滑流动方向顺着加工纹理方向时,摩擦因数比垂直加工纹理方向和与加工纹理呈45°时的摩擦因数都小。因此,选择合理的轴承表面粗糙度的幅值和波长可以提高金属轴颈-橡胶轴承摩擦副的摩擦润滑性能;沿加工纹理加工、装配金属轴颈-橡胶轴承摩擦副,可降低摩擦因数。     

高水基液压阀陶瓷摩擦副摩擦学性能研究

为选择适合的高水基乳化液液压阀摩擦副材料,探讨ZrO2与不同结构陶瓷组成的摩擦副在高水基乳化液润滑状态下的摩擦磨损特性。采用摩擦磨损试验机,在不同载荷和滑动速度下,研究在高水基乳化液介质中4种不同陶瓷材料（ZrO2、Al2O3、Si3N4和SiC）分别与ZrO2配副的摩擦学性能,并探讨不同组合陶瓷摩擦副的磨损机制。结果表明：在高水基乳化液中,各陶瓷的摩擦因数均随着滑动速度的增大而降低,其中Al2O3陶瓷的摩擦因数最小;ZrO2、Al2O3和Si3N4陶瓷的摩擦因数受载荷的影响较小,SiC陶瓷的摩擦因数则随着载荷的增大而骤增;各陶瓷的磨损体积都随着速度和载荷的增大而增大,其中Al2O3/ZrO2陶瓷摩擦副的磨损体积最小,其磨损机制以磨粒磨损和微疲劳磨损为主。研究表明,在不同工况下,Al2O3与ZrO2陶瓷配副的摩擦因数和磨损体积均为最低值,更适合作为高水基乳化液液压阀的摩擦副材料。     

轮轨滑动摩擦生热分析

利用ANSYS有限元软件建立轮轨滑动摩擦热-结构耦合简化模型,针对特定载荷、摩擦因数和相对滑动速度工况进行了轮轨的温度场和应力场研究.结果表明:轮轨处在滑动摩擦状态时,需考虑材料参数随温度变化的影响;热影响区分布于轮轨表面很薄层,并在此薄层产生很高的热应力;随着轴重力、摩擦因数和相对滑动速度的增大,轮轨的热效应越明显.轮轨滑动过程的热效应问题研究将有助于揭示接触过程中的表面磨损机理.     

人工髋关节织构化表面摩擦学性能研究

为研究微织构形状对人工髋关节表面摩擦特性的影响,在人工髋关节表面分别设计仿生菱形织构、圆柱形织构和圆环形织构,以雷诺方程为理论研究基础建立流体动压润滑模型,用ANSYS Fluent进行数值模拟,得到微织构表面润滑油膜的平均承载力和摩擦因数,并比较不同织构形状的摩擦学性能。结果表明：在所选织构参数、工况参数范围内,平均承载力随着面积率增大以及滑动速度的提高均呈现上升趋势,在面积率为25%、滑动速度为0.3 m/s时达到最大;摩擦因数随着织构面积率的增大而呈下降趋势,在面积率25%达到最小值,摩擦因数与滑动速度的关系则因织构形状的不同存在一定的差异;研究的3种形状微织构中,仿生菱形织构的摩擦学性能最佳。因此合理选择织构形状可以减少人工髋关节摩擦副表面间的磨损。     

晶粒尺寸对WC硬质合金刀具材料摩擦磨损性能的影响

研究了三种不同晶粒尺寸的硬质合金材料的摩擦磨损性能,测量了摩擦系数,采用扫描电子显微镜观察分析了硬质合金磨损表面的形貌变化。结果表明,随着滑动速度和载荷的提高,硬质合金的摩擦系数呈下降的趋势;相同条件下,随着晶粒的减小,硬质合金的摩擦系数略有升高。粗晶粒的硬质合金主要磨损机制为WC晶粒脱落造成的磨粒磨损,细晶粒硬质合金磨损机制主要表现为塑性变形。     

口腔环境下巧克力摩擦性能影响的试验研究

为探讨口腔加工时间对典型高脂高糖食品的摩擦性能影响,开展口腔环境下巧克力摩擦性能的影响因素研究。以人工唾液和某品牌巧克力配制不同巧克力质量分数的混合溶液,改变聚二甲基硅氧烷(PDMS)基础液和固化剂的比例分别制备硬PDMS和含微凸体的软PDMS材料,基于陶瓷球对软PDMS和硬PDMS对软PDMS的两组摩擦副,在MFT-5000摩擦试验机上开展混合溶液在不同载荷和滑动速率的摩擦性能研究,讨论混合溶液与摩擦副的作用机制。结果表明:巧克力在口腔加工过程的摩擦性能与其质量分数、载荷、滑动速率和摩擦副等因素有关,随着巧克力质量分数的降低,巧克力的摩擦因数总体上是减小,这意味着消费者能够获得更好的丝滑感;载荷和滑动速率对巧克力摩擦性能的影响与摩擦副的选取有关,但滑动速率比载荷对其摩擦因数的影响更显著,研究结果为巧克力摩擦性能和口感的系统评价提供参考。     

沟槽形表面织构对摩擦噪声的影响

用电加工方法在制动盘蠕墨铸铁材料表面加工出沟槽形表面织构(沟槽深度为30μm、宽度为150μm、间距为500μm),采用球—平面接触方式,选取直径为10mm的Si3N4球为对磨副,对沟槽形织构表面和光滑表面进行了摩擦噪声对比试验,研究了沟槽形表面织构对界面摩擦振动噪声的影响。试验结果表明(以下结论只针对本试验选定尺寸规格的沟槽形表面织构):法向载荷对织构表面产生摩擦噪声强度的影响较小,而对光滑表面产生摩擦噪声的水平具有重要影响;沟槽形织构表面在低法向载荷下较光滑表面更易产生摩擦噪声,但随着法向载荷从5N增大到10N,光滑表面产生的摩擦噪声强度迅速增大并与织构表面的接近;沟槽形表面织构使摩擦系统更易产生多频率的摩擦振动,较早地产生摩擦噪声且其主频率成分较复杂;沟槽形织构表面比光滑表面具有较高的摩擦因数和耐磨性,沟槽形织构的存在明显地改变了接触界面摩擦磨损行为和摩擦噪声特性,但其对应关系需要进一步深入研究。     

表面微凹坑和纹理方向对界面摩擦的耦合影响

选取三种不同纹理的铝合金试样,并在试样上加工不同面积占有率的规则圆形微凹坑,利用自制的摩擦试验装置,在油润滑条件下以不同接触压力进行摩擦试验,试验过程中滑动方向与表面纹理方向的夹角分别为0°、45°、90°。利用非接触式三维轮廓仪测量试验前后试样的三维表面形貌,并选取Sa、Str、Vvv、Vvc等表面表征参数来分析滑动接触界面表面形貌的变化。结果表明：表面纹理方向的差异导致铝合金表面在滑动接触摩擦过程中表现出各向异性,而在其表面加工不同面积占有率的微凹坑,减弱了铝合金表面纹理方向性对界面摩擦的影响,反映出表面微凹坑和纹理对界面摩擦的耦合作用。同时界面摩擦对试件的表面形貌也有明显的影响,Str、Vvv、Vvc在试验后发生了规律性的变化。     

干气密封滑动密封端面高频微幅摩擦振动研究

为揭示干气密封端面间摩擦振动规律,通过对密封端面在干摩擦状态下的微观形貌与受力进行分析,基于分形理论构建包含分形参数的密封端面法向位移激励,以及干气密封在干摩擦状态下的两自由度摩擦振动系统模型,并对摩擦振动系统模型的影响因素进行数值分析.研究结果表明:法向振动位移和速度随着分形维数与转速的增大先增大后减小;密封环面分形...     

Friction and wear of self-mated SiC and Si3N4 sliding in water

The friction and wear of self-mated SiC and Si₃N₄ with different initial roughness sliding in water were investigated with pin-on-disk apparatus at normal load of 5 N and sliding speed of 120 mm/s in ambient condition. It was found that, for self-mated Si₃N₄, the wear mechanism for surface smoothening to obtain low friction was tribochemical wear, but for self-mated SiC, it changed from mechanical wear into tribochemical wear with increasing sliding cycles. After running-in in water, self-mated Si₃N₄ exhibited lower steady-state friction coefficient than self-mated SiC did. For these two ceramics, initial and steady-state friction coefficients were hardly dependent on initial roughness. Initial roughness mainly affected the running-in period. The larger the initial roughness, the longer the running-in period, but the running-in period was much shorter for self-mated Si₃N₄ at each initial roughness than that for self-mated SiC.     

不同转速下弹性环滚动载流摩擦性能和损伤分析

采用内滚道、外滚道和弹性环组成滚动载流摩擦副，通过载流摩擦试验研究了其在不同转速下的载流摩擦学性能和材料损伤。结果表明：随着转速从240 r/min增加到600 r/min,摩擦副稳态运行期间的摩擦力升高，接触电阻下降；摩擦前期材料损伤形式主要以接触表面金属塑性变形为主，摩擦平稳期以材料剥落为主；在相同的初始接触条件下，高转速促进表面疲劳和材料磨损，试验后弹性环磨痕宽度明显变宽，磨损量逐渐增大，表面氧化程度下降，O和Cu原子个数比降低；磨痕宽度增幅相近的条件下，同等转速下的摩擦力增幅小于变速条件下的摩擦力增幅；转速增加引起的摩擦力增大与高转速下弹性环滑滚增加也有关系。     

转子式空调压缩机曲轴法兰系统摩擦噪声预测

转子式空调压缩机摩擦噪声主要来源于其内部相互接触的各个运动副.为识别转子式空调压缩机摩擦噪声的来源,通过销盘实验测定曲轴与上下法兰组成的系统中不同摩擦副的摩擦因数,拟合得到摩擦-速度负斜率曲线;建立曲轴法兰系统的有限元模型,以摩擦-速度负斜率曲线加载,提取其复特征值和等效阻尼比,初步分析摩擦噪声可能发生的频率.对实际采...     

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。