表面微织构对45#钢摩擦副表面摩擦学性能影响的实验研究

目的 通过在摩擦副表面进行激光微织构加工,研究不同分布形式的微织构对摩擦副的减摩作用效果,为微织构摩擦副在实际工程应用中的设计与选用提供参考。方法 选取45#钢作为摩擦材料制备环环接触的摩擦副,通过激光微雕刻在试件表面加工一定尺寸的微织构,在油润滑条件下,利用万能摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验,并通过超景深三维显微镜观察磨损表面,研究不同微织构在油润滑方式下对摩擦副的减摩作用机理及具体影响规律。结果 带有合理分布形式微织构的摩擦副接触表面能产生明显的动压润滑效应,其中径向沟槽微织构和凹坑状微织构在稳定磨损阶段的摩擦系数明显小于光滑表面,分别能减小摩擦系数16%和11%,局部网状微织构的摩擦系数与光滑表面没有明显差异,周向沟槽微织构的摩擦系数大于光滑表面。带有径向沟槽和凹坑微织构的摩擦副相比于光滑表面,温升有所降低,而周向沟槽和局部网状微织构随着摩擦表面磨损的加剧,温升更加明显,下试件分布有微织构的摩擦副接触表面摩擦系数要明显小于上试件分布有微织构的摩擦副。磨损局部放大图中,凹坑状微织构表面产生的磨粒剥落痕迹要明显浅于光滑试件表面,说明微织构能有效存储磨损磨粒,减少二次磨损对摩擦表面的破坏。结论 表面微织构能有效改善摩擦副的润滑性能,合理选择微织构分布形式和分布位置,才能最大限度地发挥微织构的减摩效果。     

表面织构润滑减摩的国内外研究现状及进展

表面织构是源自于自然界生物非光滑表面的微纳米结构,这些微观结构使得生物在进化过程中呈现出优异的自润滑和抗磨减摩性能.国内外研究也一致表明,表面织构是改善表界面摩擦学特性的一种有效手段,可使材料表面实现自润滑效果,并且能够减少摩擦磨损带来的机械设备提前失效和能源耗损.从表面织构的形态特征及其作用机制出发,对近年来表面织构在润滑减摩方面的国内外研究现状及进展进行调研分析.讨论了表面织构形状(规则织构、不规则织构等)、织构分布形式(全织构分布、部分织构分布等)、织构几何参数(深度、面积比、深径比等)、工况参数(载荷、速度等)等因素,对织构化表面润滑减摩性能的影响,同时总结了表面织构润滑减摩作用机制研究中面临的难题.提出未来应重点开展极端工况、混合润滑状态下多类型复合织构的润滑减摩作用机制,考虑动态磨损的表面粗糙度与织构协同作用润滑减摩规律和仿生微织构与涂层耦合作用下抗磨性能等方面的研究,从而进一步推动表面织构在润滑减摩领域的工程应用.     

微织构自润滑表面在油介质中的摩擦学性能

为探究不同表面处理方式对试样表面摩擦学性能的影响,分别对GCr15试样表面进行激光微织构加工,光滑表面涂抹润滑油,微织构表面填充固体润滑剂,微织构表面涂抹润滑油,微织构表面填充固体润滑剂并涂抹润滑油等不同表面处理方式,在MMW-1A摩擦磨损机上进行摩擦磨损试验。同时改变试验的载荷及转速,探究在不同转速和载荷工况下,不同表面处理方式对试样摩擦因数的影响。结果表明,在干摩擦条件下,试样表面采用微织构处理并填涂固体润滑剂可使摩擦因数较光滑表面降低47.6%;在油介质中,采用微织构处理可使摩擦因数较光滑表面降低4.8%,采用微织构处理并填充固体润滑剂可使摩擦因数较光滑表面降低17.7%。且在油介质中,采用织构化处理和固体润滑结合的表面处理方法,试样摩擦因数随载荷增大而减少且逐渐趋于稳定,但随转速增大而增大。     

激光表面织构化对45钢摩擦磨损性能的影响

目的研究表面织构对45钢干摩擦和乏油状态下摩擦磨损性能的影响。方法用激光加工的方法在45钢表面加工出不同面密度的凹坑织构,在UMT-2型多功能摩擦磨损试验机上以球-盘副考察凹坑密度在干摩擦和乏油条件下对45钢摩擦磨损性能的影响。结果在干摩擦条件下,织构密度在4%时,摩擦配副的摩擦系数最小,稳定摩擦系数为0.56。随着织构密度的增大,摩擦系数也逐渐增大,当织构密度增大至16.2%时,配副摩擦系数最大,稳定摩擦系数为0.72。在乏油条件下,织构密度在4%时,摩擦系数为0.39,小于未织构试样摩擦配副。凹坑密度增大后,其摩擦系数大于未织构试样,但是均在0.43左右。在干摩擦和乏油条件下,织构化试样的磨损率都小于未织构试样,并且随着织构密度的增大,磨损率先减小后增加,织构密度在8.1%时,抗磨效果最好。结论表面织构能收集磨粒,储存润滑油,从而起到良好的减磨作用。     

速度和载荷对凹坑织构乏油润滑摩擦学性能的影响

摩擦副表面加工特定的织构后会在不同速度和载荷以及严重乏油的条件下运行,比如设备的启停阶段。因此有必要研究极度乏油条件下速度和载荷对凹坑织构表面摩擦学性能的影响,为表面织构的实际应用进行前期探索。利用激光加工技术在45钢表面加工凹坑织构;在UMT-2型多功能摩擦磨损试验机上,采用球-盘式分别对织构和未织构试样进行乏油滑动试验;利用三维表面轮廓仪和扫描电镜等分析试样表面的磨损形貌。结果表明:相比于未织构试样,凹坑织构在不同速度和载荷下均能有效延长摩擦面间的乏油润滑状态,有良好的减摩效果,可降低摩擦因数约68%～75%。载荷对织构表面的摩擦学性能影响较大,在一定范围内摩擦因数随着载荷的增大而降低;但载荷过高时,在摩擦后期会出现摩擦因数的突然升高,表面磨损严重。     

硅烷偶联剂对表面微坑复合PTFE的减摩及缓释性能影响研究

目的探究硅烷偶联剂对缸套表面微坑复合PTFE微粒的减摩和缓释性能的影响。方法利用激光刻蚀机在缸套表面加工不同参数的微坑,并依据摩擦系数对表面微坑参数进行优化。选取最佳表面微坑参数,进行加工,并机械涂覆经硅烷偶联剂修饰的PTFE,制备复合润滑结构。采取往复式摩擦磨损试验机对复合润滑结构的减摩性能进行分析。利用SEM和EDS研究摩擦副的表面形貌和成分,采用三维共聚焦显微镜研究微坑内PTFE的释放情况。结果在热压复合方法下,直径为0.4 mm、深度为120μm的微坑复合PTFE具有最佳的减摩效果。硅烷偶联剂的加入会进一步改善摩擦副之间的减摩性能,其摩擦系数为0.1248。与未处理缸套试样、微坑处理缸套试样、热压复合PTFE缸套试样进行对比,其摩擦系数分别降低了24.3%、18.8%和11.2%。另外,硅烷偶联剂还可以减缓表面微坑内PTFE的释放,延长作用时效,与热压复合方法相比,微坑内PTFE颗粒的释放速率约降低96.3%。结论复合润滑结构能够改善摩擦副之间的摩擦状况,其减摩和缓释机理是固体自润滑材料、表面微坑和硅烷偶联剂协同作用的结果。     

表面微织构复合固体润滑材料的摩擦学性能研究进展

为提高摩擦副之间的摩擦学性能,润滑油添加剂、低摩擦表面以及表面微织构等作为改善表面摩擦学性能的手段已得到国内外研究工作者的广泛关注并取得了一定的成果,而表面微织构复合固体润滑材料技术作为一种集成了已有各种减摩手段优点的复合技术开始被研究。 文中综述了表面微织构与固体润滑材料复合的物理和化学方法;评述了表面微织构几何形状、参数和固体润滑材料种类对复合表面摩擦学性能的影响;分析了表面微织构复合固体润滑材料的减摩机制;最后指出了该复合技术目前尚待解决的问题,并对该技术下一步的发展方向和实际应用进行了展望。     

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。     

三角表面微织构对304钢摩擦学性能的影响

目的 研究表面三角微织构对304钢减摩抗磨特性的影响,扩宽奥氏体不锈钢应用范围,为改善304钢的耐磨损性能提供理论依据.方法 采用激光加工技术在304钢表面制备三角形微织构,其底边长200μm,高200μm.利用有限元ANSYS软件对油膜压力等参数进行仿真分析,并在MRTR-1多功能摩擦磨损试验机上检测表面织构化304钢的摩擦学性能,探究不同旋转直径(15、25、35 mm)及不同转速(100、200、300 r/min)下三角微织构的摩擦磨损情况,并采用扫描电子显微镜(SEM)分析工件表面的显微结构及形貌.结果 有限元仿真结果表明,三角微织构的存在使油膜内部的压力增大,并且转速越大,油膜承受压力越大,摩擦系数明显降低.试验结果表明,三角织构与无织构化表面相比,平均摩擦系数显著降低,最大降幅达14.89％.结论 激光加工三角织构的304钢摩擦磨损性能优异,且在旋转直径35 mm、转速300 r/min的条件下,减摩抗磨性能更好.主要作用机理为,接触表面间润滑液的及时有效补充,提供了"二次润滑"效应,并建立了连续的摩擦接触界面间的油膜,起到减摩抗磨的作用.     

活塞环表面织构化镀层的摩擦性能研究

目的以缸套/活塞环为试验对象,研究激光织构化与固体润滑镀层的协同减摩作用。方法采用脉冲激光在活塞环表面进行微孔化处理,利用电脉冲沉积法在微孔内制备具有不同MoS_2微粒浓度的Ni-MoS_2复合镀层,通过往复式摩擦试验研究织构化表面沉积固体润滑剂对活塞环-缸套的影响机制。结果镀液中MoS_2微粒浓度对镀层的硬度和摩擦学性能影响较大,相同电流密度下,电镀液中MoS_2微粒的质量浓度为5g/L时的镀层硬度最高,该浓度下Ni-MoS_2复合镀层在干摩擦下具有最佳的摩擦系数和最低的磨损率。织构化复合镀层可以显著改善接触面间的摩擦性能,相比未织构化摩擦配副,摩擦系数降低约0.2,磨损率下降50%。结论干摩擦条件下,表面织构可以有效地储存摩擦副之间的固体润滑剂和磨粒,在接触表面形成连续润滑膜,减少磨粒磨损。     

碳纤维/树脂基复合材料铣削表面粗糙度及表面形貌研究

目的研究了CFRP材料铣削加工过程中,部分主要工艺对CFRP材料加工表面质量的影响规律,为工艺参数优化,提高此类零件的表面质量提供依据。方法设计了CFRP材料铣削中的切削参数、刀具结构、加工方法与加工表面粗糙度及表面形貌之间的单因素试验。通过单调改变一个切削参数而其余切削参数不变,得到了工件表面粗糙度和表面形貌随切削参数、刀具结构、加工方法的变化规律。结果当铣削速度增大时,工件的表面粗糙度变化不大,表面微坑缺陷的数量却有所增加,但变小、变浅。当进给速度增大时,工件表面粗糙度呈上升趋势,表面缺陷也随之增加。无涂层多齿刀具铣削后的工件表面粗糙度最大,其次是金刚石涂层多齿刀具铣削的工件,最小的是金刚石涂层交错齿刀具铣削的工件。多齿刀具加工后的表面有较多的微坑缺陷,但普遍深度较浅且面积较小。交错齿刀具对分层缺陷的抑制作用最明显,但在左旋和右旋刀齿交错处容易出现较严重的加工缺陷。与普通机械加工方法相比,超声振动加工方法得到的工件表面质量较好,可以有效减少表面微坑缺陷,改善CFRP铣削加工表面质量。结论 CFRP材料铣削加工时,为了获得较好的加工表面质量,切削参数应选用较高的切削速度和较低的进给速度,切削刀具宜选用多齿带涂层刀具。和普通机械加工方法相比,超声振动铣削加工方法更为有利于获得好的表面质量。     

低表面能表面的制备方法

阐述了低表面能表面的应用,重点综述了低表面能表面的制备方法,主要介绍了表面工程技术法和低表面能涂料法,并提出了制备技术的不足.     

复杂曲面的造型及其模具分模面构建

在模具CAD／CAM中，由零件产品的造型获得模具型腔和型芯最关键的技术是模具分模面的构建，对于简单零件分模面可直接选取产品最大轮廓线实现，而对于复杂曲面零件的分模面的构建，目前资料还尚为欠缺。该文主要通过使用Pro／E软件，以风扇叶片为例，阐述了复杂曲面零件产品的造型及其模具分模面构建的方法和注意事项，为今后类似零件产品的造型及其分模面构建提供依据。     

叶身曲面的等距面光顺方法

求取等距面是曲面交线清根加工中的重要环节。本文针对转子叶片类零件的特点,给出了一种具有较好光顺性的叶身曲面等距面的生成方法。消除了生成等距面时可能出现的折叠情形;给出了一种直观的曲面光顺进程控制方式,有效地处理了等距面的光顺问题。     

地面工程

地面工程指作为土建后续适应多种使用要求的地面的制作。地面由土建工程完成,也有由土建分包施工的各类的特种地面。     

曲面重构中曲面品质评价方法及应用

介绍了曲面光顺性的概念以及曲面光顺的判断准则,并在此基础上对曲面重构过程中常用的曲面光顺评价方法的原理和特点进行了论述。介绍了目前广泛使用的反向工程软件Im ageware及其曲面光顺评价模块,并结合该软件的一些常用的曲面光顺评价方法进行举例说明。     

表面粗糙度对硅橡胶材料表面超疏水性的影响

采用一种简单的方法制备出了硅橡胶超疏水性表面;将模具内表面做成一定的粗糙度;按照常规成型工艺,将液体硅橡胶浇注在模具内使其固化,待固化完毕后脱去模具,得到不同粗糙度的表面.经过接触角测量仪测定和扫描电子显微镜分析,结果表明:当硅橡胶表面粗糙度Ra=6.63 μm时,在其表面形成了类似于荷叶的乳突结构;在乳突表面还有亚微米级的小颗粒存在,形成了微米亚微米两级的粗糙结构,材料表面与水的静态接触角为153.5°,滚动角为8°,材料具有超疏水性;当硅橡胶表面粗糙度 Ra<6.63 μm时,材料表面的静态接触角随着表面粗糙度的增加而增加,当Ra=6.63 μm,静态接触角出现最大值153.5°.当表面粗糙度Ra>6.63 μm,材料表面的静态接触角随着表面粗糙度的增加而减小.     

基底形貌及润湿性对表面异质形核的影响

采用化学刻蚀及氟硅烷修饰的方法,制备了具有不同粗糙程度及润湿特性的纯铝基底,将基底置于NH4Cl-70％H2O溶液中,以激冷的方式触发NH4Cl晶粒形核,并考察了基底形貌及润湿性对表面异质形核的影响规律和机制.结果表明,未修饰的粗糙纯铝基底表面与氯化铵晶胚之间的反应性润湿特性,使异质形核较易发生,随着粗糙度因子的增大,形核点增加;修饰后的粗糙基底表面覆有的氟硅烷抑制了反应性润湿特性,使异质形核不易发生,且随着粗糙度因子的增大,形核点减少.所观察到的实验现象与基于Wenzel模型的粗糙基底异质形核分析结论有较好的吻合.