喷砂表面处理控制滑动摩擦尖叫噪声

采用球—平面接触方式,对喷砂处理的制动盘蠕墨铸铁试样进行了滑动摩擦噪声试验,并与光滑表面样品试验对比。在对摩擦噪声特性和摩擦磨损特性进行综合分析的基础上,探讨控制滑动摩擦尖叫噪声触发和演变规律的关键界面因素,研究了喷砂表面对滑动摩擦尖叫噪声的影响及其机理。结果表明:喷砂处理表面能明显的抑制界面摩擦尖叫噪声的产生,且表面粗糙度越大,抑制尖叫噪声效果越明显,界面微凸体的分布和磨损情况对摩擦尖叫噪声的产生及演变具有关键的影响。该试验条件下摩擦尖叫噪声的产生主要归因于磨屑堆积、粘着剥落和犁沟等界面因素引起界面摩擦力剧烈波动,诱发了摩擦系统的自激振动。相比光滑表面,喷砂处理表面的微凸体接触磨损"平台"表面的磨屑堆积、粘着剥落和犁沟等现象较轻,引起摩擦力波动的能量较弱,产生的尖叫噪声强度较低。     

高副接触下沟槽形织构对40Cr表面摩擦性能的影响

目前，面面低副接触情况下织构的减摩降磨性能已经得到广泛的研究，然而针对点面高副接触下的织构对表面摩擦学性能影响的研究仍然较少。主要利用有限元仿真技术建立点面接触下仿生沟槽织构表面流体动压润滑仿真模型，通过ANSYS的Fluent模块进行求解，获取试样表面的润滑油膜承载力与织构几何参数的变化关系。用激光在40Cr试样上加工出仿生沟槽形织构，并采用销盘摩擦副，开展点面高副接触下的织构减摩性能实验研究，综合分析织构几何参数对表面摩擦性能的影响规律。结果表明：试验与仿真具有较高的一致性，随着沟槽织构宽度W和织构深度H的增加，摩擦因数呈先减小后增加的趋势；沟槽织构对改善工件表面摩擦性能具有重要影响，微织构的存在有助于实现流体动压润滑，提高表面承载力，降低摩擦因数，从而改善工件的摩擦性能。     

激光表面织构氮化钛薄膜的摩擦磨损性能

采用磁控溅射法制备了TiN薄膜,研究了其与激光表面织构的摩擦学协同效应,并基于磨损表面分析,探讨了其减摩抗磨机理。结果表明：TiN薄膜与表面织构具有优异的协同抗磨作用,但减摩作用不明显。织构化TiN薄膜的磨损率相对于原始TiN薄膜降低约20%。表面织构因“机械捕捉效应”和“微存储效应”降低TiN薄膜磨损表面的物质损失,磨损机理为氧化磨损和磨粒磨损。     

激光表面织构对铸铁摩擦磨损性能的影响

目的找出最佳的表面织构方案,将其应用在摩擦副的表面处理上,从而达到降摩减阻、节能减排的目的。方法设计了两种不同的加工面积占有率(10%和20%),三种不同形状的表面织构(圆坑、椭圆坑、沟槽),对铸铁试件进行激光表面加工,并利用环-块磨损试验机进行油润滑摩擦磨损实验。结果表面织构对铸铁材料的摩擦磨损性能有明显改善,尤其在磨损量方面。三种不同形状的表面织构相比,圆形表面织构试件的磨损量最小。两种不同面积占有率相比,面积占有率为20%的圆形微织构试件的磨损量最小,并在一定程度上减小了摩擦系数。结论在本实验研究条件下,面积占有率为20%的圆形表面织构对改善铸铁材料的摩擦磨损性能最显著。     

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。     

液体辅助激光加工织构及表面摩擦特性研究

为了缓解切削加工钛合金等难加工材料过程中存在的刀具磨损等问题,采用激光器分别在空气介质和液体辅助条件下在YG6硬质合金刀具表面加工直线沟槽织构,在UMT直线往复摩擦磨损试验机上测试了不同工艺加工所得织构刀具的摩擦及磨损性能,通过体视显微镜对磨损形貌进行表征分析,采用计算流体力学方法对试验进行模拟仿真,并结合流体动力学分析,探究织构刀具在润滑条件下的减摩机制。结果表明：激光加工工艺显著影响硬质合金刀具表面在切削液润滑条件下的摩擦磨损行为,液体辅助激光加工所得织构表面表现出较好的抗摩擦磨损性能,摩擦因数相对于无织构刀具表面降低了78.2%,主要是由于在摩擦过程中刀具-工件接触区的油膜产生了较好的楔形效应,改善了摩擦过程中的润滑状态,提高了摩擦学性能。     

初始表面粗糙度对沟槽织构摩擦性能的影响

目的探究初始表面粗糙度大小对激光沟槽织构化表面摩擦性能的影响规律。方法采用脉冲光纤激光器在不同粗糙度的45#钢试样表面制备具有不同深度、规则排列的沟槽织构,利用摩擦磨损试验机进行销-盘式往复摩擦试验,研究初始表面粗糙度对沟槽织构化表面摩擦系数的影响规律,以及不同初始表面粗糙度条件下,激光沟槽织构化表面的摩擦学行为。结果沟槽织构能够有效降低表面的摩擦系数,初始表面粗糙度、载荷和速度的大小对沟槽织构的润滑减摩性能有较大影响。在较低的载荷下,沟槽织构能有效提高表面的流体动压润滑效应;在较高的载荷下,沟槽织构能够有效改善表面的边界润滑性能。存在最优初始表面粗糙度,使得摩擦系数达到最小,初始表面粗糙度最优值的大小应根据载荷和速度大小来确定。结论根据摩擦副表面的载荷和速度工况条件,合理优化初始表面粗糙度能使沟槽织构获得较为理想的润滑减摩效果。     

织构化刀具表面摩擦磨损特性与减摩降磨机制研究

在刀具表面设计并加工出一定结构的微织构,可大幅改善刀具-切屑表面的摩擦状态。为了探究不同形态的织构刀具在干摩擦状态下的摩擦磨损特征,通过有限元仿真分析软件ABAQUS对不同织构类型的刀具进行分析,结合刀具的应力状态分布情况分析各类织构对减摩抗磨作用的影响。同时,利用飞秒激光器在刀具表面加工不同类型的织构并与钛合金磨球进行摩擦磨损实验,测定其摩擦因数,分析不同类型织构刀具表面的磨损情况和形貌。仿真及试验结果表明：刀具T1应力集中区分布广泛,应力集中严重;相对于T1,刀具T2、T3、T4、T5的等效应力值出现大幅降低,且应力分布较为均匀,其中刀具T4的表面等效应力值最低,且降温效果最优。上述结果表明：带有不同类型织构的刀具较无织构刀具的摩擦因数均有不同程度降低,一定程度上缓解了刀具表面的黏结磨损,其中T4摩擦因数降低最为显著,减摩效果最为突出。     

激光织构化表面MoS_2薄膜的减摩抗磨性能

采用多弧离子镀结合低温离子渗硫技术制备了织构化Mo S2薄膜,借助扫描电镜及X射线能量色散谱仪对其形貌及组成进行了表征,利用往复摩擦磨损试验机研究了其与激光表面织构的摩擦学协同效应,并基于磨损表面的形貌及组成分析,探讨了其润滑抗磨机理。结果表明:Mo S2薄膜主要由球形或近球形颗粒组成,结构较为均匀致密,与激光织构具有良好的协同减摩抗磨作用。相对单一的Mo S2薄膜而言,织构化Mo S2薄膜能使摩擦系数及上下试样磨损率分别进一步降低约27.5%、21.2%和52.6%。表面织构因其"微观动压"及"机械捕捉"效应,能够促进Mo S2颗粒的二次释放和重新转移并铺展形成低剪切强度的保护层,进一步降低摩擦磨损。     

表面织构对滑动电接触界面摩擦学行为的影响

目的 利用表面织构减摩抗磨的优良特性,将其应用于电接触摩擦表面,探讨它对滑动电接触界面摩擦磨损及电接触可靠性的影响。方法 利用激光系统制备2种织构,即方坑型表面织构(SPT)和沟槽型表面织构(GT),并与光滑表面的载流摩擦学信号进行对比分析。利用ABAQUS模拟试验,分析界面接触应力、电压和位移的变化特性。结果 随着试验的进行,GT表面的摩擦因数逐渐增大,并与光滑表面达到同一水平(0.7),SPT表面的摩擦因数在整个试验过程中始终较低(0.4)。光滑表面在电接触过程中发生了多频振动现象,2种织构表面的振动信号非常微弱,尤其是SPT表面,仅出现了100 Hz的振动频率。光滑表面和GT表面出现较严重的磨损现象,而SPT表面磨损轻微。有限元分析结果表明,表面织构的存在能够避免应力集中现象,GT表面的应力较大(90 MPa),且始终分布在沟槽棱边。结论 在电接触状态下,2种织构表面均能不同程度地降低界面的摩擦因数和摩擦力,其中SPT表面的减摩降磨效果最显著。GT表面沟槽棱边的损伤和磨屑堆积是导致其逐渐失去减摩效果的主要原因。模拟分析结果证实,SPT表面织构的存在能避免应力集中,有利于改善磨损和降低振动强度。虽然GT表面的最大应力分布也具有时变特征,但是其值较大,且分布在沟槽棱边,导致沟槽织构的减摩效果逐渐减弱。     

电火花毛化表面形貌的分形机理与磨损性能

用分形几何理论表征电火花毛化表面微观形貌,通过常规的表面粗糙度指标,建立主要放电参数与毛化表面分形参数间的数学模型,利用分形参数研究电火花毛化加工参数对表面形貌的影响规律.在摩擦磨损分形预测模型的基础上,分析了表面形貌分形参数对磨损率的影响.确定主要的放电加工参数(脉冲峰值电流和脉冲宽度)所导致的加工表面形貌变化对最终...     

闸瓦几何参数对制动尖叫噪声的影响

目的 研究车辆制动时闸瓦摩擦体与车轮踏面间摩擦力诱发的自激振动现象,获得抑制制动尖叫噪声的有效措施.方法 建立带踏面制动系统的车辆转向架模型,分别模拟了当闸瓦与车轮间摩擦系数(μ)为0、0.25、0.4时,闸瓦摩擦体与车轮踏面间接触力的波动情况.采用踏面基础制动装置有限元模型研究了闸瓦摩擦体宽度、磨耗程度和几何形貌对制...     

表面沟槽与润滑剂协同作用对摩擦振动和噪声特性的影响

目的 提升表面沟槽的减振降噪性能,延长其寿命,通过试验方法探索合适的优化方式。方法 借助数控加工方法在蠕墨铸铁材料表面加工出一定尺寸沟槽,并在沟槽填充固体润滑剂MoS2,以获得具有不同时变特性的表面。采用球-平面接触方式进行摩擦对比试验,研究沟槽与固体润滑剂MoS2协同作用对界面摩擦振动及噪声特性的影响。结果 沟槽与MoS2固体润滑剂协同作用时,不仅有效地缓解了过沟冲击振动,还进一步抑制了摩擦振动及噪声的产生。与光滑表面相比,填充MoS2的表面噪声主频幅值降低约13.4 dB。结论 该试验条件下,接触表面粘着撕裂和犁削作用等产生的“不平顺”界面因素是激发摩擦振动及产生噪声的主要诱因。沟槽与MoS2结合不仅维持了界面的完整性,还能保持其时变特性,能减缓并削弱“不平顺”界面因素的产生,进一步优化表面沟槽减振降噪的功能,并能减小磨损,延长沟槽的使用寿命。     

表面织构化刀具的研究现状与进展

高速切削加工作为难加工材料的主要加工方式,在其切削过程中,刀具的快速磨损、加工表面质量差等问题显著。近些年来,表面织构由于在控制摩擦、减小磨损和改善润滑性能等方面的作用引起了国内外学术界和产业界的广泛兴趣,为刀具减摩降磨技术的研究提供了新方向。表面织构效应是通过在摩擦副表面加工出具有不同形状几何参数和分布特征的微凹坑、微沟槽等阵列结构时,表面的摩擦磨损和润滑特性随之改变的热动力学效应。针对表面织构技术在刀具方面的应用研究,描述了刀具表面织构的主要制备方法,对比分析了各种制备方法的优缺点,然后分别阐述了微沟槽织构、微凹坑织构、纳米织构/微纳复合结构阵列以及织构化自润滑刀具在减缓刀具磨损、提高加工质量等方面的研究现状与进展,同时分析了表面织构改善刀具系统摩擦学性能的原因和机理,最后指出刀具表面织构技术目前研究存在的问题及其对刀具减摩降磨的重要意义。     

织构化表面改性及其在生物材料上的应用

表面织构化(Surface texturing)改性是指根据材料属性选择合适的加工手段,在相对运动的摩擦副表面引入具备特定形状、尺寸、分布和排列的微观结构阵列,从而实现摩擦副摩擦学性能的调控。随着生物材料的迅速发展,生物界面的摩擦学问题是制约其服役安全与寿命的关键因素。表面改性(如合理的表面织构化设计)因强大的润滑优化功能,由此受到科研工作者的广泛关注。在生物材料服役寿命需求日益增加的背景下,首先分析和总结了典型生物材料产品——人工关节在人体服役过程中的失效原因,并将其分为了摩擦学和生物学问题,由此提出了通过表面织构化技术改进人工关节材料的耐磨性和增强其生物相容性,最终达到实现长寿命人工关节服役的目的。详细地论述了近年来表面织构在生物材料上的研究进展,分析了表面织构化参数,如形状、尺寸及排布等对摩擦学性能的影响,考察了不同织构对摩擦副在不同运动工况下承载力及耐磨性的影响,阐述了表面织构的减摩耐磨机理。最后讨论了表面织构对细胞接触引导生长的调控,如对细胞的粘附状态、形态、增殖和分化能力的影响,尽管利于细胞生长的尺寸小于润滑优化的尺寸,但通过多层次或复合设计可望实现生物相容性与摩擦学性能改善相兼具的目标。最后在现有人工关节材料表面改性的研究基础上,对延长人工关节服役寿命的研究方向、发展趋势和应用领域进行了展望。     

织构化热处理对钢轨钢耐磨性和寿命的影响

目的减小钢轨钢表面因离散硬化产生的硬化区与基材边界处的硬度突变,从而消除磨损过程中硬化区与基材边界处因材质不连续而产生的早期碎裂现象,进一步提高钢轨钢的耐磨性和寿命。方法提出了一种基于层流等离子体束离散硬化的表面织构化热处理方法。与之前的离散圆点状硬化不同,通过调节等离子体束在试样表面的运动速度,改变试样表面的加热时间,在硬化区与基材之间人为地附加了一个过渡区。为了揭示织构化热处理对钢轨钢滚滑性能的影响,在摩擦磨损试验机上进行了磨损试验。磨损后的试样经切割、打磨、抛光和腐蚀,在光学显微镜和扫描电子显微镜下进行了观察,以分析试样的磨损过程和织构化热处理提高试样耐磨性的机理。结果由于附加过渡区的存在,相变区的一边被拉长,形状变为泪滴状。硬化区到基材的硬度变化率由3500 HV/mm降低至200 HV/mm,在圆点状硬化中可观察到的硬度突变消失。同时,在磨损实验中,泪滴状硬化试样的磨损量较圆点状硬化试样降低了27%,边界碎裂消失。结论具有附加过渡区的试样比圆点状硬化的试样具有更好的耐磨性和抗塑性变形能力,该方法对提高钢轨钢的使用寿命具有一定的应用前景。     

非晶碳基薄膜及其表面织构化后的水润滑性能研究进展

非晶碳基薄膜在水中具有低摩擦磨损特性和好的耐腐蚀性,但在摩擦过程中容易发生局部剥落,进一步提高薄膜在水中的承载力是目前的热点研究方向之一.在综合分析非晶碳基薄膜的摩擦学性能及其改性,以及采用表面织构化提高材料承载力的基础上,阐述了将两者相结合以改善薄膜整体性能的研究现状和发展前景.