浸渍石墨/38CrMoAlA (喷涂)配对密封摩擦副的干摩擦性能

针对干摩擦机械密封在高速运转工况下密封端面的摩擦磨损而导致密封失效问题,通过试验分析几种典型摩擦副材料组对在干摩擦下的摩擦磨损性能。选择浸锑石墨M106D和浸树脂石墨M106K分别与38CrMoAlA以及喷涂Cr2O3、Al2O3的38CrMoAlA硬环组对,采用Plint摩擦磨损试验机,监测摩擦副在高速干摩擦条件下的摩擦因数,分析轴向载荷及线速度对摩擦因数的影响,通过白光干涉仪观测试验前后端面形貌。结果表明：干摩擦下,喷涂的硬环表面石墨转移附着较少,其更耐磨、磨损程度小,浸锑石墨较浸树脂石墨磨损少;6组配对试验主要磨损形式为磨粒磨损,其中浸锑石墨/喷涂Al2O3的38CrMoAlA摩擦副摩擦因数最小;由于石墨的自润滑性,适当增加转速和轴向载荷均有利于降低端面摩擦因数。     

浸渍石墨配对9Cr18密封摩擦副的摩擦特性

针对无压喷油运行工况下机械密封端面磨损严重问题,基于多功能摩擦磨损试验机开展浸呋喃树脂石墨M180K和浸锑石墨M181D配对9Cr18金属环的摩擦磨损试验。探讨操作工况参数轴向载荷和线速度对浸渍石墨摩擦因数和摩擦扭矩两摩擦特性参数的影响,对比研究不同摩擦状态下线速度对两摩擦特性参数的影响,并基于三维形貌仪采集2种浸渍石墨试验前后的表面形貌。结果表明：低黏油润滑工况,一定范围内提高pv值有助于减小浸渍石墨摩擦因数,但轴向载荷的增加提高了摩擦扭矩;而较大轴向载荷时,增加线速度有助于减小摩擦扭矩;相同操作工况和摩擦状态下,浸锑石墨摩擦因数显著小于浸呋喃树脂石墨对应值且表面磨损轻微;相比而言,浸锑石墨的耐磨性更优异,更适用高参工况。     

4种轴承钢在水基泥浆中摩擦学性能研究

在油气井钻井过程中,大量井下工具在水基泥浆特殊环境中工作。井下工具中轴承部件工作条件苛刻,往往容易损坏,从而导致整个系统的失效。研究选取GCr15、9Cr18、G20CrNiMo、Cr4Mo4V等常用轴承钢为研究对象,制成盘销试样,在FALEX摩擦磨损试验机上模拟井下特殊工况,研究不同载荷、不同速度下试样的摩擦因数、磨斑直径及磨损形式。结果表明:水基泥浆中,当转速一定时,随载荷的增大GCr15、G20CrNiMo、Cr4Mo4V的摩擦因数变化不大,9Cr18的摩擦因数随载荷的增大而增大。当载荷一定时,GCr15、G20CrNiMo、Cr4Mo4V的摩擦因数随着转速升高而略微降低,9Cr18的摩擦因数整体上随转速的增大而增大。GCr15、G20CrNiMo和Cr4Mo4V的磨损形式主要为腐蚀磨损和磨粒磨损,但GCr15的腐蚀更严重。高速重载条件下(40 N,100 r/min),9Cr18的磨损形式由磨粒磨损转变为黏着磨损。     

石墨润滑下人字闸门底枢摩擦副摩擦学性能*

为研究石墨润滑条件下各参数对人字闸门底枢摩擦副摩擦磨损性能的影响，采用UMT-2多功能摩擦磨损试验机进行销-盘摩擦副试验，模拟闸门底枢低速重载工况条件，研究不同摩擦速度、石墨粒径下不同表面粗糙度人字闸门底枢摩擦副的摩擦磨损性能。试验结果表明：在不同转速工况下，表面粗糙度为0.8 μm的摩擦副采用粒径10 μm石墨颗粒润滑时润滑性能最优，表面粗糙度为2.0 μm的摩擦副采用粒径21 μm石墨颗粒润滑时润滑性能最优；随着转速增加，摩擦副摩擦因数与磨损量均增加。研究表明，石墨粒径大小和摩擦副表面粗糙度共同影响摩擦副摩擦学性能，这为闸门底枢的固体润滑剂选择和摩擦参数设计提供理论依据。     

半金属基粉末摩擦片摩擦磨损性能研究

在不同工况下研究半金属基粉末摩擦片与淬火45#钢配副时,载荷和转速对其摩擦磨损性能的影响,并分析其磨损机制。结果表明,在油润滑和水润滑下,半金属基摩擦片高速下的磨损量要明显低于低速下的磨损量,而干摩擦下其高载高速下的磨损要高于高载低速时的磨损量。油润滑下随载荷的增大,半金属基摩擦片的摩擦因数逐渐升高;水润滑下随载荷的增大,高速时摩擦因数先增大后减小,低速时则逐渐降低;干摩擦下随载荷的增大,高速时摩擦因数呈现出先升高后降低再升高的趋势,低速时则先升高后降低。干摩擦时摩擦面十分粗糙,有比较明显的沟状磨痕和硬质颗粒脱落后残留的凹坑;而水润滑和油润滑时摩擦面较为光滑。     

润滑条件对低速重载齿轮胶合损伤影响规律的试验研究

为了研究润滑条件对低速重载齿轮出现胶合损伤的影响规律,采用一对圆环试样滚滑的方式来模拟轮齿的啮合,在MJP-30A滚动磨损试验机上进行了18CrNiMo7-6渗碳钢齿轮材料在不同润滑条件下的胶合试验,分析了摩擦因数的变化规律和试验后试样的表面形貌.结果表明,干摩擦条件下,出现胶合损伤时的接触应力为1927 MPa,出现胶合损伤前,接触界面摩擦因数随接触应力的增加而降低;良好润滑条件下,接触应力达到3047 MPa仍未发生胶合,摩擦因数随接触应力的增加有轻微下降趋势;乏油条件下,摩擦因数随着乏油程度的加剧呈明显上升趋势,仅当摩擦因数几乎增大至干摩擦因数水平时才发生胶合损伤.因此,为避免低速重载齿轮运行过程中发生齿面胶合损伤,应将其润滑状态作为重要监测指标,以避免齿面间发生严重的乏油润滑和干摩擦接触.     

液氮介质中Si3N4/9Cr18配副摩擦磨损性能研究

超低温介质中工作的轴承由于不能采用润滑油或脂润滑,其球环材料配副摩擦磨损特性将对轴承的工作性能产生很大影响。采用球盘点接触形式,在5 N载荷和0.4 m/s相对滑动速度下试验研究了超低温全钢轴承和混合式轴承中9Cr18/9Cr18和Si3N4/9Cr18两种球环配副在常温干摩擦和液氮环境中的摩擦磨损性能。结果表明9Cr18/9Cr18配副在低温下由于粘着趋势减弱而使摩擦因数和磨损均低于常温下。Si3N4/9Cr18配副在低温介质中由于试件表面吸附、氧化和摩擦化学反应受到抑制使摩擦因数高于常温下,同样由于无摩擦化学磨损发生,而只是以脆性断裂为主,其磨损低于常温下。Si3N4/9Cr18在常温下摩擦因数低于9Cr18/9Cr18配副,而在低温下则高于9Cr18/9Cr18配副。2种环境中陶瓷/钢配副的磨损均小于相应条件下钢/钢配副的磨损。     

油-气润滑对点接触副滑动摩擦行为的影响

在MFT-3000型多功能摩擦磨损试验机上,以球/盘模型为考察对象开展油-气润滑点接触副滑动摩擦试验,并与相同工况下滴油润滑和干摩擦试验进行对比。利用白光干涉形貌仪、扫描电镜、X射线能量色散谱(EDS)和铁谱分析设备对磨痕轮廓、表面形貌、化学元素组成以及磨粒形状进行表征、分析。结果表明:在油-气润滑工况下,当供油量不足时,随供油量增加,摩擦因数、磨损量和磨痕参数等均出现明显减小趋势,但润滑性能较滴油润滑差;当摩擦副间润滑油充足,且供气速度达到一定值时,与滴油润滑相比,油-气润滑能够获得更低的摩擦因数,但磨痕形貌变化较轻微;在较低的滑动速度和载荷下,油-气润滑点接触滑动摩擦不会发生氧化磨损,油-气润滑散热功效对摩擦行为无明显影响,与滴油润滑以及干摩擦下磨损机制相同,均为磨粒磨损,摩擦过程中产生的磨屑形状以碎屑状和片状为主,伴随着少数长条状。     

Ag膜在干摩擦、油和脂润滑下的摩擦学性能研究

精密运转部件表面沉积一层软金属银和银基固体薄膜可以有效地降低摩擦、减小磨损。通过钢球/镀Ag膜摩擦盘在干摩擦、4122油和L252脂润滑条件下的球-盘摩擦学试验,研究Ag膜在油和脂复合润滑下的摩擦学性能,分析润滑条件、载荷、速度对Ag膜摩擦因数的影响。试验结果表明:在4 N法向载荷和油、脂润滑下,与干摩擦相比,镀Ag膜摩擦副的最大静摩擦因数分别减小了10.7%和6.1%;在0～2 000 r/min转速范围内,Ag膜摩擦因数随转速增加而减小,与干摩擦相比,油润滑下Ag膜摩擦因数减小9%～48%,脂润滑下Ag膜摩擦因数减小17%～52%。Ag膜在干摩擦、4122润滑油和L252润滑脂复合润滑下,摩擦因数均随载荷增加而降低;Ag膜摩擦副/钢球在油、脂复合润滑下启动摩擦力矩小,摩擦副在宽转速范围内摩擦因数变化小,运转平稳。     

含石墨转移层对铜－二氧化硅／ 钢摩擦磨损行为的影响

为探讨干摩擦磨损条件下含石墨转移层对摩擦磨损性能的影响,在45#钢表面覆盖含石墨润滑层,通过干滑动磨损试验,研究含石墨润滑层对钢/铜-二氧化硅摩擦副摩擦因数、磨损量及摩擦损（亚）表面的影响。结果表明：与无石墨润滑层的45#钢相比,含石墨润滑层的45#钢的摩擦因数、磨损率明显下降,且干滑动试验后磨损表面相对光滑平整,表明含石墨摩擦层起到了减摩降磨作用,抑制了金属的直接接触。     

高载荷条件下石墨-石墨摩擦副的摩擦学特性研究

利用研制的高载荷条件下摩擦因数测试装置,研究了石墨/石墨摩擦副在空气、水和油介质中的摩擦学特性。结果表明在4~15MPa范围内,随着载荷的增加,摩擦副在空气、水和油介质中的摩擦因数都逐渐降低;在油介质中摩擦副的摩擦因数最小,在水介质中摩擦因数变化最平稳,在空气中摩擦因数最大,且随载荷的增加变化幅度最大。磨损表面原始形貌对比分析表明,在空气中,摩擦副表面处于边界润滑状态,主要磨损机制是粘着磨损和犁削;水润滑条件下为轻微犁削;油润滑条件下,摩擦副表面处于为边界润滑和流体润滑状态,油中的减摩剂对试样表面有抛光作用。     

冲击滑动条件下MoS2固体润滑薄膜的磨损

为了减少和避免滚动轴承保持架与套圈接触表面的冲击滑动磨损,Mo S2等固体润滑膜被广泛用于轴承保持架表面和套圈引导面的润滑改性。为研究冲击滑动条件下Mo S2固体润滑薄膜的摩擦磨损特性,在自制的冲击滑动磨损试验装置上,在干摩擦及油润滑条件下对9Cr18轴承钢表面制备的Mo S2固体润滑膜进行不同冲击频率、冲击力和滑动速度下的摩擦磨损试验。结果表明,Mo S2固体润滑膜的失效模式主要受润滑状态和冲击力的影响,随着冲击力及冲击频率的增加,Mo S2固体润滑膜表面摩擦力矩增大,且油润滑比干摩擦下摩擦力矩显著减小;黏结工艺加工的冲击试样表面失效以疲劳裂纹及剥落为主,喷涂工艺加工的回转试样则展现出稳定的表面磨损。     

钢-钢摩擦副在不同润滑和接触形式下的高温减摩性能的研究

用多功能SRV试验机评价了在干摩擦和油润滑条件下,试验参数对钢-钢摩擦副在点接触和线接触形式下的高温减摩性能的影响。结果表明,在试验范围内,随着试验负荷的增大,钢-钢摩擦副在干摩擦条件下线接触摩擦因数和点接触摩擦因数呈逐渐下降的趋势,这种下降趋势在线接触时尤为明显;但在油润滑条件下,试验负荷的增大对钢-钢摩擦副之间的线接触和点接触摩擦因数的影响不显著。在干摩擦条件下,不论是在点接触还是线接触形式下,试验速度对钢-钢摩擦副之间的高温点接触和线接触摩擦因数的影响并不显著;但在油润滑条件下,试验速度对钢-钢摩擦副的高温线接触和点接触摩擦因数的影响都比较显著,特别是在较高的试验速度时影响更为明显。     

润滑介质对摩擦性能影响差异分析

L-CKD150润滑油和复合锂基润滑脂广泛运用于石油装备润滑减磨。为研究2种润滑介质对摩擦副摩擦磨损性能及磨损机制的影响差异,采用MMW-1型微机控制立式万能摩擦磨损试验机,开展不同接触压力和线速度及不同润滑环境下摩擦学实验研究。结果表明:实验工况下,销-盘摩擦副表面以磨粒磨损为主,同时存在黏着磨损;相比于L-CKD150润滑工况,复合锂基润滑脂润滑时销-盘表面黏着磨损更为严重,进而加大摩擦因数的波动幅度,最大波动幅度为L-CKD150润滑下的3.7倍;盘试样表面磨粒磨损与接触压力有关,0.5 MPa接触压力下,L-CKD150润滑时磨粒磨损较严重,1.5 MPa下则复合锂基润滑脂润滑时更严重,磨粒磨损是影响盘试样磨损量差异的主要因素。     

高速滑滚摩擦副非均等热分配模型研究

根据航空发动机轴承和齿轮等高速滑滚摩擦副的典型工况条件,建立润滑状态下高速重载滑滚摩擦副的非均等热分配模型。热分配系数定义为分配到线速度较高接触表面上的摩擦热量比例,并通过理论计算和试验对比进行确定。采用Crank Nicolson隐式有限差分法对数学模型进行求解,通过调整热分配系数,使表面测温点的温度计算值接近典型试验的实测值,从而确定摩擦副两接触表面的热分配系数。利用该非均等热分配模型对高速重载油润滑下M50钢滑滚摩擦副两表面的温度进行计算,并与试验实测值进行对比。结果表明,该模型计算获得的表面温度与试验实测温度变化规律基本一致,证明所确定的热分配系数比较合理,可用于预测高速重载油润滑下M50钢高速滑滚摩擦副接触表面的温度。     

γ射线辐照前后高强石墨的摩擦学行为及其磨损机制

将硬度和强度不同的两种高强石墨进行γ射线辐照,将辐照前后的石墨与SA 508钢组成摩擦副进行摩擦试验,研究了载荷和润滑条件对高强石墨摩擦学行为的影响,并基于磨损形貌分析了磨损机制。结果表明:硬度、抗压强度较低的高强石墨在低载荷下干摩擦时的摩擦因数小,摩擦稳定;硬度、抗压强度较高的高强石墨在中等载荷下干摩擦时的摩擦因数小,摩擦稳定;在湿摩擦条件下,硬度、抗压强度较低的石墨在低载荷下的摩擦因数和磨损量均较小,在较高载荷下的摩擦因数和磨损量均较大;经大剂量γ射线辐照后,高强石墨的硬度、抗压强度、抗折强度和摩擦学性能基本不变;高强石墨在干摩擦条件下的磨损机制以磨粒磨损为主,伴有疲劳磨损,在湿摩擦条件下的磨损机制以磨粒磨损和冲刷磨损为主。     

青铜-石墨热喷涂层在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能

在MM-200摩擦磨损试验机上研究了青铜-石墨热喷涂层在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能,采用扫描电镜(SEM)对磨损表面形貌进行了观测和采用X射线能谱分析(XPS)分析了涂层成分。结果表明,在水润滑条件下涂层摩擦因数和磨损率均低于干摩擦条件下;在水润滑条件下磨损机制为轻微磨粒磨损和犁削磨损,在干摩擦下主要是较为严重的粘着磨损和犁削。这是由于水润滑降低了摩擦副界面温度,提高了石墨润滑膜的韧性,改善了润滑效果,从而阻止了粘着磨损的发生,水还促进了钢偶件表面致密氧化膜的形成,从而减轻磨损。因此水润滑对涂层磨损性能有较大影响。     

大比压油润滑条件下C/C复合材料的摩擦特性

研究C/C复合材料在油润滑下的摩擦磨损性能,测试C/C复合材料在大比压油润滑条件下的摩擦因数,并与干摩擦工况进行对比。结果表明:在载荷500~720 MPa、速度300~1 200 r/min工况下,油润滑条件下C/C复合材料的摩擦因数在0.1~0.17之间,而在干摩擦条件下摩擦因数在0.13~0.27之间,表明在油润滑条件下C/C复合材料表现出更优的摩擦特性;与油润滑相比,干摩擦条件下C/C复合材料表面的碳纤维显现出明显的磨损痕迹,表明C/C复合材料在油润滑条件下具有更好的耐磨性。     

离子渗硫层在油润滑条件下的转动微动摩擦磨损性能

利用低温离子渗硫技术在LZ50钢表面制备渗硫层,在干摩擦和油润滑条件下开展不同角位移幅值的渗硫层转动微动磨损试验,并利用扫描电子显微镜、能谱仪和轮廓仪对磨斑进行微观分析。试验结果表明:与干摩擦相比,油润滑条件下离子渗硫层呈现出不同的微动运行工况图,部分滑移区和滑移区的界限向左移动,滑移区的运行范围增大;在部分滑移区,渗硫层在油润滑条件下的摩擦因数几乎不变,且明显低于干摩擦,损伤十分轻微;在滑移区,渗硫层在油润滑条件下的摩擦因数仍低于干摩擦,呈现"初始-爬升-稳定"3个阶段,其磨损机制为磨粒磨损和剥层。     

不同条件下SA533Gr.B合金钢与石墨摩擦副的摩擦磨损性能

分别将石墨化度和抗压强度不同的2种石墨与SA533 Gr.B合金钢组成摩擦副，用环块摩擦试验机测试不同润滑方式下的摩擦磨损性能，对磨损形貌进行观察。结果表明：在干摩擦稳定阶段，合金钢与石墨化度高且抗压强度低的石墨配副时摩擦副的摩擦因数大于与石墨化度低且抗压强度高的石墨配副，同时石墨化度低且抗压强度高的石墨的磨损率较低；在硼酸溶液中湿摩擦条件下，合金钢与不同石墨配副时摩擦副的摩擦因数差异不大，呈波动变化趋势，石墨的磨损率均高于干摩擦条件下；在剪切应力下，石墨化度低且抗压强度高的石墨在合金钢表面形成的转移膜较薄，且与钢基体结合紧密；石墨在干摩擦和硼酸溶液中湿摩擦条件下的磨损机制均以磨粒磨损为主。