120～170 km/h条件下碳滑板/铜接触线摩擦磨损性能试验研究

在环-块式高速摩擦磨损试验机上,试验研究电流I=100～300 A、滑动速度v=120～170 km/h和法向载荷Fn=100～200 N条件下纯碳滑板/铜接触线的摩擦磨损性能.结果表明:无电流时,碳滑板磨损率很低,一般不超过0.001 4 g/km,但摩擦因数较高,一般在0.30以上.加入电流后,碳滑板的磨损率明显增加,达到无电流时磨损率的10倍多;而摩擦因数明显降低,一般在0.24～0.30间波动.观察碳滑板磨损形貌发现,无电流时磨痕面积较小,随着电流的增加磨痕面积不断增大;且磨损面出现电弧烧蚀的黑色流线和麻点.滑动速度、法向载荷对碳滑板摩擦磨损性能影响较小,而电流作用引起的高温磨损和电弧烧蚀是导致碳滑板材料磨损加剧的主要因素.     

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。     

载流条件下的1Cr18Ni9Ti/浸金属碳摩擦磨损性能研究

在销-盘摩擦磨损试验机上试验了载荷、速度、电流对1Cr18Ni9Ti/浸金属碳对磨时的摩擦因数、磨损量及磨损形貌的影响。试验结果表明,载荷对1Cr18Ni9Ti/浸金属碳摩擦副的摩擦因数和销试样的磨损率有显著影响:载荷越大,摩擦因数越大,磨损率越低;摩擦因数、磨损率与速度的关系受载荷的制约。当低载时,以电流影响为主。销试样的磨损表面出现了粘着磨损,氧化磨损和电弧烧蚀。     

弹性金属塑料复合材料的摩擦磨损特性研究

在MPX-2000摩擦磨损试验机上，用环盘摩擦副，结合扫描电镜分别评价了弹性金属塑料（EMP）复合材料与钢在油润滑和干摩擦条件下的摩擦磨损特性。结果表明：两种试验条件下，相同滑动速度的摩擦系数随载荷的升高而减小，当载荷为2000N，滑动速度小于3.52m/s时，摩擦系数基于趋于稳定，EMP磨损率随滑动速度和载荷的升高耐增加，但不同试验条件的增幅不高，油润滑下滑动速度小于3.52m/s和干摩擦条件下滑动速度小于1.96m/s时，EMP以微切削，塑性变形和梨沟磨损为主，并在摩擦副两表面形成转移物。     

雨水环境下碳陶复合材料的载流摩擦磨损性能

采用销-盘摩擦磨损试验机对制动闸片用碳陶复合材料开展了雨水环境下的载流摩擦磨损试验，研究了不同摩擦条件下碳陶复合材料的摩擦磨损性能。结果表明：在无载流的雨水环境中，随着雨水流量由0增大到1 mL·min^-1,碳陶复合材料的表面粗糙度显著下降，摩擦因数和磨损率小幅度降低，磨损机理主要为剥落和轻微的氧化磨损；在无雨水的载流条件下，随着电流强度由0增加到100 A,表面粗糙度和摩擦因数均显著下降，磨损率明显升高，主要磨损机理为剥落、磨粒磨损、黏着磨损和电弧烧蚀；相对于单因素作用，在载流和雨水的共同作用下，表面粗糙度和摩擦因数明显降低，但磨损率随着雨水流量或电流强度增加的规律不明显，磨损机理为剥落、氧化磨损、磨粒磨损和黏着磨损。     

高速摆动下PTFE编织复合材料干摩擦研究

利用高速摩擦试验机对PTFE编织复合材料进行干摩擦试验,研究不同条件(载荷、速度和湿度)下PTFE编织复合材料干摩擦磨损性能;并利用扫描电子显微镜对不同条件下的磨屑形貌进行分析。结果表明:单因素变化条件下,摩擦因数随载荷和相对湿度的增大而减小,随摩擦速度的增大而增大;磨损量随载荷和速度的增大而增大,但相对湿度的增加可降低磨损;载荷及速度的增加显著影响材料磨损状况。     

磨屑对润滑油摩擦性能的影响

通过实验和模拟研究磨粒对润滑油摩擦性能的影响。首先通过微纳米压/划痕试验测量含磨屑润滑油的摩擦因数。同时,建立边界润滑体系模型,采用分子动力学方法模拟含磨屑润滑油膜在不同载荷下沿膜厚方向的压缩率和密度分布;对体系的上下固体壁面施加方向相反的剪切速度,计算出壁面原子的应力、摩擦力、正压力和摩擦因数;分析不同粒径磨屑的动态行为特征;通过减少润滑油分子数量,探究乏油工况下含磨屑润滑体系的摩擦性能。结果表明,润滑体系摩擦因数的模拟值与试验值一致;磨屑的存在会降低油膜的压缩率,同时在高载下磨屑的存在会对油膜的分层产生破坏,影响磨屑附近的密度分布;含小粒径磨屑的润滑体系的摩擦因数比含大粒径磨屑的润滑体系的小,表明磨粒聚集长大现象会恶化润滑油的润滑性能;磨屑在剪切过程中同时存在滚动和滑动,含小粒径磨屑的润滑体系剪切过程中表现出波动幅度更大的角速度;随着载荷的增大,磨屑角速度减小,波动幅度降低;在乏油工况下,磨屑会在剪切过程中出现变形破碎现象。     

基于UHMWPE/纳米ZnO复合材料的滑动摩擦磨损机制

用热压成型法制备了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纳/米ZnO复合材料,采用销盘式摩擦磨损试验机考察了载荷和相对滑动线速度对复合材料摩擦学性能的影响;采用扫描电子显微镜观察了复合材料磨损表面形貌。结果表明:在低载荷试验条件下磨损机制为粘着磨损,在高载荷试验条件下磨损机制为粘着磨损和疲劳磨损。而在一定载荷试验条件下,无论相对滑动线速度高或低,复合材料的磨损机制主要表现为粘着磨损,只是在高速情况下粘着磨损程度加大,局部还出现了表面撕裂的痕迹。     

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。     

硬质合金表面正弦微织构对其摩擦磨损性能的影响研究

为了探讨微织构对硬质合金表面摩擦磨损性能的影响,利用激光技术在硬质合金表面制备了一种正弦状沟槽型微织构,并在UMT-2摩擦磨损试验机上进行直线往复式摩擦磨损试验。试验分别在不同载荷、滑动速度和润滑条件下,对微织构化硬质合金表面的摩擦磨损性能进行评价。研究表明:硬质合金表面加工微织构并添加固体润滑脂能够有效降低硬质合金表面的摩擦系数;在同等条件下,正弦型微沟槽表面比传统直线型微沟槽表面具有更好的减磨性能;在高载荷和高滑动速度并添加润滑脂的条件下,正弦型微织构试样表面的减磨性能最好。     

滑动速度对铜－石墨摩擦层形成、转移及失效的影响

以铜-石墨/45#钢为研究对象,研究大气、干滑动条件下,滑动速度对铜-石墨摩擦层的形成、转移和失效的影响。低速条件下,铜-石墨磨损表面平滑、致密,而高速条件下磨损表面粗糙、松散。铜-石墨在45#钢表面微凸体的切削作用下脱落,一部分形成片状磨屑,另一部分单向转移至45#钢表面形成含铜-石墨的摩擦层。摩擦速度的提高,使铜-石墨摩擦层难于在磨损表面有效形成,加速了其脱落的进程,从而降低了其减摩能力。     

高速条件下PTFE编织复合材料的摩擦磨损性能

将PTFE编织复合材料与9Cr18Mo钢组成摩擦副,在高速压摆摩擦磨损试验机上进行干摩擦磨损试验,研究了循环次数和摩擦温度对摩擦因数的影响,用扫描电镜观察了不同阶段摩擦表面及磨屑的形貌,并分析了PTFE编织复合材料的磨损机理。结果表明:PTFE复合材料的摩擦因数随着循环次数的增加先迅速降低,后在一定范围内达到动态平衡,随着摩擦的继续进行,摩擦因数急剧上升,PTFE复合材料发生磨损失效;摩擦温度是影响PTFE复合材料摩擦磨损机制一个重要因素,摩擦温度的急剧升高将加剧PTFE复合材料的磨损;随着磨损的加剧,磨屑也表现为相应的恶化趋势;磨损机理以疲劳磨损为主。     

Ekonol/石墨/MoS2填料对PTFE力学和摩擦磨损性能的影响

研究了Ekonol含量对Ekonol／石墨／MoS2／P，PTFE复合材料的力学性能、摩擦磨损性能的影响，以及滑动速度、载荷对材料摩擦磨损性能的影响；用扫描电子显微镜观察了复合材料磨损后的表面形貌，并探讨了其磨损机制。结果表明：加入填料降低了材料的拉伸强度和弯曲强度，但提高了弯曲模量和硬度；同时填料能提高材料的磨损性能，但使摩擦因数升高了；当Ekonol含量较低时，磨损机制为粘着磨损，随着填料含量的增加，Ekonol分散到基体中，起到了承载作用，阻止了PTFE基体的带状破坏，磨损机制为疲劳磨损和轻微的粘着磨损；摩擦因数随载荷的增大而减小，随滑动速度的增大而增大，在相同的滑动时间内，磨痕宽度随载荷和滑动速度的增大而增大。     

浸金属碳滑板/铜银合金接触线载流摩擦磨损性能的试验研究

选取地铁刚性接触网中现役的浸金属碳滑板与铜银合金接触线为接触副,模拟地铁弓网的实际运行状况,在环-块式试验机上研究直流电流为200~400 A、法向载荷为15~40 N、滑动速度为40~120 km/h工况下浸金属碳滑板载流摩擦磨损性能。结果表明：摩擦因数随电流和滑动速度的增大而减小,随法向载荷的增大而增大;磨损量随电流和滑动速度的增大而增大,当电流较小时（如200 A）,磨损量和法向载荷之间存在一个阈值,当电流较大时（如400 A）,磨损量随法向载荷的增大而减小;滑板温度随电流的增大而增大,随法向载荷增大而减小,当电流较小时（如200 A）,滑板温度随速度的增大而增大,当电流较大时（如400 A）,滑板温度随速度的增大而减小;当电流为200~300 A时,其磨损机制主要为机械磨损,当电流为300~400 A时,其磨损机制主要为氧化磨损和电弧烧蚀。     

永磁场条件下45钢与GCr15钢摩擦磨损性能试验研究

基于HSR-2M高速往复摩擦磨损试验机,研究在永磁体磁场条件下滑动速度、载荷等参数对45#钢/GCr15钢摩擦副摩擦学性能的影响,通过磨痕形貌分析其磨损机制,并与无磁场条件下的试验结果进行对比。试验结果表明:磁场的引入可以在一定程度上减小摩擦因数和降低磨损率,证明磁场能够改善45#钢/GCr15钢摩擦副的摩擦学性能;增大滑动速度将降低摩擦因数和磨损率,增大载荷将降低摩擦因数,增加磨损率。无磁场时,摩擦副的摩擦磨损为典型的磨粒磨损,磨损系统的磨损率和摩擦因数较大;有磁场时,磨损形式主要为黏着磨损,摩擦因数和磨损率较小。     

受流条件下碳碳复合材料的摩擦学特性研究

以碳碳复合材料和铬青铜作为配副,研究了受流条件下碳碳复合材料的摩擦学特性.结果表明:速度、载荷和电流是影响受流条件下碳碳复合材料摩擦学特性的重要因素.在电流一定的条件下,碳碳复合材料的摩擦因数和磨损率随速度的增大而增大;摩擦因数随载荷的增加而增大,而磨损率随载荷的增加而减小.在载荷一定条件下,随着电流的增加,碳碳复合材料的摩擦因数减小而磨损率增大.与一般条件下的摩擦学特性相比较,碳碳复合材料在受流条件下的摩擦因数明显降低,而磨损率却明显提高.     

聚四氟乙烯编织复合材料摩擦温度与磨损特性

在高频压摆摩擦磨损试验机上对自制聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene,PTFE)编织复合材料进行摩擦学性能试验,研究摩擦温度与摩擦磨损特性的关系。试验结果表明:摩擦温度对PTFE编织复合材料的摩擦因数影响显著,摩擦温度在30～60℃范围内升高,摩擦因数有明显的降低趋势,在65～210℃范围内摩擦因数处于稳定阶段,210℃是摩擦因数的突变摩擦温度。通过扫描电子显微镜对不同工况下产生的磨屑进行显微分析表明:高温下产生的磨屑与低温下的磨屑明显不同,低温下产生的磨屑为细小的片状,高温下产生的磨屑以大片的断裂纤维为主,材料磨损严重。PTFE编织复合材料的耐磨性受摩擦温度影响较大,200℃是PTFE编织复合材料磨损率的转折点。为保证该PTFE编织复合材料良好的摩擦磨损性能,摩擦温度动态监测值不能超过200℃。     

基于标准销—盘试验的石墨/硬质合金副滑动摩擦磨损特性研究

通过标准销—盘摩擦磨损试验对石墨与硬质合金副的滑动摩擦磨损特性进行深入研究。结果表明,硬质合金销表面有石墨转移膜形成,并发生了轻微的"抛光"磨粒磨损;提高法向载荷和滑动速度可增加石墨转移膜形成,从而降低摩擦因数;与石墨高速铣削试验的刀具磨损结果进行对比发现,标准销—盘摩擦磨损试验未能复制硬质合金刀具的严重磨损现象,说明该摩擦试验方法对于石墨切削摩擦行为的研究具有一定的局限性,需要进一步改进。     

电压对碳滑板磨损性能和温升的影响

在受电弓/接触网高速载流摩擦磨损试验机上试验研究恒定电流及不同电压下,纯碳滑板与铜银合金接触线载流滑动摩擦时,接触压力和相对滑动速度对纯碳滑板磨损性能和温升的影响。试验结果表明:随着试验电压的增加,弓网间的电弧放电现象更加明显,燃弧时间更长,磨损率先急剧增大后趋于平缓,纯碳滑板的磨损率与温度表现出正强相关性。分析纯碳滑板磨损后的形貌可知:随着试验电压的增加,纯碳滑板的磨损先以机械磨损为主,然后转变为以电弧烧蚀和氧化磨损为主;纯碳滑板表面的电弧烧蚀坑增多且分布较均匀,烧蚀区面积增大。     

有无电流条件下温度对碳/铜摩擦副摩擦磨损性能的影响

通过销-盘摩擦磨损试验,研究了碳/铜摩擦副在有无电流条件下的摩擦学性能。结果表明:试验过程中摩擦副温度不断地升高,且有电流时摩擦副温度比无电流时高,滑板材料的磨损量随着温度的升高而增大;当无电流通过时,摩擦因数随温度的升高先增大后减小,当有电流通过时,摩擦因数随温度的升高而减小。观察碳滑板磨损前后表面形貌发现:磨损表面随摩擦副温度的升高变得越来越光滑;当无电流通过时,磨粒磨损和黏着磨损是主要磨损类型,当有电流通过时,磨损类型以氧化磨损和电弧烧蚀为主。碳滑板材料磨损表面EDS分析发现,元素转移和氧化现象在磨损过程中时有发生。