砂粒尺寸对丁腈橡胶在原油介质中摩擦磨损行为的影响

利用往复式磨损试验机研究丁腈橡胶在含不同尺寸的尖形和圆形砂粒原油介质中的摩擦磨损行为,并利用体式显微镜和场发射扫描电镜分析橡胶磨痕的表面形貌及检测表面元素含量。结果表明:随砂粒尺寸的增加,丁腈橡胶在含砂原油介质中的摩擦因数和磨损量均逐渐增加,而随着载荷的增加,摩擦因数降低,磨损量增加;在相同载荷和砂粒尺寸下,尖形砂粒存在时的摩擦因数和磨损量都大于圆形砂粒;在小载荷条件下,不同尺寸砂粒的运动方式都以滚动为主,在大载荷情况下,当尖形砂粒尺寸增大到1 mm时,砂粒在材料表面的运动方式以滑动为主;砂粒尺寸以及载荷的增加,均加大了对分子链的破坏,从而使得磨痕表面C元素相对含量降低。     

钾离子对丁腈橡胶在含砂介质中摩擦磨损行为的影响

利用自行设计的往复式磨损试验机研究丁腈橡胶在含砂KCl溶液和蒸馏水2种介质中的摩擦磨损行为,并利用场发射扫描电镜对橡胶磨痕的表面形貌及元素含量进行分析。结果表明:在2种介质中,随着载荷的增加,丁腈橡胶的摩擦因数降低而磨损量增加,但在含砂的KCl溶液介质中摩擦因数和磨损量的变化程度均高于在含砂蒸馏水介质中。丁腈橡胶在含砂KCl溶液的磨损机制为腐蚀磨损以及磨粒滑动侵蚀,在含砂蒸馏水中的磨损机制为湿磨粒磨损。K+使得丁腈橡胶表层及亚表层分子链更容易断裂,进而生成了分子量和分散性都低的产物和小分子单体,以及新的支联网状结构。     

K离子对丁腈橡胶在含砂介质中摩擦磨损行为的影响

利用自行设计的往复式磨损试验机研究丁腈橡胶在含砂KCl溶液和蒸馏水2种介质中的摩擦磨损行为,并利用场发射扫描电镜对橡胶磨痕的表面形貌及元素含量进行分析。结果表明：在2种介质中,随着载荷的增加,丁腈橡胶的摩擦因数降低而磨损量增加,但在含砂的KCl溶液介质中摩擦因数和磨损量的变化程度均高于在含砂蒸馏水介质中。丁腈橡胶在含砂KCl溶液的磨损机制为腐蚀磨损以及磨粒滑动侵蚀,在含砂蒸馏水中的磨损机制为湿磨粒磨损。K+使得丁腈橡胶表层及亚表层分子链更容易断裂,进而生成了分子量和分散性都低的产物和小分子单体,以及新的支联网状结构。     

三体磨料塑变磨损中磨粒运动方式的研究

对三体磨料磨损中磨粒的运动方式做了进一步的理论分析，基于三体磨料磨损中塑变疲劳磨损起主要作用，为突出塑变疲劳磨损的作用，选择圆形磨料进行研究，分析了圆整磨料在三体磨料磨损界面中滚动、滑动的判定，提出了相对滑动界面的判定。     

氮化硅陶瓷球研磨去除机制试验与仿真研究

为研究研磨过程中氮化硅陶瓷球的材料去除形式及磨损行为,结合陶瓷材料动态压痕断裂力学理论,进行陶瓷球研磨加工试验,采用超景深三维显微镜和扫描电镜对研磨后陶瓷球表面进行观察,同时建立单颗金刚石磨粒冲击作用有限元模型并进行仿真研究。试验结果表明:氮化硅陶瓷球表面材料去除以脆性断裂去除和粉末化去除为主,陶瓷球表面残留有大量贝壳状缺陷和呈簇状随机分布的粉末化材料区域;研磨过程中,陶瓷球表面存在擦伤、划伤和凹坑等缺陷;磨粒冲击作用时,表面材料会受微切削作用产生破碎去除,同时也会受挤压作用产生脆性断裂去除,当磨粒以滚动方式作用在陶瓷球表面时,陶瓷球表面更容易形成粉末化去除,且材料去除率更高。仿真结果表明:各磨粒冲击作用方式产生的最大等效应力由大到小的顺序为滚动磨粒变切深、滚动磨粒定切深、磨粒挤压、滑动磨粒定切深,其中,滚动磨粒变切深产生的亚表面裂纹最深。     

实时温度和磨粒条件下氟橡胶密封圈摩擦磨损特性研究

橡胶密封件的磨损失效严重影响了其使用寿命,而井下钻进时地层温度导致的密封件力学性能衰减和岩屑侵入导致的材料磨损失效都是加剧橡胶密封件失效的重要因素。为探讨氟橡胶（FKM）密封件在实时温度环境和磨粒条件共同作用下的磨损失效机制,通过模拟井下实际工况,研究实时温度对氟橡胶密封件力学性能的影响,开展实时温度下氟橡胶密封件与SS304钢配副的磨粒磨损实验,探究橡胶力学性能变化导致温度和磨粒条件下FKM/SS304配副接触形式转变的原因,并分析氟橡胶密封件磨损机制变化以及对摩擦因数、磨损量以及配副表面磨损形貌等的影响。结果表明：氟橡胶硬度、弹性模量等力学性能指标在实时温度升高至60 ℃时发生明显衰退,力学性能的衰退使密封副之间的接触形式由三体接触转变为二体接触;橡胶表面磨损形貌由60 ℃之前的三体磨损导致的凹坑转变为二体磨损时的表面材料剥离,金属表面磨损形貌也由犁沟为主转变为划痕损伤;橡胶磨屑形貌也因磨损机制变化逐渐转变成条状磨屑。研究结果为井下钻进机具密封件材料的选择及性能优化提供依据。     

原油介质中FKM/NBR混炼胶磨损行为研究

在MPV-600型磨粒磨损试验机上研究相同硬度的氟橡胶和丁腈橡胶及其配比为5∶5和2∶8的混炼胶试样在原油介质润滑条件下的磨损行为,分析在不同载荷、转速下混炼橡胶与金属摩擦副的动态摩擦磨损特性,以期得到性能优异的FKM/NBR混炼胶用于螺杆泵定子。利用体式显微镜观察橡胶试样的磨损形貌,初步分析其磨损机制。结果表明:在原油润滑条件下配比为2∶8的混炼胶具有较低的磨损量和较小的稳态摩擦因数,其磨损量略高于氟橡胶;在原油润滑条件下丁腈橡胶的磨损机制是以磨粒磨损为主,而混炼胶和氟橡胶则以疲劳磨损为主。     

炭黑及丙烯腈含量对丁腈橡胶磨损机理的影响

丁腈橡胶是一种重要的螺杆泵定子材料.以不同炭黑及丙烯腈含量的丁腈橡胶与45#钢组成的摩擦副为研究对象,采用MPV-600型环-块摩擦磨损试验机,在干摩擦和原油润滑条件下进行摩擦磨损试验,对丁腈橡胶磨损量及摩擦系数进行分析,初步探讨了其磨损机理.从试验结果可以看出,干摩擦条件下丁腈橡胶的磨损量随着载荷的增大而增大,炭黑和丙烯腈含量的增加使丁腈橡胶的耐磨性增强.原油介质下的磨损规律与干摩擦基本相同,丁腈橡胶磨损表面平整,磨损量很小,且原油介质的润滑和冷却作用使橡胶的摩擦系数降低.     

水力机械中磨粒及侵入方向对磨损的影响研究

利用有限元分析了磨粒的尺寸、形状和磨粒侵入方向对磨粒磨损的影响,得出磨粒的尺寸和形状会明显影响材料表面变形、表面接触压力和表层应力,其影响关系是非线性关系。磨粒侵入方向不仅影响材料表面变形、表面接触压力和表层应力的大小,而且会引起压力和应力分布形状的改变。     

潜油螺杆泵定子橡胶摩擦磨损行为研究

采用MPV-600型微机控磨粒磨损试验机考察了潜油螺杆泵定子丁腈橡胶(NBR)和氟橡胶(FPM)与转子45#钢配副在干摩擦条件下的磨损行为,并用扫描电子显微镜-X射线能量散射分析(SEM-EDXA)法对橡胶的磨痕表面形貌、元素含量进行分析。结果表明:两种橡胶在低载荷条件下的干摩擦磨损主要是以滞后摩擦为主,而较高载荷时NBR的磨损机制表现为粘着磨损;橡胶磨损的物理过程为微切削作用产生的微观分子断裂,随着载荷的增大,宏观分层剥落逐渐起主导作用;干摩擦过程中橡胶分子链发生断裂形成大分子自由基,大分子自由基异构化并发生氧化反应。     

不同载荷下水润滑高分子材料磨损机制的试验研究

为了研究载荷对新型水润滑高分子轴承材料磨损机制的影响,在CFT-1型摩擦磨损试验机上对该材料进行不同载荷下的无/有水润滑摩擦磨损试验,通过考察试样的摩擦因数、磨痕和磨损表面形貌,分析该材料的磨损机制。结果表明:在无水润滑条件下,该材料的摩擦因数随着载荷的增加呈现先降低后逐渐上升的变化趋势,磨损表面均出现塑性变形和撕裂脱落现象,磨损机制主要为黏着磨损,其中随着载荷的增大表面塑性变形趋于严重,而表面撕裂脱落在中等载荷下较为轻微,在低载荷和高载荷下较为严重;在水润滑条件下,该材料的摩擦因数随着载荷的增加也呈现出先下降低后急剧上升的趋势,磨损表面未发生塑性变形和撕裂脱落,但出现脱落的磨粒和犁沟,磨损机制主要为磨粒磨损,其中在中等载荷下,表面脱落的磨粒少、犁沟细小而浅,在低载荷和高载荷下表面脱落的磨粒多、犁沟深。     

油润滑下炭黑增强丁腈橡胶的溶胀与磨损行为

选用添加不同炭黑份数的丁腈橡胶,利用挂片试验装置和往复摩擦磨损试验机,分别研究油润滑下其静态溶胀和磨损行为,探讨其在油润滑下发生磨损的临界载荷。结果表明:随着炭黑份数的增加,丁腈橡胶的硬度、抗拉强度和润湿角增加,溶胀质量变化率降低,相同试验条件下橡胶试样的摩擦因数和磨损量均降低;载荷较低时橡胶不发生磨损,当载荷增大到临界值时橡胶才发生磨损且磨损量随载荷增加而增加;随着炭黑份数的增加,橡胶试样发生磨损的临界载荷也增大。     

磨粒磨损的磨粒接触热分析

针对磨粒磨损机制,采用球形磨粒模型和分形磨粒2种模型,利用有限元软件ANSYS分析磨粒磨损的滑动过程,探讨磨粒与磨损表面接触区內的温度变化、热应力分布及其随表层深度的变化情况,并对2种模型的分析结果进行对比分析。研究结果表明:球形磨粒模型中磨粒温度较高,接触体温度较低,磨粒与磨损表面温差较大,磨粒与表面接触处的Mises应力和剪应力分布比较分散;而分形磨粒模型中接触体温度较低,磨粒温度更低,磨粒与磨损表面温差较小,磨粒与表面接触处的Mises应力和剪应力分布比较集中,并且应力最大值比球形磨粒模型的大。     

磨粒磨损中微观接触过程的有限元分析

分析了磨粒压入被磨损材料表面、磨粒在材料表面滑动和卸载脱离接触的过程,研究了这三个接触阶段材料表层的应力应变、接触压力和接触摩擦切应力特征。结果表明,微观接触过程不仅存在材料的非线性作用和摩擦接触的状态非线性作用,而且存在着由于材料表面变形引起的几何非线性作用,被磨损材料表层的应力应变和接触压力的分布和大小与材料表面变形过程有关。     

桥塞卡瓦坐封下套管磨损机制研究

在油田开发中桥塞是主要井下工具之一,在不同的密封压差下,不同材料的桥塞卡瓦对套管产生不同的损伤。在SRV型摩擦磨损试验机上进行卡瓦磨损套管试验,并利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDAX)对套管磨损表面的形貌及元素成分进行分析。结果表明:套管的磨损性能与载荷和接触的卡瓦材料有关;随着卡瓦材料的硬度和载荷的增加,套管的磨损加重;在重载荷作用下,套管磨损机制主要为接触疲劳磨损、黏着磨损和磨粒磨损,表面犁沟现象明显。     

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。     

基于AFM的化学机械抛光磨粒模拟研究

当前的化学机械抛光(CMP)磨损模型中大多数都缺少微观试验数据的支持。为进步揭示CMP中纳米磨粒对材料表面的磨损机制,提出了采用原子力显微镜(AFM)来模拟CMP中的单个磨粒的试验方案,并验证该模拟试验方案的可行性。结果表明:采用AFM探针来模拟CMP过程中单个磨粒对芯片表面的磨损与相互作用的试验方案是完全可行的;可以通过AFM探针对芯片表面的相互作用与磨损,模拟得出单个磨粒对芯片表面的作用与磨损状况,并可以在此微观试验数据的基础上建立起新的CMP磨损模型。     

溶胀对干摩擦下丁腈橡胶滑动磨损行为的影响

对制备的不同丙烯腈含量的丁腈橡胶试样进行静态浸泡试验,并对溶胀前后的丁腈橡胶试样进行干摩擦条件下的单向滑动磨损试验,分析试样磨损后的表面形貌,揭示溶胀对干摩擦磨损的影响机制。结果表明:溶胀后丁腈橡胶的磨损量增加,受溶胀的影响程度随溶胀时间的增加而增加,随丙烯腈含量的增加而降低;溶胀试验后丁腈橡胶样品在摩擦热的作用下软化现象加剧;随着溶胀时间的增加,磨损形式由剪切撕裂向黏着磨损转变,易切削效应时间和黏着程度随丙烯腈含量的增加而降低;溶胀后丁腈橡胶试样磨损表面可见大量孔洞,而对磨副摩擦轮表面可见转移的橡胶组织,且与溶胀后橡胶样品对磨时摩擦轮表面橡胶组织黏着面积增加。     

摩擦配副材料对TC4钛合金微动磨损行为的影响

为合理选用接触副材料以减缓钛合金的微动失效,采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机,研究不同载荷条件下,摩擦配副材料GCr15和Si_3N_4对TC4钛合金微动磨损行为的影响。结果表明:较低载荷下选择高硬度的Si_3N_4陶瓷作为摩擦配副更理想,而高载荷下选择GCr15钢作为摩擦配副更理想;TC4钛合金与GCr15钢对磨的磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损,磨损率随载荷增大而减小;Si_3N_4/TC4组成的摩擦副对摩过程中,磨屑的形成过程伴随有硅的水化物产生,使形成的磨屑黏性增加,载荷较小时磨屑易粘结形成致密的第三体层覆盖在TC4钛合金表面,起润滑、承载和隔离摩擦副的作用,降低材料的磨损率;载荷较大时,第三体层在磨粒磨损和黏着磨损作用下从TC4钛合金表面脱落,摩擦副直接接触,磨损率升高。     

涡旋压缩机动涡旋盘端面摩擦副多转速下磨损影响分析

针对涡旋压缩机工作过程中动涡旋盘端面在常见工况下因表面磨损过大导致气体泄漏问题,以某型号涡旋压缩机为研究对象,建立动涡旋盘端面摩擦副受力分析模型,分析作业过程中动涡旋盘端面受载荷变化情况;利用有限元数值模拟得到动涡旋盘在典型工况下不同转速时端面摩擦副动态接触应力变化云图,在端面磨损实验机上测得动涡旋盘常用材料QT400磨损系数,通过修正Archard磨损模型并结合有限元磨损仿真计算出在不同转速下QT400的磨损深度值,并根据材料PV值原理设计实验方案分析QT400的磨损机制。结果表明：动涡旋盘转速越快,接触应力值较大的区域磨损深度值越大：材料磨损机制主要为疲劳磨损,随着载荷增大磨损机制不断向黏着磨损转化,并伴随有少量的磨粒磨损,该研究对涡旋压缩机动涡旋盘结构改进具有一定的参考价值。