制动油处理的碳纤维增强陶瓷基复合材料的往复滑动摩擦学（英文）

研究制动油、层板取向和摩擦接触方式对碳/碳(C/C)和碳/碳-碳化硅(C/C–SiC)复合材料摩擦磨损行为的影响。研究往复滑动条件下材料的摩擦磨损行为,分别采用两种不同的接触方式进行摩擦试验,即销-盘式和球-盘式,同时考虑层板方向(垂直和平行方向)的影响。法向载荷范围为50-90 N,变化间隔为10 N。结果表明,与层板平行取向复合材料相比,垂直取向复合材料的摩擦因数和磨损量均较大,垂直取向C/C复合材料具有最大的摩擦因数。与销-盘式接触相比,球-盘式接触摩擦的样品其磨损量最大可降低78%,摩擦因数最大可降低49%。润滑油的存在减小磨屑被压实的倾向,从而使摩擦膜难以形成,因此影响摩擦行为。在往复滑动过程中,由有限区域运动而引起的接触面间的磨屑滞留可描述摩擦磨损行为。     

考虑摩擦升温的铁路列车制动摩擦块高温磨损机制演变∗

铁路列车制动摩擦块的高温磨损对列车制动安全影响显著,现有对于制动摩擦块高温磨损的研究一般通过环境温度控制来模拟制动界面高温条件,而在摩擦生热条件下对制动摩擦块高温磨损机理及演变规律的研究较少。在多模式制动性能试验台上进行摩擦拖曳制动试验,利用显微特征观测仪器、界面几何特征测量设备等,对制动摩擦块的高温磨损机理和演变进行分析探讨。结果表明,在摩擦生热条件下,当制动界面温度从室温上升至460℃时,摩擦块的主要磨损机制依次为磨粒磨损、氧化磨损和黏着磨损。当磨损机制以磨粒磨损为主时,摩擦块表面的缺陷数量多但尺寸小,摩擦因数与常温下接近;当氧化磨损占主导时,形成的氧化膜会提高耐磨性,摩擦块表面损伤较轻。此时,界面接触状态较好,摩擦因数较高,制动性能有所提高;当高温导致摩擦块材料发生软化和塑性流动时,摩擦块接触平台尺寸较大且极为平整,软化的材料充当润滑剂使摩擦因数下降、制动性能降低。同时,塑性流动会造成材料延展性能耗尽和表面材料撕裂,摩擦块表面严重的局部损伤导致接触界面状态较差,磨损机制以黏着磨损为主。在更接近于真实制动工况的条件下进行研究,揭示了摩擦升温过程中铁路列车制动摩擦块高温磨损机制的演变...     

制动条件对动车进口刹车片制动性能的影响

对现有动车进口刹车材料,在MM-1000Ⅱ型摩擦磨损性能试验机上进行性能测试,摩擦速度为80～200 km/h,摩擦压力为0.4～1.0 MPa.利用JEM-2100型扫描电镜(SEM)对其磨损表面和磨屑进行微观形貌观察.结果表明:当制动速度为160 km/h时,仍具有较高摩擦系数(0.292),制动速度大于160 km/h时,摩擦系数迅速下降;当制动速度为80km/h时,材料磨损量较小.低速制动下的磨损机理主要为疲劳磨损,高速制动时主要为磨粒磨损和氧化磨损.     

圆凹坑织构对线接触摩擦副摩擦学性能的影响

根据摩擦试验中圆盘试样的旋转方向,用YLP-20型激光加工系统在圆柱销试样回转面不同区域(前端、后端、中间)加工规则分布的表面织构,利用UMT-3摩擦磨损仪进行单向旋转摩擦试验,研究表面织构分布区域对摩擦副摩擦学行为的影响。结果表明:在载荷10N、滑动速度0.003~0.628m/s时,不同分布区域的织构对摩擦副的摩擦学行为影响不同,相比无织构试样,分布于试样回转面中间部分的织构对摩擦副起到了减摩作用。这是由于中间织构通过形成局部流体动压润滑作用提高了摩擦副的承载能力,降低了接触表面的摩擦因数,同时通过储存磨屑,减少了表面磨损。前后端织构产生的流体动压润滑效应很小,磨损严重,导致其摩擦因数高于中间织构和无织构试样的摩擦因数。     

载荷对PTFE/AlSi10Mg复合材料摩擦磨损行为的影响

采用选区激光熔化(SLM)、浸渗和真空烧结工艺制备了以AlSi10Mg为基体的多孔骨架填充聚四氟乙烯(PTFE)的自润滑复合材料。采用往复式Bruker UMT-3摩擦试验机研究了速度为5mm/s、不同载荷下复合材料的摩擦磨损性能,并采用SEM、EDS等对其成分、结构以及摩擦学行为进行了研究。结果表明,复合材料的平均摩擦因数和磨损率随着载荷的增加呈现先增大后减小的趋势;复合材料的摩擦稳定性主要由存储在骨架中的PTFE决定。其摩擦机制主要是在载荷的作用下,当磨擦表面发生磨损时,骨架中的PTFE将磨屑捕获,形成完整的PTFE润滑层,并且发生膜的转移,从而增加了复合材料的摩擦学稳定性。     

CKS活塞环表面微织构几何形貌及排布方式对摩擦学性能的影响

以CKS(铬基陶瓷复合镀)活塞环-硼磷合金铸铁气缸套摩擦副为对象,采用Nd-YAG激光器在CKS活塞环上进行微织构化处理,在对置往复式摩擦磨损试验机上进行摩擦学试验,研究激光微织构几何形貌及排布方式对摩擦副减摩耐磨的作用。采用激光共聚焦扫描显微镜利用台阶法测量磨损量,采用扫描电子显微镜观察样品表面磨损形貌。发现当织构深度30μm、直径130μm、排布角度0°、面积占有率5%时,摩擦副获得最佳的摩擦磨损性能,摩擦因数最低可达0.086,与未织构化的摩擦配副相比,摩擦因数降低约0.013,降低约13%;活塞环磨损率下降约41%,气缸套磨损率下降约46%。活塞环表面微织构可改善摩擦磨损性能的作用机制为,微织构具有储存润滑油、收集磨屑以及减小摩擦副接触面积的作用。     

压铸成型AZ91D镁合金摩擦磨损行为研究

以压铸成型AZ91D镁合金为对象,研究了试样硬度与试验载荷对合金摩擦磨损行为的影响,借助电子扫描电镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)对磨痕面、磨屑的分析,初步探讨了磨损机理。结果表明:压铸成型AZ91D镁合金的充型过程对其摩擦磨损行为的影响明显,型腔端部硬度较高、摩擦系数相对稳定、磨损率较低,中部因存在铸造杂质、初生α相或少量β相等缩松、缩孔缺陷,其摩擦磨损特性相对较差。较低载荷下,因摩擦面与大气充分接触且存在大量的脱落磨粒,其磨损形式为氧化磨损和磨粒磨损的混合机制。随着载荷的增大,摩擦面可观察到唇边及塑性变形迹象,磨屑由小变大并连接成长条,即将脱落的磨屑与磨痕面局部连接处存在微裂纹,磨损机制由磨粒磨损向粘着磨损、熔融磨损逐渐转变。     

交流磁场下GCr15干滑动摩擦磨损性能研究

研究了磁场强度对GCr15/45钢配副摩擦磨损性能的影响.实验表明,与无磁场条件下相比.GCr15钢销磨损量明显减少;摩擦磨损过程中配副摩擦表面能吸附更多的磨屑,表面生成更多的氧,从而改变材料摩擦磨损机制,改善GCr15钢的摩擦学性能.     

基于C17200与34CrNiMo6材料的摩擦磨损特性与数值模拟研究

目的 探究干摩擦下载荷与速度对于C17200与34CrNiMo6材料摩擦学特性的影响,以探寻C17200材料作为风力机制动闸片的可行性,开展考虑表面粗糙度和接触压力分布不均因素的磨损深度的数值模拟。方法 以C17200与34CrNiMo6材料组成销–盘摩擦副,基于风力发电机的制动工况,利用试验探究其摩擦学特性与磨损机理。在ABAQUS中建立三维销–盘平面/平面磨损模型,设置不同载荷与速度,基于销–盘摩擦副理论模型与UMESHMOTION子程序,结合ALE自适应网格技术,对不同工况下的表面磨损深度进行数值计算,通过试验验证提出的理论模型的合理性。结果 在载荷为3 MPa时,随速度的增加,平均摩擦系数先减小、后增加,速度为125.664 mm/s时,平均摩擦系数取最小值0.575;在速度为62.832 mm/s时,随载荷的增大,平均摩擦系数近似线性增大。载荷为1.5MPa时,平均摩擦系数取最小值0.509。C17200与34CrNiMo6试样的磨损量随速度与载荷的增大而增大,但转速对于磨损量的影响更大。C17200与34CrNiMo6的磨损机理主要为粘着磨损和磨粒磨损。C17200材料磨损...     

阿拉尔耕地沙土与65Mn摩擦行为的研究

目的 探究阿拉尔耕地沙土与65Mn的摩擦学行为,为高速犁结构设计、优化和材料选择提供理论基础。方法 采用摩擦磨损试验机,选择土壤含水率、平均粒径、载荷、转速和摩擦时间等5个参数进行单因素多水平试验,研究沙土对65Mn的摩擦行为,并对各因素水平下金属磨损形貌进行分析。结果 随着含水率的增加,土壤黏附力和润滑水膜的厚度增大,摩擦因数减小,磨损量呈二阶抛物线规律;随着平均粒径的增加,微观接触面积减小,摩擦因数、磨损量与粒径呈负相关;随着载荷的增加,磨料挤压嵌入金属表面,使得微观切削量增加,摩擦因数呈小幅上升趋势,磨损量呈大幅上升趋势;随着转速的增加,摩擦因数、磨损量变化较缓和;随着摩擦时间的增加,因热量的累积,摩擦因数和磨损量呈上升趋势,土壤与金属的摩擦逐渐演变为土壤之间的摩擦。分析磨损形貌发现,65Mn金属磨损表面始终伴随着磨料磨损造成的犁沟、疲劳和剥落,还发现了腐蚀磨损造成的裂纹,表面金属材料被腐蚀成金属盐结晶体,2种形式的磨损交互影响,加剧了65Mn的磨损。结论 方差分析表明,与土壤含水率、载荷、转速相比,平均粒径和摩擦时间对沙土与65Mn的摩擦因数的影响较大,平均粒径对65Mn的磨损的影响最大。     

铝基复合材料的摩擦磨损性能

在制动试验条件下,研究铝基复合材料的摩擦磨损性能,研究结果表明：与铸铁材料相比,铝基复合材料能大大地降低摩擦表面温度,其摩擦系数可在较大载荷,较高转速下保持稳定,有利于制动性能的提高,复合材料在不同摩擦试验后的磨损量与ＳｉＣ含量和基体种类有关。在相同摩擦条件下,磨损量随颗粒含量增加而减少,与铸铁材料相比,它具有重量轻,导热快,摩擦系数稳定,不产生热裂,是较适宜的制动盘材料。     

滑动摩擦结合面磨合磨损表征方法与影响因素

定量分析研究磨合磨损的表征方法与影响因素对于获得低磨损率的稳定持续工作状态、保证摩擦副工作性能和使用寿命都具有重要意义。基于质量磨损量,构建了滑动摩擦磨合磨损的表征方法,得到一种新的磨合磨损相关参数计算模型。采用球-盘摩擦副,得到磨削抛光表面、周向纹理表面与径向纹理表面3种表面形貌的样件在不同工况下的质量磨损量,分析了法向载荷、滑动速度和初始表面状态3种因素对摩擦副结合面磨合磨损的影响,推出磨合磨损阶段的质量磨损率和磨损系数随时间的变化规律。结果表明:载荷和转速均与初始质量磨损率正相关;在磨合磨损初期,周向纹理表面的质量磨损量和质量磨损率较高;在整个磨合磨损过程中,磨削抛光表面的磨损系数较为稳定,径向纹理表面的磨损率最低,而钢球对磨件的磨损量却最大,在低速或低载时体现的尤为明显。     

Tribological behavior of three typical bearing alloys under influence of additives

The influences of lubricating additives on the tribological behavior of lead, tin, copper base bearing alloys-0.45%C steel rubbing pairs under the condition of boundary lubrication were researched. The results show that because of the difference of physical chemistry performance at bearing alloys and steel, some conventional lubricating additives which is beneficial to steel-steel rubbing pairs is harmful to these bearing alloys-steel rubbing pairs,and the wear volume can be increase by 7 times under the test condition. The measure results of contact resistance during the test process show that the higher the contact resistance at rubbing surface, the better the tribological behavior of tribo-system. Moreover for the lead base and tin base bearing alloys-0.45%C steel rubbed pairs, the thicker the compact oxide layer of steel surface, the larger the friction coefficient and wear volume, which demonstrates that oxidation wear plays an important part in the wear process.     

偏航制动摩擦片热力耦合计算及失效原因分析

目的结合摩擦片的失效原因,分析偏航制动摩擦片的接触面受力情况。方法利用有限元法建立制动盘和制动器摩擦片的热力耦合接触模型,设置摩擦片和制动盘的参数和材料性能,研究不同压力、滑动速度、摩擦系数和环境温度下的制动器摩擦片应力和温度的分布情况。结果得到了偏航压力、滑动速度、摩擦系数、环境温度对制动器摩擦片接触面的等效米塞斯应力和温度分布曲线,摩擦片两侧区域属于等效应力和温度分布的交变集中区,但靠近边缘,等效应力和温度值略微减小。适当减小压力,增大滑动速度,减小摩擦系数,有助于减小摩擦片接触面的等效米塞斯应力分布,温度对摩擦片接触面的等效米塞斯应力分布基本无影响。得到了摩擦片接触面等效米塞斯应力和温度场与接触面位置的高斯分布曲线方程。通过将制动器摩擦片磨损失效照片和文中计算数据进行对比,验证了有限元分析的正确性。结论通过合理选择偏航压力、滑动速度、摩擦系数,可以有效地缓解偏航制动器摩擦片的等效应力和温度分布的交变集中区,进而达到延长摩擦片使用寿命的目的。     

高速球铣路径对淬硬钢SKD11表面摩擦特性的影响

通过高速铣削试验与环-块摩擦磨损试验,借助白光干涉仪、超景深三维显微镜、显微硬度计等分析检测设备,研究了走刀路径对淬硬模具钢SKD11表面摩擦特性的影响。结果表明:球铣加工表面摩擦特性具有方向性,当走刀方向与摩擦方向垂直时,摩擦因数最小,磨痕宽度最窄,当二者夹角成45°时,摩擦因数最大,磨痕宽度最宽。球铣走刀路径影响加工表面形貌取向,表面形貌通过改变接触应力和磨屑捕捉能力来影响犁耕效应和黏着效应,进而影响摩擦特性。干摩擦工况下,主要磨损机理是磨粒磨损与氧化磨损,试验15 min后表面微沟槽形貌均已消失;而润滑工况下,表面微沟槽依然清晰,走刀路径与摩擦方向夹角成0°与45°试样表面出现磨粒磨损特征,而夹角成90°试样表面无明显划痕,表明采用该路径进行球铣加工具有较好的减磨效果。     

等温淬火处理对感应重熔镍基合金涂层摩擦学性能的影响

目的改善镍基合金涂层的摩擦学性能。方法分别采用感应重熔工艺及感应重熔-等温淬火一体化工艺,在GCr15钢基体表面制备了两种镍基合金涂层,并通过销盘摩擦磨损试验、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试对其摩擦磨损性能、微观组织、表面硬度进行了对比研究,探讨了等温淬火处理对感应重熔镍基合金涂层摩擦学性能、微观组织、表面硬度的影响,揭示了其增强机理。结果经等温淬火后的重熔涂层比感应重熔涂层具有更低的摩擦系数和磨损失重,摩擦稳定阶段的摩擦系数为0.301,比后者低23.8%,相对耐磨性是后者的1.71倍。感应重熔涂层同时存在着磨粒磨损和粘着磨损两种机制,而经等温淬火后的重熔涂层以磨粒磨损为主,比前者具有更优异的抵抗磨粒磨损和粘着磨损的能力。感应重熔涂层及经等温淬火处理后的重熔涂层平均显微硬度分别为818.0、873.6HV(0.5),硬度极差分别为170.9、132.6HV(0.5),形状参数分别为18.5057、22.6189,后者比前者具有更高的平均硬度值、更小的硬度极差以及更加稳定的涂层性能。经过微观组织分析发现,重熔涂层在经等温淬火处理后,其晶粒的细化、硬质相的相对均质弥散性、共晶相的减少、丰富的耐磨陶瓷相和快速凝固的定向晶粒结构的协同作用,是其具有优异的显微硬度Weibull分布特性,以及耐磨性得到进一步提高的根本原因。结论合适的等温淬火热处理工艺能够改善感应重熔镍基合金涂层的微观组织,从而有效减小其摩擦系数,并提高其耐磨性。     

Friction and wear properties of pitch／resin densified carbon—carbon composites used for airbrakes

By use of X-ray diffractometry and scanning electron microscope(SEM),the friction and wear results obtained from MM-1000 dynamometer tests of CVI pitch/resin C/C composites were analyzed.By investigating the factors that affected the friction and wear properties,such as matrix carbon,applcation environment,graphitization degree and brake pressure,etc,friction and wear mechanism of carbon materials were probed.The results indicate that pitch densified CVI initially treated composite is more graphitizable with its graphitization degree up 59 62%,and which results in uniform small debris easier to generate,more smooth friction curves with the coefficient of 0.3-0.4 and relatively higher wear and mass loss,compared with CVI/resin C/C composites.It was further proved by SEM observation that tribological behavior of C/C composite was system dependent.Factors determining the friction and wear properties such as the size of debris and its influence on friction and wear,brake pressure,graphization degree and debris bilm formation interacted and affected each other.The friction and wear mechanism of C/C composites under different high temperature treatments needs further research.     

Evaluation offing surfaces with several coatings for friction, wear and scuffing life

Friction and wear of the sliding components in an automobile cause an increase in both fuel consumption and emission. Many engine components involved with sliding contact are all susceptible to scuffing failure at some points during their operating period. Therefore, it is important to evaluate the effects of various surface coatings on the tribological characteristics of the piston ring and cylinder block surface of a diesel engine. Wear and scuffing tests were conducted using a friction and wear measurement of the piston ring and cylinder block in a low friction diesel engine. The frictional forces, wear amounts and cycles to scuffing in the boundary lubricated sliding condition were measured using the reciprocating wear tester. The tester used a piece of the cylinder block as the reciprocating specimen and a segment of the piston ring material as the fixed pin. Several coatings on the ring specimen were used, such as DLC, TiN, Cr-ceramic and TiAlN, in order to improve the tribological characteristics of the ring. The coefficients of friction were monitored during the tests, and the wear volumes of the piston ring surfaces with various coatings were compared. Test results show that the DLC coating exhibits better tribological properties than the other coatings. The graphite structure of this coating is responsible for the low friction and wear of the DLC film. The TiN and DLC coatings show better scuffing resistance than the other coatings. The TiN and Cr-ceramic coated rings show good wear resistance and high friction.