凹坑织构对石墨材料水润滑性能的影响

为提高核主泵屏蔽电机用水润滑石墨轴承的摩擦润滑性能,采用高速雕铣机在石墨试样表面加工不同形状、深度和面积占有率的凹坑织构,通过水润滑条件下的销盘摩擦试验,测试分析凹坑织构结构参数对石墨材料水润滑性能的影响。结果表明：在水润滑条件下凹坑织构具有一定的减摩效果,随着转速的增加,凹坑织构的动压效应增强,石墨试样摩擦因数减小;随着载荷的增加,石墨试样摩擦因数减小;随着凹坑深径比、面积占有率的增加,石墨试样摩擦因数均呈现先减小后增大的变化趋势,当凹坑深径比为0.5、凹坑面积占有率为3%左右时,石墨试样摩擦因数最小;相较三角形凹坑织构,正方形凹坑和圆形凹坑织构的减摩效果更好。     

润滑条件对黄豆/不锈钢摩擦副摩擦学行为的影响

食品机械加工中的摩擦磨损直接影响着食品安全问题。选用黄豆与316L不锈钢进行配副,采用滑动摩擦磨损试验机,研究干摩擦和水润滑条件对其摩擦学性能的影响。利用光学显微镜、光学三维形貌仪和红外光谱仪对试样的表面形貌、粗糙度和磨损表面成分进行了分析。结果表明：干摩擦条件下,黄豆/316L不锈钢摩擦副的平均摩擦因数波动较小,约为0.24,水润滑条件下其平均摩擦因数达到干摩擦条件下的4.4倍左右,且在摩擦过程中存在反复波动;与干摩擦相比,水润滑条件下不锈钢试样表面的磨痕宽度提高约10%,而黄豆试样表面的磨痕宽度的增加幅度约高达160%;水润滑摩擦过程中不锈钢磨痕表面产生更多黄豆分解的有机物,其磨痕表面的犁沟数量和深度均显著减少,黄豆试样磨痕表面基本没有犁沟;干摩擦条件下黄豆/不锈钢的磨损机制以磨粒磨损为主,而水润滑条件下,黏着磨损显著增加。     

化工机械设备轴承合金表面微造型对摩擦磨损性能的影响

为了研究表面微凹坑造型对化工机械设备中轴承合金润滑摩擦性能的影响,利用UMT-2型多功能摩擦磨损试验机,对不同工艺参数表面微凹坑轴承合金进行油润滑条件下摩擦磨损试验。研究了微凹坑面积密度、深度对摩擦因数的影响规律,同时探讨了工况条件对摩擦性能的影响。试验结果表明:微凹坑面积密度和微凹坑深度对摩擦性能的影响均存在最优值,微凹坑面积密度为10%,深度为25μm时,表面微凹坑造型减摩效果最佳;微凹坑面积密度、深度不变时,表面微凹坑造型试样摩擦因数随加载载荷增大而增加,说明高载荷工况下利用微凹坑造型改善耐磨性能效果不明显。磨痕形貌分析表明,低载荷工况下,合金表面微凹坑造型抗磨损效果明显。     

不同环境介质下TC4钛合金与工程塑料摩擦磨损行为研究

为优选透平式能量回收一体机关键零部件耐磨材料,以TC4钛合金与共聚甲醛、均聚甲醛、PEEK及改性PEEK组成的配对摩擦副作为研究对象,利用立式万能摩擦磨损试验机开展干摩擦、纯水及海水环境介质下配对材料的摩擦磨损试验,定量获得各摩擦副的摩擦因数和磨损量,并对摩擦试样的表面形貌进行分析。结果表明:在干摩擦环境下共聚甲醛摩擦因数和磨损量最小,在纯水和海水环境下改性PEEK摩擦因数和磨损量最小;TC4钛合金与均聚甲醛、共聚甲醛、PEEK配副时磨损机制为黏着磨损,主要表现形式为涂抹和擦伤,TC4与改性PEEK配副时磨损较轻微,主要表现形式为轻微磨粒磨损。     

激光微织构表面脂润滑性能试验研究

采用声光调 Q 二极管泵浦固体光源（DPSS）Nd∶YAG 激光器,在45＃钢试样表面进行激光微织构加工,采用 VYKO-NT1100三维形貌分析仪对微观织构形貌进行测量。以二硫化钼润滑脂为润滑剂,在 MMW-1A 型摩擦磨损试验机上进行微织构试样和光滑试样在不同工况条件下的摩擦性能对比试验。试验结果表明,在一定条件下,面积占有率为14％的微凹腔织构表面的脂润滑性能明显优于未织构光滑表面,且随着微凹腔面积占有率的增大,摩擦因数波动范围变小;凹槽织构表面较未织构光滑表面具有更好的润滑稳定性;在脂润滑条件下,激光微织构表面较未织构光滑表面摩擦因数最大可降低26％。     

PEEK与不同材料配副时的干摩擦磨损性能研究

为选择与聚醚醚酮（PEEK）匹配良好的配副材料以适应干摩擦苛刻工况,利用销盘式摩擦试验机,对PEEK与Si3N4陶瓷、2507不锈钢、6061铝合金配副的干摩擦磨损性能进行研究。结果表明：3种摩擦副的摩擦因数和磨损率均随滑动速度的增大而增大;当PEEK与陶瓷材料配副时摩擦因数最大,PEEK表面犁削效应显著,磨损机制以磨粒磨损和黏着磨损为主;当PEEK与2507不锈钢和6061铝合金配副时,犁削效应有所削弱,摩擦界面发生物质转移并形成黏附层,摩擦表面较为光滑,摩擦因数较低。研究表明,在干摩擦条件下,PEEK与6061铝合金配副在低转速下表现出更好的摩擦磨损性能,PEEK与2057不锈钢配副在高转速下的摩擦学性能更加出色     

激光表面织构化对压裂泵柱塞摩擦性能的影响

采用激光加工的方法在压裂泵柱塞试件表面熔蚀出一系列不同面积比和直径的微小型、低密度圆柱形表面织构凹坑。采用销-盘试件运动模拟3000型压裂泵密封摩擦副,在MDW-1型万能摩擦磨损试验机上研究不同表面织构的20#钢与丁腈橡胶弹性材料配副时的摩擦特性。结果表明：合理布置的表面织构能够明显降低摩擦因数与温升,且凹坑能够吸纳磨粒、避免二次磨损。在载荷100 N、速度2.2 m/s试验条件下,表面织构均匀分布、面积比为2.0%、直径为0.20 mm圆柱形凹坑,可使摩擦因数和温升分别降低56.2%、55.4%,且试件表面磨斑、磨痕明显减少。     

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。     

面接触条件下织构表面摩擦特性研究

为研究织构表面对面接触摩擦副摩擦特性的影响,设计和制造4个表面高度算术平均值相同、表面微凹坑面积占有率分别为7%、14%、21%、28% 的试件,选用HDM20端面摩擦磨损试验机,针对油润滑和脂润滑两种润滑剂,在不同载荷、转速等工况和不同摩擦副配对材料等条件下进行了试验研究,探讨表面形貌对摩擦特性的影响规律,并使用Talysurf CCI Lite 非接触式三维光学轮廓仪对试样进行三维表面测量,采用ISO25178定义的体积参数和连通性系数对三维表面形貌进行表征,从而得出表面体积参数及连通性系数与摩擦因数的关系。结果表明：在油润滑条件下表面形貌的微观结构特性对摩擦的影响要比脂润滑条件下的更显著;在钢对铜摩擦副条件下织构表面的摩擦因数变化比较复杂,在钢对钢摩擦副条件下织构表面的摩擦因数变化相对平稳;在不同的条件下,最优的表面微观结构特性也不同;将连通性系数和体积参数结合起来对表面形貌进行表征将更有利于表面微观结构特性的摩擦学设计。     

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。     

海水润滑赛龙材料磨损机制分析

试验研究海水润滑条件下赛龙材料的摩擦磨损性能,借助表面形貌仪、扫描电镜分析磨痕表面形貌,分析海水润滑条件下赛龙材料的磨损机制,并与干摩擦、湿润滑条件下的磨损机制进行比较。结果表明:干摩擦条件下表现为黏着磨损和磨粒磨损特征;湿润滑条件下磨损表现为微切削(磨粒磨损);海水润滑条件下的磨损中有气蚀磨损、磨粒磨损共同存在。     

Si3N4-hBN陶瓷复合材料与Fe-B合金配副的摩擦学特性研究

利用MMU-5G销-盘式端面磨损试验机考察Si3N4-hBN陶瓷复合材料与Fe-B合金配副分别在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能,分别采用扫描电子显微镜( SEM)、激光扫描显微镜(LSM)、X光电子能谱(XPS)、X射线能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)分析摩擦面及磨屑的形貌与物质组成.结果表明,hBN的加入未能有效地改善Si3N4-hBN/Fe-B合金摩擦副的摩擦学性能,干摩擦条件下,Si3N4-hBN摩擦表面微凸体与Fe-B合金中的硬质相Fe2B发生碰撞而导致脆性断裂和剥落,发生磨粒磨损,摩擦因数均高于0.9,磨损率均高于10-5 mm3/ (N·m)数量级;水润滑条件下,由于水流带走了磨屑,避免磨粒磨损的发生,为Si3N4-hBN摩擦表面发生化学抛光提供条件,化学抛光使销、盘试样的摩擦表面变得光滑,从而获得较为优异的摩擦学性能.     

不同环境介质下氧化铝陶瓷与耐蚀金属摩擦磨损行为

为优选海水淡化高压泵关键零部件耐磨性能材料,以Al_2O_3陶瓷与TC4钛合金、316不锈钢、2205双相不锈钢组成的配对摩擦副作为研究对象,利用立式万能摩擦磨损试验机开展干摩擦、纯水及海水3种环境介质下配对材料的摩擦磨损试验,定量得到各摩擦副摩擦因数、磨损量,并对摩擦试样的表面形貌进行分析;采用正交试验法分析载荷、转速、环境介质对摩擦因数和磨损量的影响规律。结果表明:在相同的条件下,TC4钛合金与陶瓷配副摩擦因数较小,2205双相不锈钢与陶瓷配副磨损量较小;环境介质对摩擦因数影响较大,载荷对磨损量的影响较大;海水环境下2205双相不锈钢和316不锈钢磨痕较浅,磨损机制为疲劳磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损的交互作用。     

不同润湿组合配流副的摩擦磨损试验研究

为调控配流副表面润湿性以提高摩擦学性能，采用低面能修饰法制备具有不同润湿性的上试样超级双相不锈钢SAF2507和下试样碳纤维增强聚醚醚酮(CFRPEEK)组成配流副，利用MMD-5A标准摩擦磨损试验机测试并分析其在蒸馏水、海水、L-HM46抗磨液压油3种润滑条件下的摩擦磨损特性。结果表明：低面能修饰使配流副上试样与下试样由亲水表面转变为疏水表面，上下试样表面虽仍保持亲油性但其油接触角明显增大；同种配流副在油、海水、水介质中摩擦因数依次减小；在水、海水、油介质下双疏水表面配流副较双亲水表面配流副摩擦因数分别减小8.2%、38.2%、24.4%；同种配流副在水、海水、油介质中磨痕深度依次减小。配流副的摩擦主要以犁沟效应和黏着磨损为主，双低表面能组合配流副能有效减小摩擦过程中的黏着磨损，从而表现出较好的摩擦学性能。     

缸套表面微凹坑对Ｃｕ－Ｓｎ/Ｃｒ多镀层活塞环摩擦性能的影响

选用表面没有微凹坑的铸铁缸套和表面加工有微凹坑的铸铁缸套,分别与Cu-Sn/Cr多镀层活塞环配对,采用往复式摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验,通过测量配对副的摩擦因数和磨损量和分析试样磨损前后表面形貌和成分,探讨高强化工况下铸铁缸套表面微凹坑对Cu-Sn/Cr多镀层活塞环摩擦性能影响。结果表明:表面有微凹坑的缸套与Cu-Sn/Cr多镀层活塞环配对时的摩擦因数、缸套磨损量、活塞环磨损量比表面没有微凹坑缸套的配对副分别低4.05%、52.25%、8.50%;缸套表面的微凹坑能够为从活塞环表面脱落的Cu-Sn镀层提供镶嵌点,使Cu-Sn镀层起到二次润滑的作用,延长了其作用寿命,减小了配对副的摩擦因数和磨损量。     

水润滑超高压海水泵斜盘/滑靴副摩擦学特性仿真研究

超高压海水泵摩擦副在海水润滑条件工作,配合面的摩擦磨损严重。零件的表面形貌特征对配合副的摩擦与磨损有着重要影响,本文通过数值仿真计算,探索影响磨损的关键参数,较详细地研究在水润滑条件下表面形貌对斜盘/滑靴副摩擦与磨损的影响。计算结果表明:通过对表面凹坑的大小、形状与分布的控制可以减小配合面接触应力、限制磨粒运动及形成局部动压支承从而减轻配合副间摩擦与磨损。     

盐浴软氮化42CrMo的摩擦学性能分析

对42CrMo进行盐浴软氮化处理,分析盐浴软氮化处理对42CrMo试样硬度的影响,研究不同润滑条件下42CrMo试样的摩擦学性能,分析其摩擦磨损机制。结果表明:盐浴软氮化处理过的42CrMo的平均硬度为HV747.33,约是未处理基体的(HV310)的2.5倍;在其他条件相同时,随载荷的增加,干摩擦条件下42CrMo的摩擦因数先增加后减小,边界润滑和油润滑条件下的摩擦因数不断增加;42CrMo在干摩擦条件下的摩擦因数、表面磨痕深度和磨损量均要明显高于边界润滑和油润滑条件下;在干摩擦条件下42CrMo的磨损机制为严重的黏着磨损和塑性变形,边界润滑条件下42CrMo表面磨损减缓,有轻微犁沟;油润滑条件下42CrMo表面为磨粒磨损,无明显变形。     

仿生织构形态对缸套-活塞环摩擦学性能的影响

为了提高缸套-活塞环的摩擦学性能,设计了一种仿生排布的菱形凹坑织构,并通过激光刻蚀技术在缸套表面进行加工;在同一转速和不同载荷下,在MWF-10往复式摩擦磨损试验机上进行试验,以探究仿生排布的菱形织构对缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损性能的影响,并与使用阵列排布的纹理的缸套以及未经处理的原始缸套进行比较。结果表明:织构的排布形式对油膜厚度的影响较大,尤其在重载荷工况下,合理地优化排布形式能够实现较好的动压润滑效果;仿生排布的菱形织构实现了往复运动方向上纹理特征的全覆盖,能够极大程度上限制磨屑的移动并对磨屑进行收集,有效降低磨损后的表面粗糙度,从而减少磨粒磨损;仿生排布的菱形织构在各试验工况下能够有效提高油膜厚度,提升表面承载能力,实现最佳的润滑效果。     

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。     

纳米固体润滑颗粒对微织构表面摩擦学性能的影响研究

基于RTEC-MFT-5000型多功能磨损试验机,研究了纳米固体润滑颗粒作为润滑油添加剂对微凹坑织构表面摩擦学性能的影响。在研究中,应用NanoFocus共聚焦显微镜观测试样表面微织构形貌,获取磨痕处二维截面轮廓图。借助扫描电子显微镜和能谱仪,对磨损区域微凹坑形貌及磨痕部位微凹坑内外的元素成分进行分析。研究结果表明,添加纳米固体润滑颗粒的润滑油,在不同工况条件下均具有较优的减摩特性,固体润滑颗粒作为添加剂有助于在磨损区域形成一层固体润滑膜,减小摩擦副之间的摩擦因数,提高耐磨性能。含有纳米二硫化钼固体颗粒添加剂的润滑油,其减摩抗磨效果优于含有纳米石墨固体颗粒添加剂的润滑油。表面微织构技术与纳米固体润滑颗粒添加剂相结合,可以表现出更为优异的协同润滑效果。