织构刀具凹坑直径对刀-屑摩擦特性的影响

通过TC4钛合金切削试验研究织构刀具的凹坑直径对刀-屑摩擦特性的影响。首先根据蜣螂体表实际凹坑尺寸设计出不同凹坑直径的织构刀具,然后采用切削试验测量非织构刀具与不同凹坑直径的织构刀具在不同进给量下的表面粗糙度和切削力及其各向分力,分析刀-屑摩擦系数、工件表面粗糙度与凹坑直径之间的关系。研究结果表明：织构刀具的刀-屑摩擦系数随着凹坑直径的增大而减小,凹坑直径为50μm、70μm时其摩擦系数高于非织构刀具,凹坑直径为100μm时其摩擦系数低于非织构刀具;工件表面粗糙度总体上随织构刀具凹坑直径的增大而增大,凹坑直径为50～100μm时,采用织构刀具加工可有效改善工件表面质量。     

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.     

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.     

电火花-激光复合加工减摩钛合金表面试验

采用电火花-激光复合加工方法在钛合金表面加工出微米-纳米多尺度微结构,对表面微结构形貌及摩擦性能进行了测试和分析。结果表明,电火花-激光复合加工形成的微结构可有效降低钛合金表面摩擦系数。当电火花脉冲宽度为8μs,脉冲间距为40μs,激光功率为10W,结构间距为60μm时,微坑半径约为20μm,钛合金微纳米表面摩擦系数为0.1748,较基体降低40%以上,实现了低成本钛合金减摩擦表面制造。     

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.     

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.     

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。     

聚四氟乙烯、石墨等粒子与镍磷化学共沉积复合镀层的研究

由化学镀得到的聚四氟乙稀、石墨、氟化石墨、硫化钼及氟化钙粒子等与镍磷一起沉积的五类自润滑复合镀层。在环块试验机及销盘试验机上研究了其摩擦磨损特性。得出其摩擦系数与抗磨性、试验负荷、粒子含量和镀层的热处理与否有关。与淬火GCr15和氮化过的钢相比,自润滑复合镀层具有低的摩擦系数,比之纯Hi-p镀层其摩擦系数也较低。 由AES和SEM对磨损表面进行分析,当表面的Ni-p逐步磨去时,固相润滑粒子逐步暴露。对细粒子来说(如小于2μm的PTFE)能在对磨件表面形成转移膜,降低摩擦系数,其磨损率略有提高。但如粒子过大(如大于2μm的石墨)则石墨粒子压延并抛光,或碎裂脱落,也能转移并降低摩擦,但使磨损量大为增加。     

钛合金不同微结构摩擦磨损试验研究

为了增强钛合金表面的耐磨性,采用激光加工技术在钛合金表面加工出不同间距的沟槽结构,并利用低速低载荷干摩擦方法,研究钛合金沟槽表面在不同对摩角度下的摩擦磨损性能,然后进行磨损前后形貌的观测,磨痕深度的测量及元素的分析,结果表明:沟槽表面与未织构化表面相比,沟槽表面减摩耐磨性能都有明显的提高,并且O元素和Fe元素都有所增加;沟槽间距为500μm的表面,在60°对摩角度下摩擦系数最小,然而在90°对摩角度下的耐磨效果最好.     

碳纤维与铜颗粒增强聚甲醛复合材料摩擦磨损性能研究

利用热压成型工艺制备了不同含量的碳纤维、铜颗粒增强聚甲醛复合材料,研究了碳纤维、铜颗粒含量对聚甲醛复合材料摩擦磨损性能的影响规律及其磨损机制。结果表明,碳纤维、铜颗粒显著提高了聚甲醛的耐磨性,在0.628m/s,100N实验条件下,碳纤维10%+铜颗粒10%构成的复合材料的磨损率最低,其磨损率比单独添加碳纤维10%降低了48.5%。摩擦表面形貌分析表明,添加铜颗粒使复合材料摩擦表面光滑,但却增大了摩擦系数。     

Evolution of aggregate surface texture due to tyre-polishing

Three kinds of aggregates were polished by genuine pneumatic rubber tyres. The initial states of surface texture and dynamic friction coefficient were measured and their developments in polishing process were monitored. The characterizations of height distribution and power spectral density of aggregate surface texture were estimated. The changes of micro-texture were also investigated based on a fractal filtering method with sound theoretical backgrounds of rubber friction on rough surfaces. Global height reduction and differential removal of mineral component are observed in polishing process. It is concluded that the tyre-polishing action plays the critical roles in the micro-scale texture, and the evolution of friction of aggregate is governed by the micro-texture changes due to the differential removal of mineral component.     

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。     

刀具-岩石摩擦过程中的闪温分析

摩擦表面闪温对刀具材料性能产生着重要影响。针对刀具摩擦表面的微凸体建立了导热微分方程,系统分析了影响微凸体温度的影响因素。在提出摩擦表面接触系数的概念的基础上推导出了干摩擦条件下刀具闪温的解析计算模型并分析了水射流条件对闪温计算的影响。给出了基于均匀分布模型和概率分布模型的摩擦表面接触系数和水射流参与下满足动力润滑条件的摩擦系数等计算参数的确定方法。计算分析与红外测温实验的结果表明：刀具与岩石的摩擦闪温严重依赖两摩擦面的接触系数和各自表面微凸体分布情况;给出的摩擦面闪温计算模型比传统计算方法更接近实验测量值,更适用与工程中对材料安全性要求较高的场合应用。     

微造型对滑动轴承摩擦学性能影响的研究

基于N-S方程,利用ANSYS中CFX模块,进行微造型滑动轴承计算流体力学(CFD)分析,着重讨论微造型的几何参数、密度、位置对滑动轴承摩擦学性能的影响。研究结果表明:适当减小微造型的深度或长度、适当增加微造型的宽度有利于增加轴承的最大压力和承载能力、减小轴承的摩擦系数;存在使得轴承承载能力最大或摩擦系数最小的最优微造型密度;在油膜最大压力附近布置微造型,更利于增加轴承承载能力、减小轴承摩擦系数。     

GF增强尼龙1010复合材料的磨擦学性能研究

制备了玻璃纤维（GF）增强尼龙1010复合材料,在环一块磨损试验机上研究了复合材料的摩擦学性能。结果表明：GF含量对复合材料的摩擦学性能有显著影响,GF质量分数为35％时增强效果较好;随着滑速的增加,GF增强尼龙1010复合材料的摩擦系数和磨损量持续上升。干摩擦下的复合材料磨损以疲劳断裂和粘着为主,且纤维出现磨损、断裂及从基体中剥落的现象。在油润滑下材料向对偶产生轻微的转移,与干摩擦相比复合材料的摩擦系数和磨损量大为降低;水润滑下的尼龙以化学腐蚀磨损和磨粒磨损为主,此时复合材料摩擦系数也有较大程度的降低,但磨损量较干摩擦增大。     

GCr15球-盘点接触摩擦副的滑滚摩擦磨损特性研究

选用GCr15钢盘和GCr15球作为摩擦副,在NGY‐6纳米润滑膜测量仪上开展球‐盘点接触摩擦副在润滑状态下的滑滚摩擦磨损实验,研究不同接触应力、钢球转速、滑滚比等参数对摩擦副的摩擦因数、磨损形貌的影响规律．结果表明：当接触应力和钢球转速一定时,摩擦因数随着滑滚比的增大而逐渐增加后达到稳定状态;当滑滚比一定时,摩擦因数随接触应力的增大而逐渐增大;当钢球转速低于300 r／min时,摩擦因数随着钢球转速的增大而减小;当钢球转速高于300 r／min、接触应力大于0．84 GPa时,摩擦因数随着钢球转速的增大而呈增大趋势．Stribeck曲线表明：当滑滚比为0．01时,摩擦副处于流体动压润滑状态;当滑滚比为0．03时,润滑状态随Sommerfield参数的增加而从边界润滑过渡到混合润滑;当滑滚比分别为0．05、0．1、0．3、0．5时,润滑状态为边界润滑．滑滚比较小时,磨损机制以疲劳磨损为主,随着滑滚比的增大,磨损机制转变为磨粒磨损．     

纳米填料增强UHMWPE–橡胶水润滑摩擦学性能

为了研究水润滑条件下试验载荷和速度对纳米填料（Nano-SiC）改性超高分子量聚乙烯（UHMWPE）/橡胶复合材料摩擦学性能的影响,通过高温混炼、热压成型制备Nano-SiC辅以聚四氟乙烯（PTFE）填充改性UHMWPE/橡胶复合材料。采用MRH-3型环-块摩擦实验机探究四种不同载荷条件下改性复合材料的摩擦磨损性能,采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和非接触光学三维轮廓仪对试样微观磨损表面形貌分析,从微观层面探究改性复合材料的摩擦机理。试验结果表明：在定载变速条件下,速度由0.02m/s升到3.59m/s时,改性复合材料的动摩擦系数波动幅度与静摩擦系数均呈现大幅下降趋势,粘-滑现象（Stick-Slip Phenomenon）减弱,摩擦系数波动归于平稳;试验载荷和纳米粒子含量的变化与试样摩擦磨损程度呈负相关,在水润滑条件下,随着纳米粒子含量增加,摩擦系数与磨损率均出现明显降低,填充比例为5%的复合材料摩擦学性能最佳,摩擦系数整体较UHMWPE/橡胶材料降低35%,磨损率降低46.6%,磨损表面形貌也随之发生改变;随着载荷的增加,复合材料的磨损率从1.25×10-6mm3/(Nm)降至0.4×10-6mm3/(Nm)。Nano-SiC的含量与工况载荷压力对摩擦磨损均存在一定影响,即填充适量Nano-SiC的UHMWPE/橡胶复合材料与一定工况压力下的对偶钢环组成的摩擦配副能改善摩擦环境,减轻粘-滑现象,有利于减小材料的磨损。     

表面织构对发动机活塞/缸套摩擦性能的影响

为探讨表面织构对发动机活塞/缸套之间的摩擦特性的影响,利用微细电解加工技术在真实的活塞裙部表面制作了4种不同直径,5种不同深度的微米级表面织构;为模拟发动机的运动状态,研制了往复式摩擦磨损试验机,以活塞裙部片段为上试样,缸套片段为下试样,分别在4种不同载荷和转速条件下,对活塞/缸套摩擦性能进行了评价.研究表明,表面织构在活塞/缸套的摩擦过程中表现出了很好的减摩效果,直径250 μm、深度5 μm的表面织构在载荷200 N,转速200 r/min的条件下比没有织构的试样降低摩擦37.8%;磨损试验表明该种表面织构也可以起到较为明显的减磨作用.     

粗糙软接触润滑的摩擦因数

以刚性球在PDMS圆盘上运动为背景,建立了润滑条件下的软接触数学模型,通过数据处理将接触表面粗糙度的测量结果耦合到数学模型中,并根据接触时不同润滑区域的特点,提出了整体名义接触区域的摩擦因数计算模型,利用现有实验数据验证了模型的有效性。在不同润滑条件下计算并分析表面粗糙度在软接触中的作用。当润滑油的卷吸速度与黏度的乘积(μη)值较低时,流动的润滑油与微凸体间的相互作用产生的压力增量使摩擦因数显著增加。