沟槽织构化表面影响摩擦振动噪声机理

在列车制动盘蠕墨铸铁材料表面上制备出平行间隔分布的沟槽表面织构,将其和光滑表面进行摩擦噪声对比试验,并利用有限元软件ABAQUS/Explicit(显式动态求解器)对试验进行数值模拟分析,研究沟槽织构化表面影响摩擦振动噪声的机理。结果表明,本试验条件下的光滑表面会产生较高强度的噪声而沟槽表面几乎不产生噪声,利用有限元软件ABAQUS/Explicit可以很好地模拟试验现象并揭示沟槽表面织构影响界面摩擦振动噪声的机理,即沟槽织构表面在对磨球滑过并碰击沟槽时引起的摩擦力波动能有效的打断摩擦界面的连续接触,作为不连续激励扰乱系统的自激振动,抑制界面摩擦力和振动加速度高频成分的形成并最终降低摩擦噪声。     

沟槽和圆坑织构抑制摩擦尖叫噪声研究

在列车制动盘试样表面加工出不同宽度的发散型沟槽织构和不同直径与间距的发散型圆坑织构后,将其与光滑表面进行摩擦噪声对比试验,并利用数值分析方法进行模拟分析,研究织构表面对摩擦尖叫噪声特性的影响及作用机理。结果表明,两种织构表面均能降低摩擦系统高频尖叫噪声,且尺寸分布合理的沟槽织构能明显地抑制噪声的产生。利用数值分析方法能较好地揭示织构影响界面摩擦噪声的机理,即对摩材料滑过织构表面并碰击其棱边时,所产生的作用力能起到主动控制界面摩擦噪声的作用,且能抑制某些特定频率的尖叫噪声的产生。     

沟槽型织构表面对界面摩擦学行为的作用机制

在球-盘接触状态下,研究具有不同宽度的沟槽型织构表面对界面摩擦学特性的影响,并揭示沟槽型织构表面对界面摩擦学行为的作用机制。试验结果表明:沟槽型织构表面显著地改变界面的摩擦学行为,特定尺寸参数的沟槽型织构表面能有效改善界面的摩擦磨损特性;沟槽的存在改变摩擦界面的接触状态,从而引起界面的法向位移和法向力信号产生突变;具有合理尺寸参数的沟槽型织构表面,能充分捕获界面的磨屑,避免对摩试样之间产生强烈的撞击作用,从而有效地改善界面摩擦学行为。     

YG8硬质合金表面沟槽织构的制备及其减摩特性

采用光纤激光加工设备在YG8硬质合金表面加工出沟槽织构,研究了激光加工参数对织构尺寸及形貌的影响,得到最佳激光加工参数;采用最佳激光加工参数在硬质合金表面加工出4种不同方向的正弦型沟槽织构,研究了干摩擦条件下织构的减摩特性。结果表明:随着激光功率、扫描次数的增加或扫描速度的减小,沟槽织构尺寸增大,但过高的激光功率或过多的扫描次数导致织构底部粗糙;最佳激光加工参数为激光功率40W,扫描速度100mm·s~(-1),扫描次数200次,此时沟槽织构表面形貌较好,织构宽度为160μm,深度为15μm;在试验载荷为2N、滑动速度为20mm·s~(-1)时,正弦中心线与摩擦方向成0°的正弦型沟槽织构的减摩效果优于正弦中心线与摩擦方向成30°,60°,90°的织构,且摩擦因数比光滑试样的降低了25%。     

往复运动下圆凹坑形表面织构减摩性能研究

为研究圆凹坑形表面织构在往复运动下的减摩性能,尤其是织构面积率对摩擦因数和润滑状态的影响,在UMT-Ⅲ型摩擦试验机上进行往复式摩擦试验.试验中采用的摩擦副材料为Cr12与45#钢,在45#钢上加工出面积率为2％、6％、10％的圆凹坑形织构.保持运动频率不变,在不同载荷下试验,研究织构面积率在不同载荷下的减摩性能;然后改变往复运动频率,在固定载荷下试验,采用频率参数作为速度参数计算动压参数,绘制Stribeck曲线,研究织构面积率对润滑状态的影响.结果表明:当载荷较小时,较大面积率的表面织构减摩效果较好,当载荷较大时,表面织构具有增大摩擦力的作用,即表面织构的减摩效果对载荷敏感;在较小的载荷下,面积率较大的表面织构可以在较低的运动频率下进入流体润滑状态.     

滑动摩擦振动噪声的非线性显式动力学分析

利用有限元软件ABAQUS/Explicit(显式动态求解器)对球-平面接触条件下的滑动摩擦振动噪声进行了数值模拟分析。对比试验结果,探讨了摩擦噪声的发生机制,并分析了摩擦噪声发生时接触界面的运动特性。结果表明,摩擦噪声主要是由摩擦系统的自激振动引起的,法向振动与切向振动的耦合是系统产生自激振动和摩擦噪声的一个重要因素。当摩擦系统发生自激振动时,从面节点与主面的接触并不是连续不变的,两者在相对运动的过程中具有黏着-滑动-分离-黏着的特性。     

摩擦副表面沟槽型织构润滑性能的数值仿真

从目前的研究来看,织构的深度和载荷对油膜的润滑性能具有显著的影响,然而,在载荷变化的情况下,润滑膜的最小膜厚和黏性阻力是一个动态变化的过程。因此不同载荷下,最佳织构深度的选取还需系统地进行分析。通过建立沟槽型织构流体润滑模型,分析了织构的深度以及承载力对摩擦副的油膜厚度、压力、剪切力、以及摩擦因数的影响。结果表明：在承载力一定时,油膜厚度随织构深度的增加呈先增大后减小的趋势。在89 N载荷下时,存在最佳油膜厚度6.4184μm,此时织构深度为2.97μm,摩擦因数为0.0162。     

微织构参数变化对硬质合金摩擦特性的影响

采用金刚石压头划痕法在抛光后的硬质合金表面制备了平行微织构,划痕载荷分别为5,10,15 N,织构间距为30,50,80,100μm。在UTM-2摩擦磨损试验机上进行了微织构硬质合金的摩擦磨损试验,对摩擦因数进行了在线测量,并利用超景深显微镜观察了表面微织构摩擦磨损形貌。试验结果表明:硬质合金的表面微织构有助于降低摩擦因数,当划痕载荷为10 N、织构间距为30μm时,摩擦因数最小,只有0.36。     

织构参数对不锈钢与猪股骨间摩擦性能的影响

采用YLP-F20激光打标机在4Cr13不锈钢圆盘试件表面加工出不同尺寸的沟槽微织构试样;将织构试样与新鲜猪股骨制成的骨棒试样构成销-盘摩擦副,在立式万能摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损试验,研究微织构参数对不锈钢与猪股骨在生理盐水润滑下的摩擦特性的影响。结果表明:沟槽型的摩擦因数比无沟槽的要小,在文中研究的范围内摩擦因数随着沟槽宽度的增加而减小,随着沟槽间角度的增加而增加;对加工微织构后的表面进行处理对摩擦因数的影响很大。文中研究范围内宽度200μm、深度20μm、角度1.21°微织构组合,相比较于无微织构试件摩擦因数最大降低了36.4%。     

表面织构在脂润滑条件下的摩擦性能研究

采用声光调Q二极管泵浦Nd:YAG激光加工系统在H13钢表面加工出不同密度的织构,以润滑脂作为润滑剂,利用MMW-1A型微机控制万能摩擦磨损试验机考察表面织构在不同载荷、不同转速条件下的摩擦磨损特性。实验结果表明:在脂润滑条件下表面织构能有效改善摩擦副表面的摩擦性能;与光滑无织构试样相比,表面织构试样的摩擦因数显著降低;一定范围内,随着织构密度的增加,平均摩擦因数呈现出先减小后增大的趋势,且织构密度为10%时的平均摩擦因数最小,最小平均摩擦因数为0.18,较光滑无织构试样减小32.23%;摩擦因数随着试验载荷的增大而减小,但随着转速的增加呈现出先减小后增大的变化趋势。     

单相硼化物的制备及摩擦磨损性能研究

为了深入研究渗硼层中硼化物的性能,采用真空感应熔炼法制备单相硼化物材料。观察分析制备的硼化物微观组织,测试其力学性能。采用MMU-5G型销-盘式摩擦磨损试验机,在干摩擦条件下,研究了不同载荷下单相硼化物的摩擦学性能,观察其磨损表面形貌特征,探讨其磨损方式。结果表明：制备的硼化物为单一相,试样纯度高,试样的平均显微硬度为HV2065,平均断裂韧性值为1.68 MPa·m1/2;硼化物的断口处没有宏观的塑性变形,断口齐平光亮,表现为脆性断裂特征;干摩擦条件下随着载荷从10 N增加到30 N,硼化物的摩擦因数先降低后增加,20 N载荷时达到最小值,而其磨损量随着载荷的增加不断上升;随着载荷从10 N增加到30 N,磨损表面的粗糙度先逐渐上升后急剧上升; 10~20 N载荷下,硼化物的磨损以磨粒磨损为主,而25~30 N载荷下,硼化物的主要磨损方式从磨粒磨损转变为脆性破损。     

SLM成形表面织构对TC4钛合金干摩擦磨损性能的影响

基于一步法思路,采用金属3D打印机基于激光选区熔化（SLM）技术制备表面带有凹坑织构的TC4钛合金试样,采用光学相机、超景深显微镜和扫描电镜观察织构成形情况,利用激光共聚焦位移测试仪和显微维氏硬度计分别测试表面粗糙度和表面硬度,在干摩擦条件下采用摩擦磨损试验仪考察不同载荷下织构密度对TC4钛合金试样摩擦学性能的影响,并使用扫描电镜对摩擦实验前后的表面形貌进行分析。研究结果表明：一步法SLM成形能够在TC4钛合金表面获得成形良好的直径500 μm的织构;随着织构密度的提高,钛合金试样表面粗糙度增大,表面硬度有所降低;干摩擦条件下,提高TC4钛合金试样织构密度有利于磨屑的收集从而减少试样的三体磨损,提高载荷有利于改善摩擦副接触状态;5 N载荷下40%织构密度试样的平均摩擦因数和磨痕宽度均最小,与无织构试样相比,平均摩擦因数和磨痕宽度分别降低12%和16%;40%织构密度下,载荷提高会引起摩擦因数的降低和磨损量增大,磨损表面犁沟和片状剥落增多。在干摩擦条件下,3D打印一步法制备的表面织构可以显著改善TC4钛合金的磨粒磨损和黏着磨损。     

纹理表面滑动摩擦稳态摩擦学性能

基于稳态滑动摩擦系统模型,采用球-盘摩擦副定量分析研究法向载荷、滑动速度、初始表面纹理和摩擦副材料对稳态摩擦因数的影响,得到稳态摩擦因数在不同工况下的变化规律。结果表明：滑动摩擦的稳态摩擦因数与磨损率正相关,周向纹理表面的稳态摩擦因数最大,无纹理表面的稳态摩擦因数次之,径向纹理表面的稳态摩擦因数最小;无论何种初始表面形貌,随着转速的增加,稳态摩擦因数先减小后增大,随着法向载荷的增大,稳态摩擦因数呈增长趋势;较深较宽的表面纹理具有更大的稳态摩擦因数和更大的瞬时波动;稳态摩擦因数也与摩擦副材料的选取有关。     

Transfer film bonding and wear studies on CuS-nylon composite sliding against steel

The tribological behaviour of nylon 11 reinforced with lead sulphide filler was studied. The composite specimens with different filler proportions were made by compression moulding. The friction and wear experiments were run under ambient conditions in a pin-on-disk machine with the composite pin riding on the flat surface of a steel disk. It was found that 35 vol.% PbS-nylon composite had the highest wear resistance. The friction and wear tests were run with this composite at different loads, speeds and counterface roughnesses. The wear rate increased considerably when the load was increased from 19.6 N to 39.2 N and the sliding speed from 1 m/s to 2 m/s, but the effect of these increases on the coefficient of friction was very small. The wear rate also increased abruptly when the surface roughness was increased from 0.11 to 0.3 μm but the coefficient of friction was not affected. It was found that the wear process was dominated by the transfer film that formed on the counterface. The transfer film and the worn surfaces were studied by scanning electron microscopy. XPS analysis indicated chemical bonding between the polymer composite transfer film and the steel counterface.     

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。     

Characterization of surface grooves and scratches induced by friction of C/C composites at low and high temperatures

Friction experiments were conducted on C/C composites at low and high temperatures during braking with the use of a pin-on-disc tribometer. The surface grooves formed were investigated by an optical camera and a laser profilometer, while scratches were characterized by optical microscopy. Damages were correlated with tribological performances (friction and wear). It is shown that friction at low temperature leads to high friction coefficient and wear rate, and to surfaces strongly grooved and abraded. For friction experiments performed at high temperature, they lead to lower friction coefficient and wear, and the resulting surfaces are rather smooth and slightly grooved.     

Oil-Lubricated Fretting Behaviors of 304 Stainless Steels under Different Fretting Strokes and Normal Loads

The influence of oil lubrication on the fretting wear behaviors of 304 stainless steel flat specimens under different fretting strokes and normal loads has been investigated. The results proved that fretting regimes and fretting wear behaviors of 304 stainless steels were closely related to the fretting conditions. In general, the increase in normal load could increase wear damage during sliding wear. However, according to the results, a significant reduction in wear volume and increase in friction coefficient was observed when the normal load was increased to critical values of 40 and 50 N at a fretting stroke of 50 μm due to the transformation of the fretting regime from a gross slip regime to partial slip regime. Only when the fretting stroke further increased to a higher value of 70 μm at 50 N, fretting could enter the gross slip regime. There was low wear volume and a high friction coefficient when fretting was in the partial slip regime, because oil penetration was poor. The wear mechanisms were fatigue damage and plastic deformation. There was high wear volume and low friction coefficient when fretting was in the gross slip regime, because the oil could penetrate into the contact surfaces. Unlike the wear mechanisms in the partial slip regime, fretting damage of 304 stainless steels was mainly caused by abrasive wear in the gross slip regime.