弹性接触摩擦副的载流摩擦行为*

为了获得弹性接触摩擦副的载流摩擦行为规律,在自制试验机上以丝板副为对象,进行不同丝径下的往复滑动载流摩擦实验,用三维形貌仪和SEM对磨痕形貌进行分析。结果表明:随着丝径的增加,载荷保持率与接触电阻呈现下降趋势,磨损体积呈现上升趋势,磨损高度呈增加趋势,磨损形式为黏着磨损、磨粒磨损和电弧烧蚀;弹性接触载流摩擦副早期失效的主要形式是瞬断,其原因是运行中非均匀磨损、磨屑堆积、弹性器件变形等因素导致弹性器件弹跳和扭转,进而使摩擦副短暂分离;为提高摩擦副寿命,保证合理的实际接触载荷,应减小试样高度方向磨损量,控制载荷保持率,同时提高摩擦副运行的平顺性,减少弹性器件弹跳。     

不同转速下纯铜滚动载流摩擦副的电弧行为及电损伤

采用FTM-CF100型滚动摩擦磨损试验机,以铜盘对滚摩擦副为例研究了转速对滚动载流摩擦性能规律和损伤机制的影响,重点关注了滚动摩擦电弧行为和摩擦副表面电损伤.随着转速的增加,平均滚动载流摩擦因数逐渐减小且总是高于机械摩擦因数,实时电流更容易出现剧烈波动.同时,高转速下电弧出现的初始时间更早,燃弧率和电弧能更高.高转速下不稳定的接触可能提供了放电间隙,容易诱发电弧.一旦形成电弧,表面损伤机制从低转速时的机械损伤主导转变为机械损伤和电弧烧蚀并存.电弧放电导致实时电流剧烈波动,电弧烧蚀导致摩擦表面氧化严重,接触电阻上升.     

高转速条件下轴向柱塞泵配流副摩擦磨损特性

结合轴向柱塞泵配流副实际受力与运动形式，使用盘-环试验机在L-HM 46抗磨液压油润滑条件下，研究轴向柱塞泵配流副(38CrMoAl-CuPb15Sn5)在高转速(1800 r/min)的摩擦磨损特性并分析磨损机理。实验结果表明：与中低转速相比，高转速测试条件下的配流副更易发生粘着磨损；38CrMoAl经调质、渗氮处理后与CuPb15Sn5组成的配流副在高转速工况下摩擦磨损性能良好，其磨损率比38CrMoAl未经热处理和只渗氮处理配流副分别降低69%和57%；调质热处理可改善38CrMoAl的表面特性，减少摩擦过程中CuPb15Sn5在其表面的附着继而改善配对副摩擦特性，将有助于提高配流副的工作寿命。     

载流摩擦过程中摩擦因数影响因素试验研究

以碳/铜载流摩擦副为研究对象,在CETR UMT-2多功能摩擦磨损试验机上,采用环/块接触方式,对载流摩擦过程中摩擦因数的影响因素进行了试验研究。结果表明:在低速条件下,载流稳态摩擦因数随法向载荷和电流的增大而增大,高速时结果相反;无电流时稳态摩擦因数随转速升高而增大,载流时则随转速升高呈先增大后减小的趋势;载流时摩擦因数开始一般都比无电流时摩擦因数小,随后逐渐增大,并超过无电流时的摩擦因数,所需时间随转速和法向载荷的增大而缩短;低速载流摩擦因数变化的关键因素可能是摩擦过程中产生的摩擦热,高速载流摩擦因素的变化则可能与微电弧对材料的烧蚀机制密切相关。     

选择性激光熔化技术制备的Cu-10Sn合金的载流摩擦学性能

为提高Cu-10Sn合金接触线的力学及载流摩擦学性能,利用选择性激光熔化（SLM）技术制备Cu-10Sn合金,分析Cu-10Sn合金的组织结构及硬度等,研究不同载荷和电流对Cu-10Sn合金的载流摩擦学行为的影响;利用扫描电子显微镜对摩擦表面进行微观分析,揭示其磨损机制。试验结果表明：与载荷为10 N时相比,30 N时摩擦副的平均摩擦因数增大,接触电阻和电弧能量降低,磨损加剧;Cu-10Sn合金与GCr15球对摩,合金表面被氧化,铜元素被转移并粘附于对摩球上形成黏着磨损;与纯机械摩擦行为相比,载流条件下Cu-10Sn合金表面磨痕加深,黏着物、氧化物的数量明显增加,摩擦因数和磨损体积发生显著变化;小载荷小电流下磨痕表面出现电弧烧蚀现象;而电流为10 A时,磨损表面形成的氧化膜的润滑作用,减缓了材料的磨损。在无电流条件下磨损机制主要为疲劳磨损和黏着磨损;而在载流条件下,电化学氧化和黏着磨损显著增强。研究结论为SLM技术制备的铜锡合金应用于接触线等电传导接触材料提供参考。     

高温下轴向柱塞泵滑靴副干滑动摩擦磨损性能*

采用Rtec摩擦磨损试验机模拟不同温度、载荷和转速等工况,研究轴向柱塞泵滑靴副在高温下干滑动的摩擦学规律。通过试验测得的摩擦因数、磨损体积和借助白光干涉三维表面轮廓仪所测得的表面形貌以及磨痕截面曲线,分析其润滑行为及摩擦磨损规律。结果表明：高温下滑靴副的摩擦因数随温度和转速的增大逐渐减小,随载荷的增大而增大;磨损体积随温度的升高先增大后减小,随载荷的增大逐渐增大,随转速的增大先减小后增大;温度和载荷对高温下磨痕的深度影响显著,转速对磨痕的深度和宽度都有影响。研究表明：在高温条件下,在温度为300 ℃、载荷为50 N、转速为75 r/min工况下滑靴副的减摩抗磨效果最好。     

载流条件下银基复合材料-黄铜滑环摩擦副的摩擦学性能

采用粉末冶金方法制备一种银-铜-石墨-碳纤维复合材料,利用环块式摩擦磨损试验机对该复合材料和黄铜滑环组成的摩擦副在大气条件下进行载流摩擦磨损试验,分析不同速度下载流大小对摩擦因数、接触表面电阻、接触表面电噪声、磨损量的影响。研究结果表明,摩擦因数、接触电阻、磨损量随载流的增大而增大,接触表面电噪声与电流呈非线性关系;该银基复合材料与黄铜滑环摩擦副的磨损机制在纯机械摩擦磨损条件下主要为黏着磨损,在载流条件下为磨粒磨损,电弧产生的电蚀促进了磨粒磨损的发生。该银基复合材料与黄铜滑环摩擦副的电噪声符合相关标准,具有较高的可靠性。     

表面粗糙度对碳/铜载流摩擦副摩擦磨损性能的影响

通过环-块式摩擦磨损试验研究了表面粗糙度对碳/铜载流摩擦副摩擦磨损性能的影响,并分析了磨损形貌及机制。结果表明:其摩擦因数与电弧行为密切相关,无电弧时摩擦因数曲线平滑;对磨环的表面粗糙度越大越容易产生电弧,电弧的烧蚀导致块试样的磨损加剧;不同表面粗糙度下均存在临界起弧法向压力,且随着表面粗糙度的增大而增大;载流摩擦副的磨损机制主要为磨粒磨损、粘着磨损、电弧烧蚀及材料转移。     

铜基粉末冶金刹车闸片磨损形貌演变研究

采用多功能销-盘摩擦磨损试验机，开展铜基粉末冶金/Q235-B摩擦副的摩擦磨损试验，在载流和无载流的工况下，研究接触压力(0.4、0.7、1.0和1.3 MPa)对铜基粉末冶金材料闸片磨损表面形貌的影响。结果表明：在无载流工况下，随着接触压力的增大，摩擦因数和磨损率均缓慢上升，试样表面损伤加剧，粗糙度升高，主要的损伤机制为磨粒磨损和剥层；在载流工况下，0.4 MPa时的摩擦因数和磨损率最大，损伤最严重，粗糙度最高，当接触压力增大到0.7 MPa后，表面形貌损伤的变化趋势与无载流工况一致，磨损机制在磨粒磨损和剥层的基础上增加了电弧烧蚀；载流工况下材料表面的粗糙度普遍高于无载流工况下，表面损伤更为严重。     

纯铜滚动载流摩擦副在不同载荷和电压作用下的失效研究

采用FTM-CF100载流摩擦试验机,以纯铜对滚配副为例研究了滚动载流摩擦副的失效行为和失效机制。随着测试时间的增加,摩擦因数首先保持平稳然后逐步上升,传导的电流在初期较快增加后保持稳定,在此过程中摩擦因数和电流的波动性增加。经过至少180 min运行后,保持电压不变时最终得到的摩擦因数和电流随载荷的增加而增加,且高载荷有利于获取较低的载流/摩擦波动性;保持载荷不变时高电压下摩擦因数更高而且波动性更大,均高于无电流情形。滚动载流摩擦副性能失效表现为摩擦因数的大幅上升以及电流波动性恶化,增加载荷和电压均加速失效过程。结合微观表征,推测在高压力和电阻热的作用下表面微凸峰易发生形变,造成载流摩擦表面粗糙度下降,因而真实接触面积增加从而电流上升;但此时铜材料易产生黏着,引起摩擦因数的升高;载流摩擦表面的局部氧化和氧化磨粒导致了载流/摩擦的波动性加剧。     

载流摩擦磨损研究进展

载流摩擦磨损是摩擦副在有电流通过时的接触行为。载流摩擦副在工作过程中受力、电、热等多种因素耦合作用,损伤机制复杂多变。综述载流摩擦中的摩擦磨损机制,重点分析服役工况对载流摩擦磨损性能和导电性能的影响,阐述电弧产生的原因及影响因素,并对载流摩擦中的温度场及其仿真模拟研究成果进行归纳,总结载流摩擦材料的应用现状。概括载流摩擦的研究现状及其存在的问题,并指出未来应加强接触副材料在多环境下、多因素耦合作用下的摩擦磨损行为和失效机制研究,并有针对性地研发新型复合材料,以满足具体的工作条件和特殊的性能要求。     

一种新型摩擦材料在水润滑下的摩擦学性能研究

采用环块式摩擦磨损实验研究了一种新型摩擦材料在水润滑状态下不同载荷与转速对试样摩擦学性能的影响,并对比干摩擦条件下的摩擦学性能变化,借助磨损表面形貌观察分析其磨损机理。实验结果表明:水润滑条件下,摩擦系数随着载荷的增大而减小,随着转速的提高先增加后减小;磨损率随着载荷与转速的提高都减小。相同载荷与转速下,干摩擦时磨损机理以磨粒磨损和黏着磨损为主,而水润滑条件下水形成边界润滑,磨损机理以磨粒磨损和轻微的黏着磨损为主;水润滑条件下摩擦系数和磨损率均低于干摩擦,主要是由于水起到了润滑和冷却的作用,阻止了转移膜的形成,并在材料表面形成水膜起到了边界润滑的作用。     

铜基粉末冶金/Q235B摩擦副载流摩擦磨损性能*

磁浮列车中部分制动闸片在服役时一直处于受流状态,导致材料磨损加剧,影响闸片的服役寿命。为研究中低速磁悬浮列车制动闸片在受流工况下的摩擦磨损性能,以制动闸片使用的铜基粉末冶金材料和刹车盘使用的Q235B材料为摩擦副,研究不同制动速度下铜基粉末冶金/Q235B摩擦副的载流摩擦磨损行为。结果表明：无电流时随着滑动速度的增大,摩擦因数及磨损率整体呈现下降的趋势,载流时随着滑动速度的增大,摩擦因数整体呈现下降的趋势,而磨损率则整体呈现上升的趋势;无电流时磨损后的铜基粉末冶金材料表面覆盖着一层靛色的第三体层,该第三体层低速时主要以颗粒状为主,随着速度的增加逐渐被压实成连续致密状,高速时因黏着磨损加剧使得连续致密状第三体被破环,导致材料的摩擦因数和磨损率呈现反向增长的趋势;载流下磨损后的铜基粉末冶金材料表面出现了以机械磨损为主和以电弧烧蚀为主的2个区域,其中以机械磨损为主的区域依然是由靛色的第三体层组成,而以电弧烧蚀为主的区域表面则覆盖了一层金色熔融状物质,并且随着速度的增大,烧蚀区面积也逐渐增大。     

刚性接触网中浸金属碳滑板在不同法向载荷下的载流摩擦磨损性能

为了更好地模拟浸金属碳滑板的实际应用工况,设置试验滑动距离为1 000 km,使用环-块式载流摩擦磨损试验机模拟地铁列车在刚性接触网系统中的运行条件,研究浸金属碳滑板在不同法向载荷作用下的载流摩擦磨损性能。试验结果表明：随着法向载荷的增大,摩擦因数不断增大,电弧能量下降,载流效率不断升高,滑板的温度以及磨损率都呈现出下降的趋势;随着滑动距离的增加,滑板的磨损率逐渐降低最后趋于稳定。SEM电镜观察结果表明：法向载荷较低时,浸金属碳滑板表面产生了较多烧蚀坑和裂纹,其磨损形式主要表现为电弧烧蚀以及片状剥落;随着法向载荷增大,滑板表面出现划痕和磨屑,磨粒磨损现象较为明显。研究表明：适当增大法向载荷可以有效抑制电弧的烧蚀作用,减少滑板表面的裂纹和烧蚀坑,从而降低滑板的磨损。     

An Adhesion-Dominated Rolling Friction Regime Unique to Micro-scale Ball Bearings

We demonstrate that micro-scale rolling bearings exhibit friction and wear properties markedly different from their macro-scale counterparts. A microfabricated testing platform uses variable rolling element diameters or vapor-phase lubricated interfaces to independently test friction force with varying contact area and surface energy. A linear, consistent, relationship between friction force and contact area is observed among different rolling element diameters. When surface free energy is altered through the introduction of vapor-phase lubrication, an 83 % decrease in friction is observed. When coupled with observed ball material adhered to the raceway, there is strong evidence for adhesion-dominated rolling friction regime at the micro-scale.     

不同弹簧刚度下不锈钢/浸金属碳摩擦副的受流质量与磨损性能的关系

用销盘摩擦磨损试验机研究了不同弹簧刚度下不锈钢/浸金属碳载流摩擦副间的磨损性能和受流质量.结果表明:随着弹簧刚度的增大,载流摩擦副电路中的受流质量先逐渐变好后变差,刚性时的受流质量最差;销试样(浸金属碳)的磨损性能与受流质量密切相关,受流质量越差,销试样的磨损率越大;在刚度为19 N·mm<'-1>时,受流质量最好,销...     

地铁刚性弓网系统接触线磨损特性试验研究

为研究地铁刚性接触网系统接触线磨损的规律,以地铁刚性接触网系统常用的浸金属碳滑板/铜银合金接触线作为摩擦副,通过模拟地铁弓网系统运行参数,使用载流摩擦磨损试验机研究有、无电火花放电情况下,浸金属碳滑板与铜银合金接触线直流电滑动过程中磨损量、摩擦因数、载流效率随滑动距离的变化。试验结果表明：电火花放电会使得接触线与浸金属碳滑板磨损量显著上升,出现电火花放电时摩擦因数较小,弓网系统载流效率会明显降低同时出现大幅波动。试验后对碳滑板和接触线表面形貌的观察可知：电火花放电会使得浸金属碳滑板表面烧蚀坑数量和尺寸大小增加,同时会出现滑板材料大面积剥落和表面裂纹增多的问题,接触线表面形貌变得更加粗糙。     

柱塞泵配流副滑摩界面摩擦磨损及热力耦合分析

针对轴向柱塞泵配流副滑摩过程中由摩擦温升所引起的摩擦磨损问题,建立配流副轴对称非稳态热传导方程,利用ABAQUS有限元软件进行配流副摩擦磨损及热力耦合特性分析,并利用端面摩擦磨损试验机进行试验验证。结果表明:在滑摩初期,相比于中低压力,高压力工况更易发生磨粒磨损;随着滑摩进行,材料表面粗糙峰被磨平,加之温度上升,材料强度下降,高转速取代高压力成为接触面温度和摩擦系数增大的主要影响因素,此时的磨损机制主要为黏着磨损;在滑摩过程中,外径出现了应力集中现象,且接触压力高于内径;转速及压力对配流副摩擦温升及磨损特性的影响是非线性的,在相同PV值下,转速比压力的影响更为显著。     

水润滑条件下转速对车轮钢滚动接触疲劳和磨损性能的影响

为探究水润滑条件下转速对车轮钢滚动接触疲劳和磨损性能的影响,利用滚动接触摩擦磨损试验测试不同转速下车轮试样的剥离寿命、摩擦因数和磨损率,并结合磨损形貌和裂纹扩展形貌观察,对比分析不同转速下摩擦磨损和剥离寿命的影响因素。结果表明:随转速提高,车轮材料氧化程度加剧,导致摩擦因数逐渐增加;当转速由250 r/min增至500 r/min时,摩擦因数增幅较小,应变速率增加导致磨损率下降,当转速由500 r/min增至1000 r/min时,摩擦因数急剧增加,导致材料磨损率增加;随转速提高,剖面塑性流动层厚度、裂纹扩展角度、裂纹分叉深度和最大扩展深度均呈现减小趋势。转速增加带来的摩擦因数的增加,一方面缩短裂纹萌生寿命,另一方面减小了裂纹发生向上转折的深度,最终导致滚动接触疲劳寿命随转速的增加而减小。     

Analysis of the roll hunting force due to hardness in a hot rolling process

A hot rolling operation is performed to alter the thickness of a metal by passing the material through a pair of rollers, forming a gap that is somewhat narrower than the thickness of the material. Therefore, the quality of the product is a function of the pressure applied by the rollers. However, in this process, a roll hunting force occurs in which the rolling force is irregularly changed during the rotation of the rollers due to various complex mechanisms, which include roll surface hardness, difference in rotational speed between rolls, heat treatment conditions, and roll wear. In this study, roll wear tests were conducted to analyze the roll hunting force caused by variation in the hardness of the work roll. The friction coefficient of the work roll was then examined based on hardness. Then, a two-dimensional finite element model was constructed to investigate the roll hunting force as a function of the change in friction coefficient of the work roll. This finite element model was verified in relation to the theoretical rolling expression. Finite element model analysis was performed for three friction coefficients, and the effect of the roll hunting force was determined based on the reduction ratio and temperature. In addition, the wear depth of the work roll by the hardness was predicted. The influence of the abrasion of the work roll on the hunting force was analyzed.