固体表面特性对摩擦学性能的影响

摩擦学是研究作为相对运动的相互作用的表面及其有关理论与实践的一门科学和技术。因此,摩擦副材料的表面及其固体化学特性便不可避免地影响其摩擦学性能,对这方面所作的研究性尝试无疑会丰富我们关于固体化学和摩擦学的认识。 1.固体晶面对摩擦学性能的影响 表1列出了晶粒钨在不同晶面上的摩擦系数,晶面分别为{110}、{210}、{100}面,同时还列出了吸附质H_2、O_2、CO_2、H_2S对摩擦系数的影响。从中可见,固体表面上不同晶面的摩擦学行为是有较大差异的。 一般而言,金属的摩擦系数,在原子密度最大、表面能量最低的晶面上有最低值。在体心立方结构中,一般为{110}面,在面心立方结构中为{111}面,在紧密堆集六方结构中为{0001}面。     

表面织构化对摩擦学性能影响的研究进展

表面织构技术是通过微细加工技术在材料表面加工出具有一定几何形貌与尺寸,且排列规律的图案,从而改善材料表面摩擦学性能的新型表面改性技术。表面织构因在改善材料摩擦学特性方面具有的突出优势而在机械摩擦配副中发挥着重要的作用。介绍了常见的表面织构加工技术,阐述了不同工况下表面织构的减磨机理,总结了表面织构形貌及其几何参数对耐磨性能的影响,并展望了表面织构技术的未来发展方向。     

滑动表面仿生微结构的摩擦学效应

主要阐述在3种不同摩擦条件下(干摩擦、油润滑、水润滑),仿生表面微结构的形状、尺寸和分布密度对滑动表面摩擦学效应的影响.在干摩擦条件下,滑动表面仿生微结构能够将磨屑存储起来,排除了磨屑在滑动表面上的聚集,改善了摩擦学性能.而在油和水润滑条件下,仿生微结构能产生液体动压润滑薄膜和微型动压润滑室,导致承载能力增强和摩擦因数降低.因此,仿生表面微结构能显著地降低摩擦因数,提高滑动表面抗磨损的能力.     

表面织构及其对摩擦学性能的影响

介绍了表面织构的图案和加工方法以及摩擦学性能的测试方法,阐述了不同表面织构对摩擦学性能的影响及机制,总结了当前表面织构研究的主要成果,并提出了未来表面织构研究需要深入开展的工作.     

工程耐磨构件表面织构及摩擦学性能研究

表面织构是利用特定的加工方法在构件的摩擦表面加工出一定尺寸和排列的微小阵列,可有效改善表面润滑状态,降低摩擦系数,减少磨损量和表面温升。分析了不同工程耐磨构件表面织构的类型和加工方法以及表面织构对构件表面摩擦学性能的影响,提出了工程耐磨构件表面织构研究的方向。     

表面修饰Bi纳米微粒的制备及摩擦学性能

为研究低熔点金属纳米微粒作为润滑油抗磨添加剂的摩擦学性能,采用原位表面修饰液相化学还原的方法,制备了硬脂酸修饰B i纳米微粒,通过XRD,TEM,FT-IR等分析手段对其形貌和结构进行了表征,在四球摩擦磨损试验机上考察了所制备表面修饰B i纳米微粒添加在液体石蜡中的减摩抗磨性能。结果表明,所合成的纳米微粒具有斜方晶型B i的晶体结构,平均粒径10~20 nm,分散好,颗粒之间无团聚现象,有机修饰层的存在防止了B i纳米微粒的氧化。硬脂酸修饰B i纳米微粒在中低负荷下作为润滑油添加剂具有良好的减摩性能和较好的抗磨性。     

超细软金属铜粉在润滑脂中摩擦学性能的考察

通过四球试验，考察了软金属微米铜粉在润滑脂中的摩擦学行为和抗磨性。试验结果表明：在适当含量和载荷条件下，铜粉加入润滑脂中可以提高脂的抗磨性。通过对磨斑表面形貌分析，含有铜粉的润滑脂的磨斑表面要比基础脂的磨斑表面光洁度高。     

DLC薄膜的表面形貌及其摩擦学性能研究

以真空蒸发碳离子束辅助镀膜法制备了DLC薄膜，通过原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)观察了该薄膜的表面形貌，对该薄膜的表面形貌对其摩擦学行为的影响进行了研究。研究发现：用真空蒸发碳离子束辅助镀膜的方法制备的类金刚石薄膜表面光滑，颗粒均匀，粒度小，摩擦因数降低；DLC薄膜比弹簧钢片及Ti6Al4V球基体耐磨；DLC薄膜的摩擦学性能在摩擦过程中会进一步改善。     

MoS2的表面修饰与摩擦学性能研究

分别用油酸（OA）、司班-60（Span-60）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）-二烷基二硫代磷酸吡啶盐（Py-DDP）对MoS2纳米微粒进行表面修饰,考察了修饰后微粒的形貌、在液体石蜡中的分散稳定性和润滑性能,并采用四球摩擦磨损机测试了其摩擦学性能。结果表明,选用不同修饰剂所得到的修饰MoS2纳米微粒的稳定性和摩擦学性能均有不同程度的提高,其中以CTAB—PyDDP修饰MoS2纳米微粒的分散稳定性更佳,摩擦学性能最好。     

表面修饰硼酸镧纳米粒子的制备及摩擦学性能

以La(NO3)3.6H2O和Na2B4O7.10H2O为原料,添加硅烷偶联剂KH550,采用化学沉淀法制备出表面被修饰的硼酸镧纳米粒子;将制备的纳米颗粒按2%的比例加入纯基础油中制备成液固相分散体系,采用透射电子显微镜对体系的分散性进行表征,采用MMU-10G摩擦磨损试验机测试该分散体系对钢摩擦副的摩擦学性能。结果表明:该润滑油分散体系具有优异的抗磨性能以及良好的减摩效果,与纯基础油相比,在250 N、450 r/min转速下摩擦运行30 h的磨损率下降83%,摩擦因数下降30%。SEM、EDX分析表明,在摩擦过程中硼酸镧纳米材料参与了摩擦表面的成膜反应,起到了修复作用。     

激光表面织构化对压裂泵柱塞摩擦性能的影响

采用激光加工的方法在压裂泵柱塞试件表面熔蚀出一系列不同面积比和直径的微小型、低密度圆柱形表面织构凹坑。采用销-盘试件运动模拟3000型压裂泵密封摩擦副,在MDW-1型万能摩擦磨损试验机上研究不同表面织构的20#钢与丁腈橡胶弹性材料配副时的摩擦特性。结果表明：合理布置的表面织构能够明显降低摩擦因数与温升,且凹坑能够吸纳磨粒、避免二次磨损。在载荷100 N、速度2.2 m/s试验条件下,表面织构均匀分布、面积比为2.0%、直径为0.20 mm圆柱形凹坑,可使摩擦因数和温升分别降低56.2%、55.4%,且试件表面磨斑、磨痕明显减少。     

不同介质下CrN_X薄膜的摩擦学特性研究

采用电弧离子镀技术在45#钢衬底表面沉积了CrNX薄膜.用显微硬度计测试了薄膜的硬度,用X射线衍射仪分析了薄膜的相结构,用球-盘式摩擦磨损试验机评价了在不同介质条件下(干摩擦、水润滑、油润滑)CrNX薄膜的摩擦学性能,用表面轮廓仪测试了磨痕处的磨痕轮廓,用扫描电镜(SEM)观察了薄膜磨痕形貌.结果表明,相对于干摩擦,水润滑和油润滑条件下,CrNX薄膜的摩擦因数和磨痕深度都有明显降低的趋势.干摩擦条件下薄膜主要表现为磨粒磨损;水润滑条件下,主要表现为腐蚀磨损;油润滑条件下由于油膜在两摩擦表面的吸附,薄膜几乎无磨损.     

纳米复合材料摩擦磨损性能研究进展

介绍了纳米复合材料的组成、分类和制备方法,评述了纳米复合材料的摩擦磨损性能研究进展,总结了纳米复合材料摩擦学性能的主要影响因素,分析了纳米复合材料的摩擦磨损机制,指出了当前纳米复合材料摩擦学研究领域的发展趋势和有待于研究和解决的问题.     

烷基咪唑-螯合硼酸离子液体摩擦学性能

以1,3-二癸基咪唑为阳离子,双水杨酸螯合硼酸为阴离子开发一类新型的环境友好螯合硼酸酯-烷基咪唑离子液体n-DICB/i-DICB,采用四球试验机考察2种添加剂在三羟甲基丙烷三油酸酯(PETO)基础中的摩擦学性能,采用SEM、EDX和XANES分析磨损表面的形态和摩擦中形成的摩擦膜的化学成分。结果表明：n-DICB/i-DICB具有优异的综合摩擦学性能,可显著提高可生物降解基础油的减摩、抗磨和极压性能;i-DICB的减摩性能和极压性能优于n-DICB,质量分数2.5%的i-DICB可使PETO的摩擦因数和磨斑直径分别降低33.0%和22.1%,最大无卡咬负荷提高66.6%。摩擦过程中,n-DICB/i-DICB形成了由B₂O₃、Na₂B₄O₇、NaBO₃和BN等混合物组成的致密摩擦膜,这是离子液体具有优异的摩擦性能根本原因。     

改性尼龙水润滑轴承摩擦学性能试验研究

针对舰艇推进系统用水润滑轴承低噪声设计需求,研制改性尼龙（PA）的轴承材料及轴承样机,利用多功能摩擦磨损试验机对改性PA材料样品进行摩擦学性能试验,并与丁腈橡胶和赛龙SXL材料的摩擦学性能进行对比;在水润滑轴承试验台上开展PA轴承样机转速特性试验和载荷特性试验,获取不同比压和转速下摩擦因数和振动特性数据。研究结果表明：与丁腈橡胶和赛龙SXL材料相比,改性PA材料具有摩擦因数小、磨损率低的优点;低转速下,水润滑轴承摩擦因数随转速增大而减小,随比压增大而增大,转速增加至100 r/min后,摩擦因数变化趋势逐渐减缓;在工作转速范围内改性PA材料水润滑轴承无异常摩擦振动和噪声。研究结果为舰艇低噪声水润滑艉轴承设计提供参考。     

润滑添加剂对磁流变液摩擦学性能的影响

以羰基铁粉为悬浮相、硅油为分散相,分别加入石墨、硼酸三丙酯、四硼酸钠和四硼酸钾作为润滑添加剂,采用球磨分散的方法制备磁流变液。用四球摩擦磨损试验机考察4种润滑添加剂在磁流变液中的摩擦磨损性能。采用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌,并进行机制分析。结果表明,磁流变液抗磨性能非常差,主要是以三体磨粒磨损为主,加入4种润滑添加剂后均能提高磁流变液的抗磨性能,其中以四硼酸钠的减摩抗磨效果最好,抗磨性能相比提高了57%。     

Micro/Nanotexture Design for Improving Tribological Properties of Cr/GLC Films in Seawater

Microdimples with different diameters and Cr/graphite-like carbon (GLC) films were fabricated on silicon by laser surface texturing and magnetron sputtering technology, respectively. The texturing effects on the microstructures and tribological performance in seawater were comparatively investigated. The results showed that both the friction coefficients and wear rates in seawater decreased with an increase in dimple diameter in the lower range and then increased with a further increase in diameter. The Cr/GLC film with an appropriate diameter of dimples (1.5 µm) is effective in enhancing the tribological properties due to entrapment of wear particles and seawater in the dimples. In addition, the roughness and graphitization contact area have obvious effects on the wear resistance. If the surface roughness is too high, the graphitization contact area will decrease, and the ratio of minimum aqueous film thickness to the surface roughness is so small that the load is almost totally borne by the boundary film.     

硬脂酸修饰Sn纳米微粒的制备及摩擦学性能

为研究固体润滑剂软金属Sn作为润滑添加剂的摩擦学性能,采用原位表面修饰液相化学还原的方法制备了硬脂酸修饰Sn纳米微粒。通过XRD,TEM,FT-IR等分析手段对其形貌和结构进行了表征,在四球摩擦磨损试验机上考察了硬脂酸修饰Sn纳米微粒作为液体石蜡添加剂在不同添加量和不同施加载荷下的摩擦学性能。结果表明,所制备的纳米微粒具有四方晶型Sn的晶体结构,粒径细小,平均粒径5~10 nm,有机修饰层的存在能防止Sn纳米微粒被氧化。硬脂酸修饰Sn纳米微粒在中低负荷下作为润滑油添加剂具有良好的减摩抗磨性能,并且能够提高基础油液体石蜡的承载力。     

一种水溶性润滑添加剂的制备及其摩擦学性能研究

合成一种水溶性润滑添加剂辛基酚聚氧乙烯醚单硫代磷酸酯化合物TPD,利用四球试验机和SRV-IV摩擦磨损试验机考察其在水-乙二醇基础液中的润滑性能。结果表明,含该化合物的水基润滑剂具有优良的承载能力和抗磨性能且在水中具有优异的稳定性;XPS电子能谱分析显示,该水溶性化合物在摩擦过程中生成了富含磷酸铁、硫酸亚铁、硫酸铁以及FeS、FeS2和一些含硫、氮小分子有机物组成的边界润滑膜,从而起到了良好的抗磨减摩作用。     

海水润滑赛龙陶瓷轴承的摩擦学性能研究

分析海水润滑轴承的主要磨损形式,建立海水润滑赛龙陶瓷轴承的弹流润滑模型,通过数值计算发现在赛龙陶瓷/钢摩擦副间可以形成海水弹流润滑膜,轴承间水膜厚度分布有明显颈缩现象,但压力分布图中第二压力峰不明显;随着转速的增加,海水润滑膜膜厚及最小膜厚都变薄;相同条件下,赛龙陶瓷轴承用海水润滑比用纯水和油润滑时更不容易形成弹流润滑薄膜。