浅析钻井液性能对套管抗磨损的影响

在深井、超深井的钻进过程中,钻井周期长,钻杆与套管之间的摩擦时间长,套管磨损是一个不容忽视的问题,而钻井液作为套管和钻杆之间的润滑介质,研究其性能对套管抗磨损的影响具有重要的现实意义。本文通过对前人所做实验的分析,提出了一些改善钻井液性能、合理保护套管的具体措施,从而为减缓套管的磨损,延长套管的使用寿命提供了一定参考。     

铜-石墨复合材料的摩擦学性能和磨损机理

采用机械合金化后冷压成型和放电等离子烧结两种不同工艺分别制备铜-石墨复合材料,在销盘式实验机上进行材料的摩擦实验,并通过扫描电镜、X射线光电子能谱仪(XPS)分析摩擦表面的形貌和化学性质。结果表明:随着石墨含量的增加,复合材料的摩擦系数与磨损率显著下降;随烧结温度的升高,摩擦系数与磨损率都呈下降趋势。摩擦系数与磨损率的显著改善是由于在磨损过程中形成一层覆盖表面的润滑膜。当形成的润滑膜几乎覆盖住整个磨损表面时,该润滑膜能够抑制滑动界面处金属与金属接触,使摩擦磨损特性得以改善。     

不同摩擦条件下MoS2-Ti3SiC2的摩擦学性能

采用热压烧结法制备MoS2添加量为4%(质量分数)的Ti3SiC2复合陶瓷,并研究其与GCr15钢在干摩擦和油润滑条件下的摩擦磨损特性及磨损机制.结果表明,Ti3SiC2复合陶瓷与GCr15钢在干摩擦时,随时间的变化,占主导地位的磨损机制发生了变化,从以磨粒磨损为主转变为以粘着磨损为主.摩擦系数为0.176～0.283,磨损率最大为2.657×10-6mm3·N-1·m-1.油润滑条件下摩擦系数为0.062～0.134,磨损率在10-7～10-6mm3·N-1·m-1之间.复合陶瓷的干摩擦系数略高于单相Ti3SiC2的摩擦系数0.17.     

真空吸注法制备C/SiC摩擦材料及其性能

以针刺碳毡为预制体,将成品SiC粉末、酚醛树脂机械搅拌成混合浆液,采用真空吸注法制备C/SiC摩擦材料,测定了不同SiC含量摩擦材料的致密性,利用销盘式摩擦磨损试验机研究了不同接触载荷工况下C/SiC摩擦材料的摩擦磨损性能,并采用USB电子显微镜观察其表面磨损形貌。研究结果表明:C/SiC复合材料的磨损率随着SiC含量的增加呈先减小后增大的变化趋势,其摩擦系数呈增加趋势,但随着接触载荷的增加其磨损率、摩擦系数均呈现先减小后增大的变化趋势。综合比较,当SiC含量为25%时,其复合材料的致密性、摩擦性能最好,磨损率为2.3×10~(-7)g·N~(-1)m~(-1),摩擦系数为0.42,密度达到1.28g/cm~3。     

新型耐热树脂基复合材料的性能研究

以石墨、MoS2和含二氮杂萘联苯型聚醚砜酮（PPESK）为原料，用溶液共混共沉淀、热压模塑方法研制出PPESK基减摩复合材料，摩擦磨损实验结果表明摩擦系数与PTFE的相近，磨损率比纯树脂降低1个数量级。利用KYKY100B扫描电镜观察材料磨损表面，分析了材料的磨损机理。复合材料的摩擦磨损性能良好，且具有优异的耐热性能，是一类新型无油润滑的耐高温低摩擦材料。     

类金刚石薄膜在干摩擦、油和脂润滑条件下的摩擦学性能分析

通过钢/类金刚石(DLC)薄膜摩擦副在干摩擦4、122油和L252脂润滑条件下的球-盘摩擦学试验,对比分析润滑条件、载荷、速度对DLC膜摩擦系数的影响,利用原子力显微镜分析膜层磨损性能,研究润滑条件对膜层磨损寿命的影响。结果表明:油、脂润滑下DLC膜最大静摩擦系数分别减小了17%和38%;从0～2000 r/min转速范围内,DLC膜摩擦系数随转速增加而减小,油润滑下相比干摩擦DLC膜摩擦系数小15%～48%,脂润滑下相比干摩擦DLC膜摩擦系数在0～500 r/min转速范围小,超过500 r/min后干摩擦DLC膜摩擦系数小;油和脂润滑条件下,DLC膜层的磨损程度明显降低,磨损率相比干摩擦条件下分别减小了7.4倍和15.5倍。     

Si3N4陶瓷-冷激铸铁在微量润滑条件下的摩擦学特性

利用MG-200型高速高温摩擦磨损试验机,采用块-盘式实验方法,对Si3N4陶瓷-冷激铸铁摩擦副从室温到150℃进行了微量润滑摩擦磨损实验,得到了该摩擦副的摩擦系数和Si3N4陶瓷的磨损率.同时根据试件的SEM照片和能谱成分分析了摩擦磨损机理,并与无润滑时所得实验结果进行了比较.结果表明:微量润滑条件下Si3N4陶瓷的磨损率和摩擦系数要比无润滑条件下小的多;Si3N4陶瓷的磨损率随载荷和温度的增大而增大,滑动速度的影响要小于载荷的影响;该摩擦副的摩擦系数随环境温度的提高而增大,随速度的增大而减小,载荷的变化对其影响不大;Si3N4陶瓷的磨损是化学磨损、机体物质脱落和磨粒磨损共同作用的结果,其中化学磨损是引起其他两类磨损的主要原因.     

45CrNi摩擦磨损性能研究

利用销盘摩擦磨损试验机,考察了干滑动摩擦条件下滑动速度、接触压力对45CrNi摩擦副摩擦磨损性能的影响.研究结果表明:在相同的试验条件下,530 ℃回火销的磨损率、摩擦系数较大;磨损率与硬度并不成绝对的反比关系.材料的磨损率随着接触压力、滑动速度的增加而增大;摩擦系数随着接触压力的增大而减小.     

镍基复合材料在水环境中的摩擦学性能及磨损机理研究

本文考察了Ni-SiC-石墨系复合材料在水环境中的摩擦学性能,并研究其磨损机理.结果表明:复合材料在水环境中的摩擦系数比干摩擦降低了一半左右,磨损率仅为干摩擦下的1/15,水环境中,负荷和速度的变化对摩擦系数的影响不大,摩擦系数基本保持在0.28～0.32之间,磨损率随负荷和滑动速度的增加而不断增加.磨损表现为机械微切削;摩擦副表面吸附水的边界润滑作用以及水的冷却作用使材料容易耗散摩擦热,塑性变形减小,严重粘着磨损明显减轻.水的存在使不锈钢偶件更容易发生氧化,同时暴露于磨损表面的SiC以及由于水的渗透而导致与基体脱粘的SiC,易被氧化生成SiO2,进而SiO2发生水合反应在磨擦对偶表面生成不均匀的SiO2·nH2O水合反应膜,起到了一定的减磨润滑作用,显著降低摩擦系数和磨损率.     

三维网络SiC对铝合金干摩擦磨损性能的影响

用销-盘式高温摩擦磨损实验机研究了LF3铝合金及三维网络SiC(体积分数分别为10％、20％、30％)增强LF3铝基复合材料的干摩擦磨损性能，测量了复合材料及基体合金在室温和高温(25-300℃)条件下的摩擦系数和磨损率，用扫描电镜(SEM)观察其磨损表面，研究了三维网络SiC对铝合金磨损机制的影响．结果表明：复合材料的干摩擦磨损性能远优于基体合金(LF3)，而且随着温度的升高，复合材料的抗磨损性能明显提高．三维网络SiC在磨损表面形成硬的微凸体起承载作用，同时其独特的结构制约基体合金的塑性变形和高温软化，并保护在磨损表面形成的氧化膜．在相同实验条件下，复合材料的摩擦系数、磨损率随着增强体的体积分数的增加而降低．复合材料的摩擦系数在滑行过程中的稳定性明显高于基体合金．     

CNTs对HDPE基复合材料在水润滑工况下摩擦行为影响的研究

采用熔融挤出注射成型法制备不同碳纳米管(CNTs)用量的碳纳米管/马来酸酐接枝聚丙烯(PPG)/高密度聚乙烯(HDPE)(CNTs/PPG/HDPE)复合材料;研究了复合材料在水润滑工况,50N和150N载荷条件下的摩擦性能;并观察了CNTs的分布及磨损表面形貌和表面粗糙度。结果表明:CNTs的加入可以有效减轻磨损,在50N和150N的不同载荷条件下,添加1.2%(wt,质量分数)CNTs的CNTs/PPG/HDPE在水润滑摩擦工况条件下都具有低较的磨损率,并能防止剥落的发生。在150N载荷,水润滑条件下,CNTs用量为1.2%(wt,质量分数)制得的CNTs/PPG/HDPE的摩擦系数最小值为0.161,磨损率为0.932×10~(-5) mm~3/N·m,粗糙度为2531nm,具有较好的摩擦性能。     

微量润滑条件下Si3N4陶瓷 白口铸铁的摩擦学性能研究

采用块 盘式摩擦磨损试验方法,在MG 200摩擦磨损试验机上对Si3N4陶瓷 白口铸铁摩擦副进行了微量润滑条件下的摩擦磨损试验,同时根据试件的SME照片和能谱成分分析了摩擦磨损机理,为陶瓷材料的制备及减少磨损提供理论依据。试验和分析结果表明：微量润滑条件下Si3N4陶瓷的磨损率和摩擦系数要比干摩擦条件下小得多;Si3N4陶瓷的磨损率随载荷的增大而增大,滑动速度对磨损率的影响要小于载荷对其的影响;Si3N4陶瓷 白口铸铁的摩擦系数随速度的增大而减小,载荷的变化对摩擦系数的影响不大;Si3N4陶瓷的磨损是化学磨损、机体物质脱落和磨粒磨损共同作用的结果,其中化学磨损起主导作用。     

石墨改性热塑性聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损性能

采用热压成型工艺制备石墨填充热塑性聚酰亚胺复合材料,考察了复合材料的力学性能及干摩擦和三种油润滑条件下的摩擦磨损性能;利用扫描电子显微镜和能谱仪观察分析材料磨损表面形貌和元素分布.结果表明:石墨的加入降低了复合材料的弯曲强度和拉伸强度,干摩擦条件下复合材料摩擦系数随着石墨含量的增大稳步降低最终保持在0.1左右;石墨含量为30%时复合材料磨损率仅为纯树脂的2.9%;油润滑条件下复合材料的摩擦系数相比干摩擦降低了一个数量级;三种润滑油均能在偶件表面形成稳定吸附膜,由于润滑油性质的差异导致材料摩擦磨损性能有所不同.     

激光熔覆原位自生碳化物增强自润滑耐磨复合涂层的高温摩擦学性能

利用激光熔覆技术在TC11合金表面成功制备NiCrBSi-Ti_3SiC_2-CaF_2-WC耐磨自润滑涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析熔覆层的物相及微观组织;利用显微硬度仪对其硬度进行了测量。分别在室温(25℃),300℃和600℃条件下对涂层进行干滑动摩擦磨损实验,并分析其磨损机理。结果表明:涂层主要由γ-Ni共晶相,M_(23)C_6,TiC,(Ti,W)C,Ti_5Si_3硬质相以及少量的Ti_3SiC_2,CaF_2,TiF_3润滑相组成。激光熔覆层的显微硬度大幅度提高,显微硬度平均值为863.63HV_(0.2),约为基体的2.46倍,熔覆层总体摩擦因数和磨损率明显低于基体,在300℃条件下,涂层具有最低的摩擦因数(0.275)和磨损率(4.8×10~(-5)mm~3·N~(-1)·m~(-1))。     

不锈钢表面粗糙度对超高分子量聚乙烯摩擦磨损性能的影响

以超高分子量聚乙烯软骨材料为销样,316不锈钢硬骨材料为盘样,在自制的销－盘式磨损试验机上考察了不锈钢盘样表面粗糙度对超高分子量聚乙烯摩擦磨损性能的影响,并利用光学显微镜观察了摩擦副表面的形貌,结果表明,在干摩擦条件下,表面粗糙度对超高分子量聚乙烯的摩擦磨损有较大影响,存在着适合的表面粗糙度范围,使超高分子量聚乙烯摩擦系数,磨损率最小。     

石墨粒度对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用湿法工艺制备了4种不同石墨粒度的纸基摩擦材料, 利用惯量摩擦试验机研究了石墨粒度对摩擦力矩曲线和动、静摩擦系数及磨损率的影响; 并对不同压力和转速条件下动摩擦系数的变化趋势进行了研究. 利用扫描电子显微镜观察了磨损后纸基摩擦材料的表面形貌. 研究结果表明: 随着石墨粒度的减小, 制动时间增加, 摩擦力矩曲线中间部分趋于平直; 动、静摩擦系数减小, 磨损率降低. 同时, 动摩擦系数随着制动压力和转速的增加而减小. 循环制动过程中, 石墨粒度较小的试样制动稳定性较好. 随着石墨粒度的减小, 摩擦表面形成了润滑性能良好的固体润滑膜, 有利于提高材料的耐磨性能.     

基体表面粗糙度对MoS_(2)/Ti薄膜摩擦磨损性能的影响EI北大核心CSCD

为揭示基体表面粗糙度对MoS_(2)/Ti固体润滑薄膜摩擦磨损性能的影响规律,并探究其摩擦磨损机理,采用磁控溅射方法,在不同表面粗糙度的轴承钢基体上沉积MoS_(2)/Ti薄膜。通过划痕测试仪、X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜和粗糙度轮廓仪,分别评价MoS_(2)/Ti薄膜的膜基结合力、物相成分、表面微观形貌以及表面粗糙度,并采用球-盘摩擦磨损实验研究干摩擦、固体-油复合润滑和固体-脂复合润滑条件下,MoS_(2)/Ti薄膜的摩擦磨损性能。结果表明:随着基体表面粗糙度的增加,MoS_(2)/Ti薄膜的表面粗糙度逐渐增加;薄膜中(002)_(MoS_(2))和(100)_(MoS_(2))衍射峰的强度先减弱后增加;薄膜与基体的结合性能降低。当基体表面粗糙度为0.01μm时,干摩擦条件下MoS_(2)/Ti薄膜具有良好的润滑特性,平均摩擦因数为0.101,磨痕浅且小;随基体粗糙度的升高,样品的平均摩擦因数和磨损率均是先增大后减小,薄膜的主要磨损机制由磨粒磨损转变为屑片形成和破碎。当基体粗糙度较大时(R_(a)=0.26μm),分子间相互作用的影响大于机械啮合作用。采用固体-油复合润滑,高基体粗糙度的薄膜磨损表面不再出现片层剥落现象,磨痕较浅,平均摩擦因数最高可减小19%。固体-脂复合润滑条件下,样品摩擦磨损性能较差,基体粗糙度对摩擦因数的影响不显著。     

超高分子量聚乙烯／石墨包覆铜纳米粒子摩擦磨损性能

在超高分子量聚乙烯(UHMWPE)中填充石墨包覆铜纳米粒子(GECNP),利用扫描电子显微镜观察了复合材料的断面形貌,用XP销-盘摩擦磨损试验机研究了其摩擦磨损性能,并用铜粉(Copper)、纳米石墨粉(GNS)作对比添加荆进行了同等试验.结果表明,GECNP均匀分散在UHMWPE中,当线速度为0.25m·s-1,GECNP填充量不高于3%时,UHMWPE/GECNP复合材料与空白UHMWPE相比磨损率降低,摩擦系数保持不变,综合性能优于UHMWPE/Copper和UHMWPE/GNS.当GECNP填充量为1%时,磨损率最低,与空白样相比降低了53.9 %,摩擦系数也略有降低.     

有机复合摩擦材料的成分优化及其对摩擦性能的影响

采用正交试验设计方法对有机复合摩擦材料的成分进行优化,利用MMS-2A摩擦磨损试验机对材料的摩擦系数进行测试,用比磨损率表征复合材料的磨损性能,并通过极差法对试验结果进行了分析。用Leica体式显微镜和3D激光共聚焦显微镜观察了材料摩擦磨损后的表面形貌,探索了不同成分下合成材料的摩擦磨损机理。结果表明:改性酚醛树脂对材料的平均摩擦系数和比磨损率的影响最大。摩擦系数较优的组合为A1B1C2D2,比磨损率较优的组合为A3D1C1B3。树脂含量较少时,摩擦表面的摩擦膜较少,犁沟较深,呈严重的磨粒磨损特征;随树脂含量增加,摩擦表面形成完整且连续的摩擦膜,犁沟较浅,材料的主要磨损形式为粘着磨损和磨粒磨损。     

碳纤维酚醛树脂基复合材料制备及摩擦磨损性能研究

以酚醛树脂为基体,碳纤维为增强纤维,石墨和聚醚醚酮(PEEK)为固体润滑剂,通过热压成型方法制备复合材料。通过多功能立式摩擦磨损试验机对复合材料进行摩擦磨损测试,扫描电子显微镜观察复合材料的磨损表面。结果表明,石墨的加入能够降低复合材料的摩擦系数和磨损率,当加入15%(wt,质量分数)石墨的复合材料的摩擦系数为0.1,磨损率为0.37×10~(-6)g/N·m。PEEK的加入能够增加复合材料的摩擦系数,降低复合材料的磨损率,当加入10%(wt,质量分数)PEEK的复合材料表现出最好的摩擦性能,摩擦系数为0.28,磨损率为0.92×10~(-6)g/N·m。