溅射沉积MoS_2/Sb_2O_3复合润滑膜的摩擦磨损过程与失效分析

采用UMT-2型球-盘摩擦磨损试验机研究溅射沉积MoS2/Sb2O3复合固体润滑膜的滑动摩擦磨损寿命,采用显微镜分析球-盘摩擦副在不同磨损阶段的磨损形貌与磨损状况,并对磨痕位置S、Mo元素进行XPS分析。结果表明:在摩擦磨损寿命试验过程中,摩擦副的接触方式最开始的点接触逐步过渡到面接触;MoS2固体润滑膜对滑动摩擦副的延寿作用是基底材料表面的有效厚度润滑膜及MoS2对摩擦偶件(钢球)的转移;机械磨损的剪切剥离效应是润滑失效的主要原因,MoS2的氧化在一定程度上加剧了润滑失效的进程。     

复合固体润滑膜在阀门电动传动装置中的应用

SDZH2—10阀门电动装置蜗轮蜗杆分别为ZCuAl9Fe4Ni4Mn2和40Cr,其传动比为70、载荷约为4137N、相对滑动速度为5．3m／s,接触应力大,摩擦时温度达300℃左右、油润滑失效,导致了齿轮表面磨损严重,需要采用固体润滑。采用磷化预处理来提高固体润滑膜和基体的结合力,同时加入钛酸钾晶须来提高膜的强度,3000C和5000C时,加钛酸钾晶须的耐磨寿命分别是未加钛酸钾晶须的2．4倍和3倍。磷化＋钛酸钾晶须处理的固体润滑膜（称之为复合固体润滑膜）的耐磨寿命是未磷化处理的3倍,且摩擦系数值只有未磷化处理的1半以下,该复合固体润滑膜在载荷大、滑动速度高、摩擦温度高的极端摩擦状态下,能改善原有的蜗轮蜗杆传动中润滑状况,达到减磨的效果。     

冲击滑动条件下MoS2固体润滑薄膜的磨损

为了减少和避免滚动轴承保持架与套圈接触表面的冲击滑动磨损,Mo S2等固体润滑膜被广泛用于轴承保持架表面和套圈引导面的润滑改性。为研究冲击滑动条件下Mo S2固体润滑薄膜的摩擦磨损特性,在自制的冲击滑动磨损试验装置上,在干摩擦及油润滑条件下对9Cr18轴承钢表面制备的Mo S2固体润滑膜进行不同冲击频率、冲击力和滑动速度下的摩擦磨损试验。结果表明,Mo S2固体润滑膜的失效模式主要受润滑状态和冲击力的影响,随着冲击力及冲击频率的增加,Mo S2固体润滑膜表面摩擦力矩增大,且油润滑比干摩擦下摩擦力矩显著减小;黏结工艺加工的冲击试样表面失效以疲劳裂纹及剥落为主,喷涂工艺加工的回转试样则展现出稳定的表面磨损。     

大气环境下溅射MoS_2/Ti膜708C角接触球轴承寿命试验

以溅射MoS2/Ti润滑膜的708C角接触球轴承为对象,在大气环境下通过施加不同轴向载荷进行寿命试验,研究轴向载荷对轴承润滑寿命的影响。结果表明,内圈沟底和球表面的磨损程度随着轴向载荷的增大而加剧,但内沟道侧面的磨损程度随着轴向载荷的增加而减弱,特别是施加60和70 N轴向载荷时,内沟道侧面润滑膜仍然比较致密,这可能与轴向载荷增大使轴承在运转过程中沿轴向的摆动幅度减小有关。     

空间机构MoS2固体润滑真空摩擦特性研究

研究超高强度不锈钢CF170材料上MoS_2固体复合润滑膜的真空摩擦特性和耐湿热性能,为空间机构产品选用可靠的MoS_2润滑膜提供理论基础和试验数据。在CF170材料的表面分别制备有机黏结MoS_2复合润滑膜、无机黏结MoS_2复合润滑膜和溅射MoS_2复合润滑膜,进行摩擦磨损试验和耐湿热性能试验,结合光学显微镜和电子扫描显微镜对摩擦磨损形貌进行微观分析。通过分析可知,有机黏结MoS_2复合润滑膜在摩擦过程中形成滑移面以降低摩擦因数;无机黏结MoS_2复合润滑膜在摩擦过程中使摩擦偶件与试件之间的摩擦转换为滚动摩擦降低摩擦因数和延长耐磨寿命;溅射MoS_2复合润滑膜在摩擦过程中被摩擦偶件剪切剥离,摩擦由点接触逐步过渡到面接触,增强了摩擦副之间的润滑效果。试验结果表明:溅射MoS_2复合润滑膜平均摩擦因数较小,耐磨寿命较长,磨损率很低,并且具有良好的耐湿热性能,适用于空间机构的润滑。     

耐高温复合固体润滑涂层的研究

常见的金属基固体润滑剂MoS 2、WS 2、Sb 2 O3性能优良,但作为单一涂层的局限性较大.将3种固体润滑剂复配成一种耐高温复合固体润滑涂层,通过正交试验得到优化的涂层配比,通过高温摩擦磨损试验考察该复合涂层的润滑性能.结果表明,在高温高压下该复合涂层具有较低的摩擦因数和良好的耐磨性能.电镜分析表明,高温高压摩擦磨损试验后,涂层试件表面仍然存在较均匀的固体润滑膜,可以起到很好的润滑作用.     

固体润滑剂MoS2溅射技术

本文讨论目前应用广泛的溅射工艺,特别是应用于沉积MoS2、WS和PTFE固体润滑的溅射技术.溅射MoS2膜试验结果表明,固体润滑特性直接受选择的溅射参数(功率、密度、压力、溅射蚀刻、直流偏压等)和底材温度、表面化学性质、外形以及摩擦试验时环境条件的影响.电子显微镜和其他表面灵敏的分析手段表明,溅射MoS2膜的形态和化学性质的组合变化直接影响膜的结合强度和摩擦性质,薄的溅射润滑膜只有在选择了合适的溅射参数和被镀工件的材料时,才能可靠使用.附图1幅,参考文献2篇.     

固体润滑滚子轴承的接触表面应力分析研究

为获得固体润滑滚动轴承滚动体与滚道处的接触应力,通过固体润滑滚子轴承拟动力学分析并考虑涂层的影响,获得了滚子轴承稳定运行过程中滚动体的力载分布。通过建立带涂层接触的平面应变问题的力学模型,将涂层与基底两种材料的特性等效为一种材料来求解滚子与接滚道触应力分布情况,并与轴承的拟动力学分析相结合,获得了滚子轴承中滚动体与固体润滑膜接触表面的接触变形、接触半径与外加载荷之间的关系,讨论了不同涂层的弹性模量以及不同涂层厚度对接触界面应力分布的影响。当涂层弹性模量比基底大时,涂层的存在使得接触半宽减少,最大名义接触应力增加;涂层弹性模量比基底小时,则与之相反。当涂层的厚度<0.01mm时,涂层的存在对固体润滑滚子轴承的接触表面应力分布影响较小;在一定范围内,当涂层的厚度逐渐增大时,涂层对轴承接触表面应力分布的影响增大。     

Monel合金粒子注入对MoS_2固体润滑膜形貌及性能的影响

采用扫描电镜观察、摩擦磨损试验和盐雾试验等研究了Monel合金粒子注入对MoS2固体润滑膜形貌及摩擦性能、耐盐雾腐蚀性能的影响。结果表明:Monel合金粒子的注入使MoS2膜层更加致密完整,有效提高了MoS2固体润滑膜的润滑性能和耐腐蚀性能,其平均摩擦因数约为0.103,摩擦寿命超过60mim;盐雾试验后膜层的润滑性能变化不大,膜层的保护等级和外观等级均为10级,满足航天飞行器特种固体润滑材料在海洋环境下的润滑和耐盐雾腐蚀的双重要求。     

激光微织构表面黏结型固体润滑膜性能研究

采用声光调Q二极管泵浦Nd∶YAG激光器在45#钢表面进行织构化处理,并填充不同的黏结MoS2基复合固体润滑剂;在销盘线接触的摩擦磨损试验机上研究含不同配比复合固体润滑剂的织构表面的滚动摩擦性能。研究结果表明:织构表面填充黏接型复合固体润滑剂改善了其摩擦性能,其中填充含质量分数50%MoS2复合固体润滑剂的织构表面的摩擦因数最低;在线接触滚动过程中,黏结MoS2基复合固体润滑剂织构表面的摩擦因数均随着载荷和转速的增大而减小,这是因为高速重载促进了转移膜在对偶面的形成,该转移膜显示出良好的减摩性能。     

点接触弹流摩擦副动特性研究

弹流油膜具有显著的弹簧、阻尼特性,对高副机械零件和系统的动特性具有重要影响。研究弹流摩擦副的动特性,揭示弹流摩擦副动力学特性的变化规律,对改进和提升整个机械系统的动力学设计具有重要意义。基于弹流润滑理论和机械振动学,建立点接触弹流摩擦副的摩擦学-动力学耦合模型,采用数值方法求解弹流摩擦副在简谐激励下的振动响应;通过简谐激励下弹流摩擦副的阻尼环识别出弹流摩擦副的刚度和阻尼,用参数控制的方法研究载荷、速度、材料参数及椭圆度等对弹流摩擦副刚度和阻尼的影响。结果表明：在研究的速度和载荷范围内,摩擦副的刚度和阻尼随载荷和椭圆度的增大而增大,随速度和材料参数的增大而减小,其中载荷对点接触EHL摩擦副的刚度和阻尼的影响最为显著,相比阻尼,摩擦副的刚度随载荷、速度和材料参数的变化幅度要大得多。在数值算例的基础上,给出弹流摩擦副的刚度和阻尼关于载荷、速度和材料参数的拟合公式。数值比较结果表明,给出的拟合公式具有满意的精度,可快速计算弹流状态下点接触摩擦副的刚度和阻尼。     

考虑软三体接触的粗糙界面混合润滑模型研究

软三体颗粒润滑是利用大量松散的固体软颗粒在界面中的承载和剪切行为实现特殊环境下界面的减摩,因此研究软颗粒介质摩擦界面在剪切过程中的受力情况,对软三体颗粒润滑机理的分析以及润滑装置的设计都具有重要意义。研究中将第三体颗粒类比为流体,基于雷诺方程、黏度方程、Greenwood和Williamson接触模型（G-W模型）等建立了含大颗粒粗糙界面的混合润滑模型。该模型中摩擦副的总载荷及总摩擦力由流体、微凸体和大颗粒三部分共同构成。通过采用有限差分法对上述物理模型进行求解分析,探究膜厚比、第三体大颗粒的质量浓度、粒径以及试件的表面形貌、弹性模量对三体接触界面的承载和摩擦力的影响情况,进而分析大颗粒粒径和接触表面粗糙度耦合时软三体接触界面的力学性能。基于对所构建的软三体接触界面混合润滑模型的研究可知：合理选择大颗粒质量浓度、粒径以及试件的表面形貌、弹性模量有助于提高承载、减小摩擦力,使得软三体颗粒流具有更好的减摩润滑性能。     

UHMWPE基水润滑尾轴承润滑特性仿真及试验研究

针对UHMWPE基高分子复合材料水润滑轴承的润滑特性开展研究。采用双向流固耦合算法研究弹性模量和泊松比等材料参数以及转速、负载等工况参数对水润滑轴承偏心率、最大水膜压力、轴承最大变形量、最小水膜厚度、摩擦因数等润滑特性的影响。基于改性UHMWPE高分子复合材料轴承的试验,验证了仿真方法的正确性。研究表明:计入弹性变形的流固耦合算法在研究高分子复合材料轴承性能方面具有更高的精度;随轴瓦材料弹性模量和泊松比的增大,轴承承载力逐渐增大、弹性变形量逐渐减小;随负载增大,轴承最大水膜压力和最大变形量基本呈线性增长;随转速增大,轴承最大水膜压力和轴承最大变形量显著减小;对于高分子复合材料轴承,低速、重载工况下不计入弹性变形的算法误差更大。     

Finite element analysis of spherical indentation to study pile-up/sink-in phenomena in steels and experimental validation

The ball indentation technique based on deforming a material with a spherical indenter is an useful non-destructive tool for evaluating mechanical properties from a very small volume of material. In this work, the indentation test carried out using a 1.0 mm diameter tungsten carbide ball to penetration depths of around 100–200 μm is modeled using finite element (FE) method and analyzed for three steels having different yield stress and strain hardening exponent. The FE generated load–depth curve is compared and verified with the experimental load–depth data for the three materials. The role of the contact friction at the indenter–specimen interface on both the load—depth plot and indentation profile are examined. The development of pile-up/sink-in during indentation and its dependence on strain hardening characteristics of the material, contact friction and indentation depth are analyzed using the FE model. The indentation profiles obtained from simulation are compared with experimental profiles and the implication of pile-up phenomenon on accurate evaluation of stress–strain values from the experimental indentation load–depth data is discussed.     

弹性材料表面织构对摩擦副润滑性能的影响

为了研究弹性材料表面微织构对摩擦副空化现象和润滑特性的影响,建立考虑空化效应的二维弹性织构计算模型,采用流固耦合方法计算润滑流场与材料变形之间的相互作用。对比刚性材料表面微织构,从弹性模量、滑动速度、微织构深度以及织构间距等方面分析弹性材料表面织构对摩擦副润滑性能的影响,通过实验验证模拟结果的准确性。结果表明：弹性织构摩擦副比刚性织构摩擦副摩擦因数更小,润滑性能更好;存在最优织构深度,使得弹性织构摩擦副的摩擦力最小且承载力最大;适当增大滑动速度以及织构间距可以提高弹性摩擦副的润滑性能;随着弹性模量的降低,弹性变形和油膜厚度增加,空化现象更为显著,摩擦副的润滑性能得到提升。     

Refined simulation of friction power loss in crank shaft slider bearings considering wear in the mixed lubrication regime

Friction reduction is a fundamental factor in decreasing fuel consumption of internal combustion engines. During the design stage of the engine the simulation of friction in the crank mechanism plays a vital role to develop optimum solutions. Due to the interaction of oil and elastic structures with rough surfaces in slider bearings, complex simulation models have to be used for representing the relevant physical behavior. The following article is focused on crank shaft slider bearings of large engines.The article describes a procedure evaluated by measurements showing how to model wear profiles of slider bearings to reach a high quality friction forecast. A fundamental influencing factor of bearing friction is given by the mixed lubrication regime and it is considered in the simulation model as part of asperity contact friction and hydrodynamic friction. Further effects result from the compliance in radial and width directions of the bearing structure and the wear of the bearing surface. Furthermore, the specific operating conditions of the slider bearing such as load, temperature, shaft speed and oil characteristics are essential and have to be taken into account.The objective of this investigation is to propose the wear profile of the bearing surface for the simulation model to be treated iteratively, where simulation results for the amount of mixed lubrication are successively assessed. For this purpose an iterative procedure is introduced and validated by measurements on a slider bearing test rig.The applied simulation method is based on elastic multi-body systems; the lubrication film contact is calculated based on Reynolds differential equation via the pressure balance calculated iteratively in the time domain. The model accounting for the mixed lubrication regime is based on the theory of Greenwood and Tripp.     

橡塑双层复合材料水润滑轴承流固耦合分析

橡塑双层复合材料水润滑轴承综合了橡胶阻尼性好和塑料摩擦性能好的特点，是一种极具发展潜力的新型水润滑轴承，然而其润滑承载机制尚不明确。采用流固耦合仿真方法研究该种轴承在不同载荷、轴瓦厚度和弹性模量下的轴瓦变形分布特点和规律。结果表明：轴瓦变形主要发生在橡胶层，橡胶层轴瓦变形影响塑料层轴瓦的形状，并使其整体发生移动；随载荷增大，轴瓦变形量增大，轴瓦刚度系数减小；随塑料层轴瓦厚度增大，轴瓦总变形量近似线性减小，轴瓦刚度系数增大；而塑料层轴瓦弹性模量的变化对轴瓦总变形和刚度系数影响相对较小。     

考虑稀薄气体有效黏度的微轴承弹流润滑研究

气体稀薄效应和轴瓦弹性变形对微流体设备中气体微型轴承润滑特性影响显著.根据Veijola提出的稀薄气体有效黏度模型,采用有限元法建立柔度矩阵计算轴瓦表面弹性变形量,并推导考虑有效黏度与弹性变形影响的修正Reynolds方程.通过联立求解超薄气膜润滑修正Reynolds方程、稀薄气体有效黏度方程和三维轴瓦弹性方程,分析轴...     

轴瓦的力学性能对水润滑塑料轴承润滑性能的影响

在线接触热弹流润滑的基础上,对水润滑塑料轴承的热弹流模型进行计算,研究轴瓦的力学性能对水润滑塑料轴承润滑性能的影响,分析不同弹性模量下的压力、膜厚、最高温升曲线和温度分布。结果表明:在载荷等满足要求时,应选择弹性模量小的材料;载荷很大时,应选择弹性模量大的材料;弹性模量很大的材料,材料改性重点是增加自润滑性能和增加热传导系数。     

石墨干膜润滑剂在碳钢表面摩擦磨损性能试验研究*

传统油或脂润滑剂在极端工况环境下无法满足碳钢类零件的减摩要求,采用干膜润滑剂是提高极端工况环境下碳钢表面摩擦磨损性能的可行性方法。采用超声波分散方法制备以石墨粉末为基体的干膜润滑剂,使用压力喷涂技术使其沉积在碳钢试件表面,在端面摩擦试验仪中开展干摩擦和石墨干膜润滑剂润滑下摩擦磨损性能对比性试验研究。试验结果表明：石墨干膜润滑剂在碳钢表面的沉积效果较好,沉积的石墨干膜润滑剂具有较好的润滑性能,可以有效地保护碳钢表面不被过度磨损;喷涂石墨干膜润滑剂的碳钢试件的工作寿命随着压力载荷和主轴转速的增大而缩短,负载和滑动速度的联合作用会加速涂层向稳定方向的过渡;磨损过程中形成的微观润滑剂颗粒会形成颗粒流润滑,适当添加石墨颗粒粉末可能会延长润滑剂正常发挥减摩作用的时间。制备的石墨干膜润滑剂为碳钢在极端工况环境下的减摩提供了支持。