MoS2薄膜摩擦因数和磨损量的数学模型

目的 构建MoS₂薄膜的摩擦因数模型和磨损模型,预测其磨损体积。方法 通过球-盘摩擦磨损实验,研究法向载荷和滑动速度对MoS₂薄膜摩擦因数的影响规律,其中最大接触压强范围为441.08～1393.82MPa,滑动速度为0.05～0.628m/s。利用场发射扫描电子显微镜（SEM）和白光共聚焦显微镜分析MoS₂薄膜的磨损形貌。结果 基于赫兹接触理论,建立了MoS₂薄膜摩擦因数与法向载荷和滑动速度的数学模型。预测结果与实测结果之间的最大相对误差为12.02%,其余预测结果的相对误差均小于10%。从摩擦耗散能的角度,研究发现MoS₂薄膜的磨损体积与摩擦耗能之间呈显著的线性关系,结合新的摩擦因数模型,提出了MoS₂薄膜的磨损模型。此磨损模型是法向载荷、滑动速度和摩擦时间的函数关系式,其相对误差绝对值的平均值为10.81%。与传统Archard模型的结果进行比较发现,新的磨损模型的相对误差较小。通过分析MoS₂薄膜的磨损机理,探讨了磨损模型产生...     

C-MoS2-Fe2O3(Fe3O4)纳米润滑剂对无镀铜焊丝导电嘴磨损的影响

针对无镀铜实心焊丝在机器人自动焊接时导电嘴磨损问题,采用机械涂敷法在无镀铜实心焊丝表面制备了C-MoS₂-Fe₂O₃(Fe₃O₄)纳米复合润滑剂,研究了润滑剂配比对导电嘴磨损性能的影响. 结果表明,C-Fe₃O₄涂层的润滑性能优于C-Fe₂O₃涂层的润滑性能,随着涂层中纳米MoS₂含量的升高,导电嘴的抗磨性能增强. 纳米复合润滑剂在焊丝与导电嘴的摩擦界面发生摩擦化学反应形成了保护性的自修复膜,此膜主要由润滑性能优异的FeO,MoS₂,MoO₃组成,避免了焊丝与导电嘴内表面的直接接触,从而减少了导电嘴的磨损. 氧化磨损、磨粒磨损和电弧烧蚀是导电嘴磨损的主要机制.     

95%Ar+5%H2气氛中退火对M/MoS2(M=Ti、Al、Mo和Ag)薄膜形貌、结构和电学性能的影响

采用射频(RF)磁控溅射在硅基片上连续逐层沉积制备了M/MoS₂(M=Ti、Al、Mo和Ag)纳米薄膜，随后对其在95%Ar+5%H₂混合气氛中进行了500℃的退火处理。采用原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)和两探针等研究了退火处理及不同金属膜基底对MoS₂薄膜表面形貌、结构和金半接触电性能的影响。结果表明：所制备的纳米膜均匀且连续，界面紧密且清洁；95%Ar+5%H₂混合气氛中退火处理能强烈影响顶部MoS₂层的形貌并可有效去除MoS₂中的杂质氧，改善其结晶性、稳定性和结构完整性；拉曼光谱结果显示在4种金属基底上的MoS₂薄膜均为块状结构，其中Ag和Mo基底上的MoS₂薄膜结晶性相对较好，Ag基底上MoS₂薄膜出现了呈片层与颗粒的混合形态；对比实验数据和综合性能得出Mo作为MoS₂的组成元素，与MoS_...     

溅射功率对La-Ti/WS2 复合薄膜高温摩擦学行为的影响

高温条件下WS₂易于氧化生成WO3,导致WS₂固体润滑薄膜的摩擦学性能受到较大影响。为改善WS₂固体润滑薄膜在高温条件下的摩擦学性能,采用非平衡磁控溅射技术制备了共掺杂La-Ti/WS₂复合薄膜,研究了靶功率对磁控溅射La-Ti/WS₂复合薄膜结构和高温摩擦学性能的影响。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了薄膜微观形貌、成分、力学性能、微观结构。利用高温摩擦磨损试验机研究了复合薄膜的高温摩擦学性能。结果表明,高温环境下,靶功率为20W时La-Ti/WS₂复合薄膜表现出优异的摩擦学性能。此时,复合薄膜H/E值最大,摩擦系数最小,平均为0.012,磨损率最低为1.56×10^-8mm³/N·m,这主要归因于高温下摩擦界面产生的稀土氧化物,促使La-Ti/WS₂复合薄膜的摩擦磨损机制发生了改变,使得WS₂在高温受破坏的情...     

SiC基底HFCVD金刚石薄膜摩擦磨损性能

利用热丝化学气相沉积技术在碳化硅基底上制备微米金刚石薄膜、纳米金刚石薄膜和金刚石–石墨复合薄膜,采用扫描电子显微镜、原子力显微镜和拉曼光谱仪对不同金刚石薄膜的表面形貌和微观结构进行表征,通过摩擦磨损实验测试金刚石薄膜的摩擦系数并计算其磨损率,对比研究不同种类金刚石薄膜的摩擦磨损性能。结果表明：金刚石–石墨复合薄膜具有较好的摩擦磨损性能,薄膜表面粗糙度为53.8 nm,摩擦系数为0.040,和纳米金刚石薄膜(0.037)相当;金刚石–石墨复合薄膜的磨损率最低,为2.07×10^-7 mm³·N^-1·m^-1。在相同实验条件下,同碳化硅基底的磨损率(9.89×10^-5 mm³·N^-1·m^-1)和摩擦系数(0.580)相比,所有金刚石薄膜的磨损率和摩擦系数均有明显提升,说明在SiC基体表面沉积金刚石薄膜能够显著提高碳化硅材料在摩擦学领域的使役性能。     

润滑条件下WC-CoCr涂层的磨损行为

研究了在润滑条件下,WC-CoCr涂层与SiC摩擦副对磨时的摩擦和磨损性能,分析了加载载荷和润滑条件(干摩擦、润滑脂、金刚石研磨膏)对WC-CoCr涂层摩擦系数和磨损量的影响规律,对涂层的磨损机理进行了探讨。实验结果表明:脂润滑时,WC-CoCr涂层与SiC摩擦副对磨时的摩擦系数和磨损率降为最小,其中摩擦系数基本在0.1左右波动;金刚石研磨膏润滑时,磨损率高达1.521 24×10-6 g/m,为干摩擦条件下的2.68倍,抗磨减摩效果不理想;干摩擦时,涂层表面存在硬挤压痕,主要磨损机制为微切削并伴随着塑性变形,而在金刚石研磨膏润滑条件下,三体磨粒磨损起主导作用。     

EM42与TC4干摩擦磨损性能的研究

在MMW-1高温高速摩擦试验机上进行M42高速钢的高速干滑动摩擦磨损试验。利用SEM观察并分析磨损形貌及磨损机理。结果表明:M42高速钢在与TC4钛合金配副干摩擦条件下,随着摩擦速度的增加,摩擦因数和磨损率先降低后升高。当摩擦热累积达到一定值后,摩擦表面产生严重塑性变形甚至形成润滑薄膜。随着载荷的增加,摩擦表面起初产生犁沟磨损、磨粒磨损和粘着磨损,形成转移润滑膜,该膜厚度增加并被带走脱落;摩擦系数先降低然后升高,磨损率随着载荷的增加而逐渐上升。     

MoS2-Ti自润滑复合薄膜的高温摩擦学性能研究

目的探究Ti含量对MoS₂-Ti复合薄膜高温摩擦学性能的影响,制备高温摩擦性能良好的MoS₂-Ti复合薄膜。方法采用射频和直流双靶共溅射技术沉积了不同Ti含量的MoS₂-Ti复合薄膜,研究了Ti含量对MoS₂-Ti薄膜微观结构和力学性能的影响,进一步探究了MoS₂-Ti复合薄膜在大气环境下的高温摩擦学性能。采用能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM),对薄膜的成分、晶相结构及微观形貌进行分析。利用显微维氏硬度计测试薄膜的力学性能,通过UMT-TriboLab摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能。此外,采用SEM、拉曼光谱仪(Raman)和X射线光电子能谱仪(XPS),对薄膜的磨痕形貌及对偶球转移膜的成分进行分析。结果Ti掺杂促进了MoS₂薄膜以(002)晶面择优取向生长,且提高了薄膜的致密度,薄膜硬度从70HV提升到350HV。MoS₂-Ti复合薄膜在高温环境下的摩擦性能,随Ti含量的增加呈先上升后下降的趋势,其中Ti原子数分数为6.81%的MoS₂-Ti复合薄膜具有较低的摩擦因数和磨损率。通过对转移膜的成分进行分析,发现处于300℃高温环境下,Ti原子数分数为13.51%的MoS₂-Ti复合薄膜由于在摩擦过程中生成的氧化物较多,其耐磨性能开始下降。结论Ti含量对MoS₂-Ti复合薄膜的高温摩擦学性能有明显的影响,掺杂适量Ti能显著提高MoS₂薄膜在大气环境下的高温摩擦学性能。     

表面粗糙度对 GCr15 / 35 CrMo 摩擦副摩擦磨损特性的影响

在3号锂基脂润滑条件下,研究了35CrMo试块粗糙度对GCr15/35CrMo摩擦副摩擦磨损性能的影响。借助扫描电子显微镜分析了不同粗糙度的试块磨损后的表面形貌,结合35CrMo支撑轴与无内圈滚针轴承的接触工况,分析了粗糙度影响该摩擦副的磨损机理。结果表明:试块表面粗糙度存在一个最佳的范围,在此范围内,摩擦系数和磨损率均相对较小;试块表面粗糙度过高或过低时,磨损率均比较大;粗糙度较大时,试块损伤以粘着损伤为主。     

服役参数对Cf-Al2O3/Cu复合材料摩擦磨损性能的影响

为探究不同服役条件下C_f-Al₂O₃/Cu复合材料的摩擦磨损性能,采用QG-700型摩擦磨损试验机对其进行了在不同载荷和线速度条件下的摩擦磨损实验,分析了C_f-Al₂O₃/Cu复合材料的摩擦磨损性能和磨损机理。结果表明：载荷和线速度对C_f-Al₂O₃/Cu复合材料的摩擦磨损特性有显著影响,在实验范围内,在载荷为10 N及线速度为0.59 m/s条件下,5C_f-Al₂O₃/Cu复合材料的摩擦磨损性能最佳,其摩擦系数和磨损率分别为0.45和1.488×10^-5 mg/m。摩擦过程中在复合材料摩擦表面产生的机械混合层有利于摩擦副之间的润滑。随着载荷增大,机械混合层减少,C_f-Al₂O₃/Cu复合材料的磨损加剧,基体塑性变形程度增大;随着线速度的增...     

M2高速钢高速干摩擦特性研究

在MMS-1G高温高速摩擦试验机上进行M2高速钢的高速干滑动摩擦磨损试验。用热电偶测量并计算摩擦面的摩擦温度，用XRD方法分析磨损前后试样摩擦面的合金相组成。利用SEM观察并分析摩擦面磨损形貌及磨损机理。结果表明：M2高速钢在高速干摩擦条件下，随着速度的增加，摩擦因数降低，磨损率达到最大值后降低。当摩擦热累积达到一定值后，摩擦表面产生严重塑性变形甚至形成润滑薄膜，同时伴有新相析出。     

激光熔覆原位自生TiC-CrxSy/Ni基复合涂层的组织与性能

采用激光熔覆技术在Ti6Al4V合金表面制备出原位自生TiC-Cr_xS_y/Ni基复合涂层,利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）分析了不同Ni包MoS₂含量对涂层物相组成、显微组织的影响,并测试了涂层的硬度及摩擦磨损性能。结果表明,在激光熔覆过程中Ni包MoS₂发生了分解反应,分解后的S大部分生成了新的润滑相Cr_xS_y、TiS。随着Ni包MoS₂含量的增加,复合涂层凝固组织逐渐细化,树枝相、多边块状相逐渐减少,球状相、条状相逐渐增多。由于上述组织的变化,涂层的显微硬度先增大后减小,摩擦因数逐渐减小。当Ni包MoS₂含量为40%时,涂层的显微硬度为1048 HV0.3,摩擦因数为0.19,磨损机理表现为轻微犁削,此时涂层的耐磨性能最优。     

定向凝固Cu-Pb偏晶合金摩擦磨损性能的研究

通过定向凝固制备了Cu-Pb偏晶合金试样,并分别进行了无润滑和油润滑条件下的摩擦磨损实验.结果表明:干摩擦条件下定向凝固Cu-Pb金属基自润滑复合材料的摩擦系数随铅含量的增加而下降,减摩自润滑效果逐渐提高.铜铅自润滑材料在含油的状态下,形成了一种复合润滑体制,具有很强的吸油能力,能形成高效能的胶体油铅混合液态薄膜.由于摩擦接触表面间油膜的存在,减轻了微凸凹体的接触及表面间元素传递过程,降低了摩擦系数.由于定向凝固工艺方法使得第二相更加均匀,因此该方法制备的铜铅自润滑材料普遍比熔铸方法制备的铜铅自润滑材料在油润滑状态下的摩擦系数要低.     

AuNiCu合金摩擦磨损的分子动力学模拟

通过分子动力学模拟的方法，研究了Au-7.5Ni-xCu合金的摩擦磨损性能。首先采用粗糙体-平面接触模型和Atomsk软件构造合金模型；再由lammps软件计算出合金的摩擦力、摩擦系数判断出合金的摩擦学特性；最后通过Ovito软件对摩擦磨损过程进行可视化分析，包括摩擦磨损过程中组织结构和位错的演变，磨损表面原子的堆积情况等。结果表明，合金摩擦系数随着Cu含量的增加而呈现上升趋势，磨损后基体表明呈“U”形堆积，当Cu含量为10%时，基体抗变形能力最强；磨损过程中观察到晶粒的分裂和合并现象，合金基体内部位错密度明显增加。     

9Cr18和GCr15球-盘摩擦副摩擦学性能分析

利用球－盘摩擦试验机，在大气和真空环境中分别考察了9Cr18和GCr15钢在干摩擦和固体润滑条件下与钢球的摩擦损性能，试验结果表明：两种材料在真空环境中或MoS2基薄膜润滑条件下，摩擦系数都明显低于大气环境或无润滑条件，而且摩擦振动和噪音较低，磨痕表面较光滑，通常的摩擦副在真空环境中的摩擦系数，磨损量比大气中大。研究表明这是由于9Cr18盘表面干摩擦跃迁导致了加工硬化和MoS2基薄膜润滑作用，通过对动态动摩擦系数及其特征值的系统分析，对这两种材料的摩擦过程特性进行了研究。     

飞秒激光诱导纳米金刚石薄膜表面周期性结构的摩擦学性能研究

研究基于飞秒激光辐照方法在纳米金刚石(nano-crystalline diamond, NCD)薄膜表面制备的激光诱导周期性结构(laser-induced periodic surface structures, LIPSS)的摩擦学行为。在空气环境下采用脉冲宽度为200 fs,中心波长为1040 nm的掺镱光子晶体光纤飞秒激光辐照NCD薄膜表面产生LIPSS。基于不同的扫描间隔制备2种LIPSS表面,即连续分布的LIPSS表面(continuously distributed LIPSS, CDL)和均匀间隔的LIPSS带状表面(evenly spaced LIPSS stripes, ESLS)。通过球盘式摩擦磨损试验机进行往复式干摩擦试验来对上述2种LIPSS表面的摩擦学性能进行表征,其中的对磨球为ZrO₂陶瓷材质。往复式摩擦试验采用了平行和垂直于LIPSS纹理的2种摩擦方向。研究结果表明:施加LIPSS后的NCD薄膜表面容屑能力得到改善,同时摩擦接触面积降低,因而相比于原始NCD薄膜,其摩擦系数明显降低;对于CDL表面,摩擦方向与LIPSS纹理垂直时的摩擦系数比纹理平行时的更高;ESLS表面的LIPSS纹理方向对摩擦系数无影响。      

锡对铸造铝-石墨颗粒复合材料摩擦性能的影响

采用M-200摩擦磨损试验机,对加入固体润滑剂锡的铸造铝-3%石墨颗粒复合材料的摩擦性能进行试验研究,研究表明:锡和石墨具有优越的协同润滑效应,加锡可极大提高铝-石墨颗粒复合材料的减摩性能,使有润滑的摩擦系数达到0.004～0.005。同时锡和石墨的协同润滑作用存在最佳配合,在本试验条件下,加约7%的锡时,协同润滑效应最佳。加锡不能改善干摩擦时铝-3%石墨颗粒复合材料的耐磨性,但能极大提高有润滑时复合材料的耐磨性。并对加锡的铝-石墨颗粒复合材料的磨损机理进行了初步研究,其在干摩擦时的磨损机理为粘着迁移、粘着磨损和磨料磨损,在半干摩擦时的磨损机理为疲劳磨损和磨料磨损。     

不同摩擦副材料对TC4合金摩擦磨损性能的影响

利用TRB³摩擦试验机采用球/平面接触形式探究TC4合金摩擦磨损性能，使用TC4合金球、GCr15钢球以及Si₃N₄陶瓷球作为对摩副探究TC4合金在不同法向载荷作用下摩擦划痕和磨损特性；通过3D激光共聚焦显微镜测量摩擦划痕形貌，建立能量磨损模型探究磨损过程中接触状态的变化机制，预测磨损进程。结果表明：随着上试样硬度的逐渐降低，球/平面的接触状态向微平面/平面的接触状态转变，摩擦划痕状态受到钛合金在压头前端位错墙和压头后端黏着颗粒的影响，划痕长度和宽度随载荷的增加线性增长，划痕深度出现“锯齿”状波动；“切削与塑性比”f_cp分布于f_cp=0.5两侧说明压头对TC4合金的损伤以微犁耕和微切削2种机制交互作用，说明划痕表面加工硬化现象对表面的保护作用，划痕硬度和表面粗糙度的关系可以预测材料变形过程中的损伤情况。     

钛合金表面激光重熔微弧氧化层的组织结构及摩擦磨损性能

为改善TC21钛合金表面微弧氧化(micro arc oxidation,MAO)涂层的微观结构致密性和耐磨性能，对MAO涂层进行了激光重熔改性，并对重熔后涂层的微观结构、成分、相组成以及硬度、摩擦磨损性能等进行了表征测试。结果显示，重熔MAO涂层由重熔外层、重熔内层和热影响层3层结构组成，其中外层和内层主要由Al₂TiO₅、rutile-TiO₂和α-Al₂O₃组成，热影响层由α-Ti和β-Ti转变组织组成，重熔MAO涂层的硬度显著增大。在摩擦磨损实验中，重熔MAO涂层摩擦系数低于MAO涂层和TC21钛合金基体，其磨损机制以粘着磨损为主，并伴有轻微的磨粒磨损。激光重熔MAO涂层显著提高了TC21钛合金摩擦磨损性能。     

基底材质对硅酸钠粘结 MoS2 润滑涂层摩擦学性能的影响

目的针对空间机械润滑处理的需求,研究硅酸钠粘结MoS2润滑涂层摩擦学性能。方法在几种不同材质基底的表面喷涂硅酸钠粘结MoS2润滑涂层,采用球盘摩擦磨损试验机研究其真空摩擦学性能和高温摩擦学性能,并利用红外光谱和扫描电镜对高温摩擦机理进行分析。结果几种基底表面润滑涂层的真空摩擦系数均低于0.1,且基底硬度越高,涂层的耐磨寿命越长,摩擦系数越低。在室温至300℃范围内,随温度的升高,涂层的摩擦系数先降低后升高,耐磨寿命先升高后降低。300℃时,涂层主要发生磨粒磨损。结论硅酸钠粘结MoS2润滑涂层能够用于经微弧氧化处理的铝合金基底表面,在200℃以下的大气环境和300℃氮气环境中的摩擦学性能优异。