表面织构对HA/ZrO_2生物陶瓷涂层摩擦磨损性能影响

采用飞秒激光器在等离子喷涂HA/ZrO_2生物陶瓷涂层表面制备不同直径的凹坑型织构阵列;采用VW-6000高速摄影仪及超景深三维轮廓仪进行织构形貌的表征;在UMT-3多功能摩擦磨损试验机上采用往复运动形式测试涂层在牛血清润滑条件下的摩擦系数,通过测量涂层磨损后磨痕深度表征涂层磨损程度.结果表明:飞秒激光加工织构具有良好的表面形貌,一定参数下的织构涂层摩擦学性能较未织构涂层有所改善,其中凹坑直径为250μm织构涂层的摩擦系数值最低,且磨损量最小.     

表面织构对ＨＡ／ＺｒＯ２生物陶瓷涂层摩擦磨损性能影响

采用飞秒激光器在等离子喷涂ＨＡ／ＺｒＯ２ 生物陶瓷涂层表面制备不同直径的凹坑型织构阵 列;采用ＶＷ－６０００高速摄影仪及超景深三维轮廓仪进行织构形貌的表征;在ＵＭＴ－３多功能摩擦 磨损试验机上采用往复运动形式测试涂层在牛血清润滑条件下的摩擦系数,通过测量涂层磨损后 磨痕深度表征涂层磨损程度．结果表明：飞秒激光加工织构具有良好的表面形貌,一定参数下的织 构涂层摩擦学性能较未织构涂层有所改善,其中凹坑直径为２５０μｍ 织构涂层的摩擦系数值最 低,且磨损量最小．     

基于滑动摩擦的摩擦副表面织构优化分析

利用数值计算方法对织构化滑动摩擦副表面的动压润滑模型进行了求解,从理论上分析了表面织构不同截面类型和表面形状对摩擦副的润滑特性的影响,获得了特定工况下的最优织构参数和织构类型。结果表明：表面织构的不同截面类型和表面形状对摩擦副的摩擦系数和承载力有着非常大的影响;各类截面圆形凹坑都存在一个最优织构半径使得摩擦副摩擦系数最低;凹坑底面适当倾斜能够提高织构区域的承载能力和降低摩擦系数;各类典型表面形状中,底边靠近入口的倒三角形获得了最优的润滑性能;将凹坑底面合理倾斜与优化表面形状相结合可使得承载力得到大大提升。     

摩擦副不同表面织构化的润滑减摩性能试验研究

为研究织构位于摩擦副不同表面时的润滑减摩性能,对无表面织构、上试件单表面织构、下试件单表面织构和双表面织构四种不同形式的摩擦副分别在富油和乏油两种润滑条件和50N,100N两种载荷下进行摩擦磨损试验,观察摩擦系数变化规律.试验结果表明:载荷越大,表面织构对摩擦系数的影响越显著;富油条件下,上、下试件单表面织构均能减小摩擦系数,而且上试件单表面织构更加有效;乏油条件下,下试件单表面织构减小而上试件单表面织构增大摩擦系数;双表面织构在不同的润滑条件下均不能减小摩擦系数.     

不同密度的微凹波纹表面织构的摩擦特性

为研究不同密度的微凹波纹表面织构的摩擦特性,首先利用激光表面织构技术,对轴承钢试样表面进行微凹波纹织构化处理;其次采用销-盘摩擦副接触方式,在常温、常压及液体润滑的条件下,对不同密度的微凹波纹表面织构进行摩擦试验;最后借助扫描电子显微镜观察其表面形貌,并利用Stribeck曲线分析在不同实验条件下不同密度的微凹波纹织构表面的摩擦特性.结果表明:在一定转速范围内,微凹波纹表面织构的减摩效果随压力的增加而提高,摩擦系数值随着微凹波纹密度的增加而降低,其中密度为22.37%的微凹波纹织构的减摩效果最好.     

HA/ZrO2梯度涂层的制备及其抗冲击性能研究

为了研究梯度结构对HA涂层结合强度和抗冲击性能的影响,采用等离子喷涂在钛合金基体上分别制备纯HA涂层、HA/ZrO2涂层以及HA/HA+ZrO2/ZrO2梯度涂层(分别命名为H1,H2和H3涂层)。利用SEM和拉伸实验机对涂层的截面形貌和结合强度进行分析,采用落球冲击实验机对涂层进行冲击实验,观察涂层的失效形式并分析了涂层的抗冲击性能。结果表明:制备出的HA梯度涂层呈现明显的分层结构,每一层都有相应的厚度分布且层间结合良好。涂层的结合强度随着ZrO2梯度层的增加而增加。与H1涂层和H2涂层相比,H3涂层具有更好的抗冲击性能。H1涂层的冲击失效形式为涂层大面积脱落,H3涂层的失效形式为涂层层间的剥离。     

表面微织构对关节轴承耐摩性能的影响

针对关节轴承在大载荷、贫润滑等极端工况下发生的磨损失效问题,采用Fluent仿真研究不同形状、直径和间距的微织构对流体力学的影响,借助激光加工法进行织构化处理以获得试验所需表面,采用UMT TriboLab摩擦磨损试验机对304不锈钢表面摩擦磨损性能进行分析.结果表明:圆形、三角形和矩形微织构最大压力值依次为89600...     

微凹半圆图形表面织构的摩擦特性研究

采用销-盘式摩擦试验机,在常温、常压及石蜡油润滑条件下,对不同密度的微凹半圆和圆图形织构进行摩擦特性试验.利用Stribeck曲线分析接触压力、图形密度、几何形状、滑动方向以及图形间距对摩擦性能的影响.结果表明,不同密度的微凹半圆图形织构,在A、B两个滑动方向下,摩擦系数的变化有明显的不同,但其变化会随着密度的增加而降低; 微凹半圆图形织构的摩擦特性好于微凹圆形织构,当摩擦为A方向、密度为15%、间距为162 μm时,微凹半圆图形织构的摩擦系数最小.     

TC4钛合金表面微织构干摩擦特性

为改善TC4钛合金表面摩擦学性能,采用皮秒紫外激光技术在TC4钛合金表面加工了3种形状的微织构。使用多功能摩擦磨损试验机研究了织构化TC4钛合金在多接触条件下的摩擦学特性,并采用显微硬度仪、扫描电镜、激光共聚焦显微镜对织构化TC4钛合金的表面硬度、表面粗糙度、磨痕三维轮廓和磨痕形貌等进行分析。结果表明,织构化TC4表面硬度提升约60%,其中三角形凹坑织构表面综合硬度最高;微织构能有效降低TC4表面接触过程的摩擦系数,其中圆形与矩形织构摩擦系数最低,较无织构表面减少约10%;微织构能捕获磨屑,减少磨粒磨损,提高耐磨性能,相同接触条件下,织构化试样磨损量减少了50%;当载荷一定时,速度增加可使织构化TC4表面摩擦系数降低;当摩擦速度一定时,载荷降低可导致织构化TC4表面摩擦系数降低。本研究可为提升钛合金表面摩擦学性能提供研究思路,减少钛合金因摩擦磨损造成的损失与事故。     

水润滑低摩擦系数陶瓷涂层摩擦副的研究

主要针对水润滑条件下低摩擦系数摩擦副--包括主动副和从动配副的材料和性能进行设计研究.研究了3种复合陶瓷涂层制备的主动副与3种摩擦性能良好的整体材料组配进行摩擦性能试验.通过销-盘磨损试验,测定各组摩擦副的摩擦系数和磨损量;利用SEM等测试技术,观察和分析了磨痕的形貌,重点讨论了陶瓷涂层材料的组分设计及其显微结构,涂层与配副材料在水润滑条件下的摩擦学性能.结果显示:在水润滑下所设计的3种陶瓷涂层所组成的摩擦副具有较低的摩擦系数,能够耐海水侵蚀以及抗微生物附着,是一种海水中使用的理想摩擦组件.     

溅射功率对Ag-TiN涂层微观组织、耐磨性能影响研究

采用直流磁控溅射技术,研究不同功率(60、110、150 W)下,在钛合金基材上制备的Ag-Ti N陶瓷涂层的微观结构及性能。分别利用扫描电子显微镜、X射线能谱分析和X射线衍射分析涂层表面、截面的形貌与组织成分。采用往复摩擦磨损试验机测试涂层的耐磨损能力。结果表明,在3组功率下试样涂层厚度分别为2.941、3.625、5.023μm,表面Ag的质量分数分别为50.97%、70.42%、91.25%,表面主要物相是Ag、Ti N与TiO₂;随着功率的增大,涂层表面晶粒体积减小,涂层更加均匀致密;Ag颗粒从涂层中扩散到表面,充当润滑物,降低涂层的摩擦系数,110 W制备的样品摩擦系数降低31%;在载荷10 N和20 N下磨损试验中,涂层表面磨损量减少33%,耐磨损性能比基体材料分别提高了41%和31%。制备的Ag-TiN涂层有效改善了钛合金表面微观结构,提高了涂层耐磨性能。在110 W溅射功率下制备的涂层微观组织良好,摩擦系数较低,耐磨性最佳。     

表面织构对高速插针机构导轨的表面摩擦性能影响

以插针机中具有表面织构的导轨摩擦副为研究对象,考虑表面粗糙度、载荷波动、速度变化、时变油膜挤压效应等因素,分析表面织构对其摩擦性能的影响。应用计算机模拟生成具有自相关函数的粗糙表面,将Greenwood和Tipp建立的粗糙度接触模型以及Patir和Cheng修正后的平均油膜流体润滑模型耦合构建混合摩擦模型,通过MATLAB软件计算出凸轮的1个转动周期内的每个时刻的油膜压力、微凸体压力、油膜厚度。分析了混合润滑阶段摩擦副的油膜压力分布特点,以及织构数量、表面粗糙度、表面织构尺寸参数对摩擦副润滑特性的影响。结果表明：当底座摩擦副粗糙度方差增大时,油膜压力随之减小;微型凹坑半径取60μm,面积占有比取40%,微型凹坑深度取5μm时摩擦副取得最优润滑效果。     

UHMWPE人造表面织构摩擦学研究

由于表面形貌的摩擦学效应,可以使用人造表面织构对摩擦表面进行表面改性,以提高表面的相关性能.本文使用采用用照相制版电铸方法制作模板,压铸成型了两种不同直径和分布规律的UHMWPE试样表面,通过和常规车加工试样表面的对比试验,研究了人造表面织构对UHMWPE摩擦学性能的影响.试验结果显示人造表面织构可以减小UHMWPE摩擦副的摩擦系数,相关仿真研究显示人造表面织构改善了UHMWPE摩擦副接触界面上的热传导.     

陶瓷涂层与聚酯网的摩擦磨损研究

采用等离子喷涂技术制备了Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＯ２陶瓷涂层,并研究了Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＯ２陶瓷涂层与聚酯网的摩擦磨损性能。研究结果表明Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＯ２陶瓷涂层与聚酯网的摩擦系数在干摩擦条件下为０．０８６,在水润滑条件下为０．０７２,陶瓷涂层在水润滑条件下的磨损率为５×１０－６ｍｍ／ｈ。     

激光熔覆生物陶瓷涂层及界面的热力学计算

在医用金属材料表面形成一层生物陶瓷是制备高性能、高可靠性生物植入材料的有效途径．采用激光处理技术在钛合金表面同步合成及熔覆了以羟基磷灰石为主的生物陶瓷涂层复合材料，激光熔覆制备生物陶瓷涂层覆界面反应是非常复杂的过程，其中包括很多的化学反应，从物理化学角度对涂层覆界面反应进行热力学计算，计算结果表明：在该实验条件下，完全具备合成羟基磷灰石、磷酸钙等生物陶瓷涂层的热力学条件，而且也满足界面处发生化学反应生成钛酸钙等新相的条件。     

纳米羟基磷灰石复合陶瓷生物摩擦学行为研究

采用沉淀法合成了纳米羟基磷灰石（HA）粉体，无压烧结工艺制备了HA／PSZ陶瓷复合材料．利用材料试验分析系统（MTS）和纳米硬度分析测试系统（Triboindenter）测定了复合材料的宏观和微观力学性能，用销盘式摩擦磨损试验机考察了血浆润滑条件下复合材料的生物摩擦学性能，探讨了力学性能与摩擦学性能之间的关系．结果表明，无压烧结HA／PSZ复合陶瓷材料断裂韧性比纯HA陶瓷提高近2．7倍，弯曲强度提高近1倍．纳米硬度最高值为10．6GPa，纳米弹性模量为156．OGPa．血浆润滑条件下，HA／PSZ陶瓷和UHMWPE摩擦副的摩擦系数与HA的含量有关，UHMWPE的磨损率与HA／psz复合陶瓷摩擦副的硬度和断裂韧性存在反比关系．     

基于表面织构技术的输送带摩擦性能分析

为防止带式输送机因牵引力不足而出现打滑现象,采用表面织构技术以增大输送带与驱动滚筒之间的摩擦系数,从而提高牵引力。对仿生正六边形凸织构的滑动角度、面积占有率、几何尺寸等因素进行摩擦试验以研究其增摩机理。通过单因素试验和正交试验分析得出：织构化橡胶的摩擦性能要优于光滑橡胶,在增摩的同时又具有良好的摩擦稳定性;织构参数对橡胶滑动摩擦系数的影响按从大到小排序为滑动角度、面积占有率、几何尺寸;增摩效果最优组合为滑动角度为90°、几何尺寸为1.0 mm、面积占有率为60%。由此得出织构化橡胶对提高带式输送机牵引力和改善输送带摩擦学性能具有一定的作用。     

纳米烟炱颗粒作为添加剂在激光刻蚀织构表面的摩擦学性能

通过激光刻蚀法制备不同织构表面,在UTM-2摩擦磨损试验机上,采用球-面接触方式往复运动,考察了纳米烟炱颗粒作为润滑油添加剂的摩擦磨损性能。借助高分辨透射电镜、3维轮廓仪、扫描电镜和拉曼光谱仪等测试设备,分析了其纳米烟炱颗粒在织构表面的摩擦学机理。结果表明:部分织构会增加摩擦系数,但磨损率却显著减小;织构的面积率越高,抗磨性能越优异。纳米烟炱颗粒加入后,试样的磨损明显减轻,这归因于烟炱颗粒的自润滑性能以及织构微坑储存纳米颗粒、润滑油的功能。表面织构与纳米烟炱颗粒的共同耦合作用展现出了优异的抗磨减摩性能。     

镁合金表面HA/CNTs涂层的制备及电化学性能研究

为了提高生物镁合金羟基磷灰石(HA)涂层的耐蚀性能,在微弧氧化电解液中加入羟基磷灰石/碳纳米管(HA/CNTs)复合粉体添加剂,制备HA/CNTs复合涂层。分别对制备的HA/CNTs复合粉体和HA/CNTs复合涂层进行表面形貌和物相组成分析,并对HA/CNTs复合涂层在模拟体液(SBF)中的耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,HA/CNTs复合粉体在微弧氧化过程中能均匀地沉积在镁合金表面,结晶良好且无任何杂质;与HA涂层相比,HA/CNTs涂层具有较小的腐蚀电流密度值和较大的阻抗值。此外,在SBF中浸泡4d后,HA/CNTs复合涂层表面出现大量的亚微米级颗粒产物且没有任何腐蚀裂纹。     

等离子喷涂NiCr/Cr_2C_3、Ni/C及其复合涂层的耐磨性能

为了加强车辆机械零件的表面防护,采用等离子喷涂工艺在304N不锈钢表面分别制备了NiCr/Cr_2C_3涂层、Ni/C涂层以及NiCr/Cr_2C_3和Ni/C复合涂层,观察了涂层组织形貌,测试了涂层硬度和耐磨性,分析了涂层的摩擦磨损机理.结果表明,3种涂层中NiCr/Cr_2C_3和Ni/C复合涂层的耐磨性能最好.金属粘结相NiCr可以起到足够的支撑作用,从而防止涂层剥离与黏着磨损的产生.Ni/C作为固体润滑剂,通过自润滑作用降低了涂层的整体摩擦系数.