类金刚石薄膜纳米摩擦性能的试验研究

利用摩擦力显微镜(FFM),对由等离子体增强化学气相法沉积的类金刚石(DLC)薄膜的纳米摩擦性能进行了试验研究。用原子力显微镜(AFM)观察了DLC薄膜样品的表面形貌,同时测定了其粘附力值。从外加载荷、扫描速度和湿度的角度分析了薄膜的摩擦特性。     

PEEK摩擦信号分形维数与表面形貌相关性试验研究

为研究聚醚醚酮树脂/球墨铸铁摩擦副磨合初期摩擦信号分形维数与聚醚醚酮初始表面形貌分形维数的相关性,在UMT-3MT摩擦磨损试验机上对聚醚醚酮树脂/球墨铸铁摩擦副进行了摩擦磨损试验,运用结构函数测度法对初始表面形貌、摩擦力信号、摩擦因数信号进行了分形表征,计算得到了不同载荷下的分形维数。研究结果表明,聚醚醚酮初始表面和摩擦信号均具有显著的分形特征;在相同速度、相同初始表面下,摩擦信号的分形维数随着载荷的增大而增大;在相同速度、不同载荷下,磨合初期摩擦信号的分形维数均与初始表面分形维数负相关。     

基于分形理论的滑动摩擦表面接触力学模型

依据分形理论,考虑微凸体变形特征及摩擦作用的影响建立滑动摩擦表面接触力学模型。采用一个三次多项式来表达弹塑性变形微凸体的接触压力与接触面积的关系,从而满足在变形状态转变临界点处的微凸体接触面积与接触压力转化皆是连续和光滑的条件。推导出滑动摩擦表面临界弹性变形微接触面积、临界塑性变形微接触面积、量纲一真实接触面积的数学表达式。理论计算结果表明,表面形貌一定时,真实接触面积随着载荷的增大而增大;载荷一定时,真实接触面积随着特征尺度系数的增大而减小,随着分形维数的增大先增大后减小;当表面较粗糙时,摩擦因数对真实接触面积的影响很小;随着表面光滑程度的增大,摩擦因数对真实接触面积的影响增大,真实接触面积随着摩擦因数的增大而增大,特别是当摩擦因数较大时,真实接触面积增大的幅度也较大。接触力学模型的建立,为研究滑动摩擦表面间的摩擦磨损性能提供了依据。     

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮接触面切向刚度分形模型研究

基于Hertz接触理论和分形理论,提出利用两椭圆体的表面接触系数对微凸体分布函数进行修正,引入微凸体的临界弹塑性变形接触面积,推导出变双曲圆弧齿线圆柱齿轮接触面切向刚度的分形模型。通过数值仿真论证了表面接触系数的合理性,并分析出主要参数(法向载荷、分形维数、粗糙度幅值、切向载荷、材料特性参数)对切向刚度的影响。结果表明,法向载荷与切向刚度成正比关系,但当分形维数的取值范围不同时,两者的变化规律有着较大的差别。当分形维数增大时,切向刚度先增大后减小,在分形维数为1.85时达到最大值。切向刚度随着粗糙度幅值和切向载荷的增大而减小,随着材料特性参数的增大而增大。该模型的建立为研究变双曲圆弧齿线圆柱齿轮接触面的切向刚度提供了理论依据。     

磁过滤阴极弧法TiN薄膜的制备及其微观机械性能研究

采用“S”型磁过滤阴极弧等离子体沉积技术,室温下在（111）面单晶硅上沉积氮化钛薄膜。采用AFM和XRD技术分别对薄膜的表面形貌和晶体择优取向进行了表征,并用微刻划的方法分析薄膜的微观机械性能。结果表明,薄膜表面光滑致密,随偏压的增大,表面颗粒粒径先增大后减小,并且从（111）面的择优取向转变成（220）面。在刻划实验中,随载荷增加,薄膜先后经历了完全弹性变形,弹-塑性变形和脆性断裂阶段。利用直接和间接2种方法对得到的薄膜的临界载荷进行分析对比,发现在不同负偏压下,薄膜的内应力和临界载荷不同。随着负偏压的增大,薄膜的内应力逐渐增大,临界载荷逐渐减小。在-100V偏压下制备的氮化钛薄膜的微观机械性能最为理想。     

法向载荷和滑动速度对纳米摩擦的影响

由于尺度效应,纳米尺度摩擦机制与宏观尺度有很大差别。在原子力显微镜实验基础之上,探讨纳米尺度干摩擦中微摩擦力与法向载荷以及滑动速度之间的关系。当法向载荷较小时,摩擦力与法向载荷之间并非线性关系,而近似与法向载荷的2/3次方成正比。当滑动速度小于摩擦系统临界滑动速度时,摩擦力随速度的对数增长而增长,而当速度超过临界滑动速度时,摩擦力几乎不受滑动速度变化的影响。     

MoS2/Ti复合固体润滑膜的力学性能与摩擦特性

采用非平衡磁控溅射法在9Cr18轴承钢基底上制备了厚度约3μm的MoS2/Ti复合固体润滑膜,基于球形压头纳米压痕试验,采用连续刚度法对MoS2/Ti复合固体润滑膜的力学性能进行研究,探究MoS2/Ti复合固体润滑膜力学性能随压痕深度的变化规律;根据压痕试验载荷-位移曲线,采用Hertz接触理论计算MoS2/Ti复合固体润滑膜的弹性模量并与试验结果进行对比;利用CSM摩擦试验机对低速、低载下MoS2/Ti复合固体润滑膜的摩擦特性进行研究;基于压痕试验提出了一种能够更准确计算钢球加载时MoS2/Ti复合固体润滑膜接触应力的方法,并计算了摩擦试验不同载荷下的接触应力。结果表明:MoS2/Ti复合固体润滑膜的力学性能和摩擦特性都会受到表面形貌的影响;除表面初始压入阶段外,MoS2/Ti复合固体润滑膜的弹性模量和接触刚度都随着压痕深度的增大而增大;滑动速度和载荷共同影响MoS2/Ti复合固体润滑膜的摩擦特性。     

反应溅射气体对Ni、Ti薄膜成膜特性的作用机制

反应溅射是降低薄膜表面和界面粗糙度的有效手段。为了研究反应溅射过程中氮气(N2)含量对所制备的Ni、Ti单层膜成膜特性的作用机制,利用掺氮气的反应直流磁控溅射方法制备了Ni和Ti的单层膜样品。首先,采用X射线光电子能谱(XPS)方法测量了Ni和Ti单层膜样品的组分。其次,基于样品的组分测量结果,结合X射线掠入射反射(XRR)方法对样品的厚度和表面粗糙度进行了测量与分析。实验结果表明,随着反应溅射中氮含量的增大,Ti膜的沉积速率呈现快速降低后迅速趋于缓慢变化的趋势,而Ni膜的沉积速率几乎没有变化,Ni膜和Ti膜的表面粗糙度都呈现先减小再增大的趋势,且在氮的含量为8%的条件下,表面粗糙度达到最小值。     

载荷、相对湿度和气氛对硅表面及金表面纳米摩擦特性的影响

利用分子沉积技术 ,在不同修饰的硅表面上考察了载荷对纳米摩擦学性能的影响 ,同时在阴、阳离子化金表面上考察了湿度、气氛对纳米摩擦学性能的影响。结果表明 ,不同修饰的硅表面在较低的载荷下 ,摩擦力均随着载荷成线性增加 ,同时发现单层磺化酞菁铜MD膜修饰的硅表面没有改变硅的摩擦特性 ;试验表明 ,在阳离子化金表面上 ,相对湿度越大 ,摩擦力和摩擦系数越低 ;阴离子化金表面在氮气保护下 ,体系的摩擦学特性不同于大气环境。     

基于分形理论的柱塞泵/马达配流副润滑特性研究

为研究配流盘表面形貌对配流副润滑特性的影响,采用分形理论模拟配流盘表面形貌,建立轴向柱塞泵配流副润滑模型,使用有限差分法对模型进行求解,探讨分形参数对表面轮廓的影响,并进一步分析分形参数和配流副工况参数对油膜承载力、摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数的影响。结果表明：分形维数越大,表面轮廓形貌复杂度越高,且粗糙表面高度随尺度系数减小而降低;随着缸体倾角和转速的增大,油膜承载力提升,但摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数也随之升高;配流副润滑性能与分形维数呈现正相关的关系,选取较大的分形维数有利于提升配流副的润滑性能;尺度系数越小其摩擦力越小,但承载力也减小,因此需选择适中的尺度系数。     

Si_3N_4陶瓷旋转超声磨削加工的表面摩擦特性

为了探索结构陶瓷材料在摩擦过程中表面形貌的变化规律及其对摩擦特性影响,分析了摩擦过程中材料的接触过程及力学关系,并对旋转超声磨削加工的Si3N4陶瓷试样开展了摩擦表面形貌、摩擦因数等特性的试验研究。首先根据接触特点和材料特性,基于分形理论推导出接触面总载荷计算公式,基于该公式建立了结构陶瓷摩擦因数分形模型。分析结果表明:当初始表面轮廓分形维数分别为1.4,1.45,1.5和1.55时,摩擦因数与摩擦后表面轮廓分形维数呈类似正态分布曲线。然后通过旋转超声磨削加工的Si3N4陶瓷试样面面接触摩擦试验,研究了摩擦后陶瓷材料表面微观形貌和摩擦因数变化规律,分析了各因素对摩擦因数的影响。试验结果表明:产生微观裂纹是Si3N4陶瓷摩擦后表面微观形貌的显著特点;温度值等于160℃是Si3N4陶瓷摩擦因数由下降转为上升的拐点;当施加载荷为360N和往复频率为80Hz时,摩擦因数最大。得到的结果为通过表面形貌控制提高结构陶瓷耐磨性能提供了技术支撑。     

纳米和微米La2O3颗粒增强镍基复合镀层的摩擦磨损性能

用复合电沉积工艺制备了纳米和微米La2O3颗粒增强镍基复合镀层，在销盘式滑动磨损试验机上考察了复合镀层在干摩擦条件下的摩擦磨损性能，用扫描电子显微镜分析了其磨损机理。结果表明：在干摩擦条件下，纳米La2O3颗粒增强复合镀层的摩擦磨损性能明显优于微米La2O3颗粒增强复合镀层；纳米La2O3增强镍基复合镀层的磨损主要表现为轻微磨粒磨损特征，而微米La2O3增强镍基复合镀层的磨损机制为剥层磨损和磨粒磨损。     

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。     

粗糙表面微凸体对液黏传动的影响

为研究液黏传动过程中粗糙表面的承载特性,将分形理论引入到两粗糙表面摩擦过程之中,分析传动过程中混合摩擦和边界摩擦两阶段的微凸体承载过程,考虑微凸体弹塑性变形,对M-B模型进行修正,建立修正的微凸体承载模型。建立基于修正M-B模型的微凸体承载模型。通过数值仿真得到有效面积系数、分形参数对液黏调速离合器传动过程的影响规律;对修正的微凸体承载模型的计算结果与M-B模型的计算结果进行对比分析。结果表明:微凸体接触载荷和传递转矩随着面积比的增大而增大,当有效面积系数与尺度系数增大时,接触载荷与传递转矩均有所增大;分形维数为1.5时,微凸体接触载荷与传递转矩最小且随面积比的变化最为缓慢;在整个接触区域内,弹性变形区域的面积、接触载荷以及传递转矩最大,其次是弹塑性变形区域,塑性变形区域最小;考虑弹塑性变形时,微凸体接触载荷与传递转矩均有所下降;修正M-B模型和M-B模型间的修正系数范围在25%以内,修正系数随着有效面积系数、尺度系数的增大而增大,随着分形维数的增大而减小。     

Tribological properties of pulsed laser deposited DLC/TM (TM=Cr,Ag, Ti and Ni) multilayers

Tribological and scratch resistance properties of pulsed laser deposited Diamond-Like Carbon (DLC) coatings with transition metal interlayers (TM=Cr, Ag, Ti and Ni) are studied. Remarkably high scratch resistance property is found when DLC is deposited with Ni and Ti transition metal interlayer. Transformation of I(D)/I(G) ratio from a higher value on the surface to a lower value in the wear track of DLC indicates formation of graphitized/amorphized tribofilm during sliding. These tribofilms and formation of carbonaceous transfer layer is a characteristic of easy in-plane sliding which provides low friction coefficient for the system of DLC/Ni and DLC/Ti multilayer.     

镍基合金喷熔层摩擦学行为与机制的研究

采用热喷熔工艺制备了两种镍基合金喷熔层,并选用高锰钢、不锈钢作为对比材料,研究了镍基合金喷熔层的摩擦磨损性能。研究结果表明：镍基合金喷熔层具有良好的耐磨损性能和较低的摩擦系数。镍含量对喷熔层的摩擦学性能有显著影响,高镍含量的镍基合金,其耐磨性能明显优于低镍含量的镍基合金。在低速轻载条件下,镍基合金喷熔层的磨损机理为微观犁削;高速重载时,表现为粘着磨损和磨料磨损,其中高镍含量的喷熔层表面形成了致密的转移膜,有效地降低了磨损率。     

干气密封滑动密封端面高频微幅摩擦振动研究

为揭示干气密封端面间摩擦振动规律,通过对密封端面在干摩擦状态下的微观形貌与受力进行分析,基于分形理论构建包含分形参数的密封端面法向位移激励,以及干气密封在干摩擦状态下的两自由度摩擦振动系统模型,并对摩擦振动系统模型的影响因素进行数值分析.研究结果表明:法向振动位移和速度随着分形维数与转速的增大先增大后减小;密封环面分形...     

Friction and wear of nitride and carbide coatings in contact with aluminum

The study of the physical and mechanical properties of multicomponent nitride ((AlSi, Ti)N and (AlSi,Cr)N), carbides ((AlSi, Ti)-C:H and (AlSi,Cr)-C:H) coatings deposited on the surface substrate from 40Kh steel has been carried out to determine the impact of the load and the sliding velocity on the coefficient of friction. The empirical model of the coefficient of friction of the coating-aluminum couples has been proposed in order to find the nature of the friction wear of coatings. A comparative evaluation of the wear resistance of the coatings at normal and elevated temperatures has been conducted.     

成形板料表面的接触分形模型研究

提出了一种描述板料与模具接触问题的解决方法,对板料粗糙表面进行了测量和分析,得到了分形维数。根据分形几何理论和接触力学理论,建立了板料与模具接触的接触面积与接触力、摩擦系数之间关系模型,进而建立了接触面积、接触力、摩擦系数与冲压力之间的关系。