激光微造型表面摩擦磨损性能研究

采用声光调Q二级管泵浦固体光源（DPSS）Nd：YAG激光器对缸套试件表面进行了,微造型州纹加工。在往复式活塞环-缸套摩擦磨损模拟试验机上进行了激光造型缸套试件与未造型光滑缸套试件的摩擦磨损性能对比试验研究。试验结果表明,在重载高速条件下,激光网纹试件与未造型试件相比,摩擦因数降低23％,磨损量降低66％。说明激光网纹沟槽具有贮油、积屑和动压润滑作用,同时激光加工的网纹淬火效应也有利于提高支承表面的耐磨抗擦伤性能。     

表面微造型技术改善物体表面摩擦性能的研究

物体表面的微细形貌深刻影响和改变着物体表面的摩擦性能,这就促使人们利用各种加工手段在物体表面进行微细造型改变表面状况以达到所需要的表面摩擦性能。本文首先论述了微造型的几何参数及其对摩擦性能的影响,接着阐述了近年来物体表面微细形貌加工方法以及表面微造型技术的应用领域,最后提出了表面微造型技术的可能发展方向。     

多种规则微造型表面摩擦特性的试验研究

比较了皮秒和纳秒激光造型表面的质量,采用皮秒激光进行了表面微造型,并用体视显微镜和WYKO形貌仪观察并表征了加工形貌.然后在UMT-2摩擦试验机卜对光滑、凹坑、网纹和断纹4种形貌进行了摩擦磨损实验研究.实验结果表明:在低载高副低速条件下,试验因素对摩擦因数稳定值的影响由大到小依次为:润滑状况、形貌和载荷,试验因素对摩擦因数初值的影响由大到小依次为:载荷、润滑状况和形貌;根据正交试验,对于摩擦因数稳定值的影响,4种形貌优劣依次为凹坑、网纹、断纹和光滑;对于摩擦因数初值的影响,4种形貌优劣依次为凹坑、断纹、网纹和光滑.表面微造型能够显著地改善摩擦因数的稳定性.尤其在干摩擦条件下,光滑面的摩擦因数达到稳定费时较长,且稳定后存在较大振幅的波动;而造型面的摩擦因数则快速趋于稳定,且基本无波动.     

规则微造型表面磨损过程的有限元分析

利用ANSYS模拟了凹坑型微造型表面的磨损过程.模型利用Archard磨损方程动态地调整接触面的几何变形,考虑了接触面几何形状对磨损的影响.对干摩擦条件下光滑型和微造型2种表面的压力分布、最大磨损深度变化、磨损深度分布进行了比较.结果表明,表面微造型有助于减少磨损,利于维持接触面几何形状的一致性,从而延长摩擦副的寿命.     

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。     

基于摩擦磨损特性的激光表面造型试验研究

通过球墨铸铁材料圆环端面的激光造型,对比光滑表面、点圆和网格造型图案对材料摩擦磨损性能影响,发现同样分布率的网格造型图案有较好的抗磨损特性和承载性能.通过比较不同激光加工参数和网格几何参数的激光造型表面的形貌和摩擦磨损特性,找到激光造型的优选方案.     

表面微凹坑和纹理方向对界面摩擦的耦合影响

选取三种不同纹理的铝合金试样,并在试样上加工不同面积占有率的规则圆形微凹坑,利用自制的摩擦试验装置,在油润滑条件下以不同接触压力进行摩擦试验,试验过程中滑动方向与表面纹理方向的夹角分别为0°、45°、90°。利用非接触式三维轮廓仪测量试验前后试样的三维表面形貌,并选取Sa、Str、Vvv、Vvc等表面表征参数来分析滑动接触界面表面形貌的变化。结果表明：表面纹理方向的差异导致铝合金表面在滑动接触摩擦过程中表现出各向异性,而在其表面加工不同面积占有率的微凹坑,减弱了铝合金表面纹理方向性对界面摩擦的影响,反映出表面微凹坑和纹理对界面摩擦的耦合作用。同时界面摩擦对试件的表面形貌也有明显的影响,Str、Vvv、Vvc在试验后发生了规律性的变化。     

气缸套表面微造型与微纳米颗粒填充对摩擦学性能的影响

研究气缸套试样表面微造型技术和微纳米颗粒填充技术对缸套-活塞环摩擦副摩擦学性能的影响。在富油和贫油2种工况下,探究表面微造型和微纳米颗粒填充技术对摩擦副的摩擦因数和抗黏着磨损时间的影响。试验结果表明:在富油工况下,表面两端微造型和蛇纹石二硫化钼微纳米颗粒复合填充气缸套试样的摩擦因数最小,比机械珩磨气缸套试样的摩擦因数降低了13.99%;在贫油工况下,表面全部微造型和蛇纹石二硫化钼微纳米颗粒复合填充气缸套试样的抗黏着磨损时间最长,比机械珩磨气缸套试样的抗黏着磨损时间延长了85.79%;在试验过程中,表面微坑中的微纳米颗粒的溢出率会随着时间的延长而逐渐下降,最后趋近于0。     

纳观纹理表面摩擦过程的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了半球形刚性压头在单晶铜基体上的纳观黏着滑动接触过程。设计了不同纹理表面,研究了表面纹理方向和纹理密度对滑动摩擦力的影响。模拟结果表明:表面纹理密度小于50%时,0°和90°方向纹理表面的滑动摩擦力振幅较小,且45°方向纹理表面最易发生滑移塑性变形;纹理密度相差较大时,对于0°和90°方向纹理表面,滑动摩擦力随纹理密度的增大而增大;在较小的纹理密度下,0°和90°方向纹理表面的减摩效果优于光滑表面的减摩效果;纳观纹理表面的引入对滑动摩擦力的大小产生影响,但没有改变滑动摩擦力的波动周期。     

混合型轴承摩擦机理的研究

采用Timken摩擦试验机在空气中,水、润滑油及合成油脂润滑状态下对M50钢、热静等压氮化硅陶瓷轴承元件的摩擦机理进行了研究.对各种参数包括速度、滑动距离和润滑剂进行了比较.     

沟槽形表面织构对摩擦噪声的影响

用电加工方法在制动盘蠕墨铸铁材料表面加工出沟槽形表面织构(沟槽深度为30μm、宽度为150μm、间距为500μm),采用球—平面接触方式,选取直径为10mm的Si3N4球为对磨副,对沟槽形织构表面和光滑表面进行了摩擦噪声对比试验,研究了沟槽形表面织构对界面摩擦振动噪声的影响。试验结果表明(以下结论只针对本试验选定尺寸规格的沟槽形表面织构):法向载荷对织构表面产生摩擦噪声强度的影响较小,而对光滑表面产生摩擦噪声的水平具有重要影响;沟槽形织构表面在低法向载荷下较光滑表面更易产生摩擦噪声,但随着法向载荷从5N增大到10N,光滑表面产生的摩擦噪声强度迅速增大并与织构表面的接近;沟槽形表面织构使摩擦系统更易产生多频率的摩擦振动,较早地产生摩擦噪声且其主频率成分较复杂;沟槽形织构表面比光滑表面具有较高的摩擦因数和耐磨性,沟槽形织构的存在明显地改变了接触界面摩擦磨损行为和摩擦噪声特性,但其对应关系需要进一步深入研究。     

网状表面织构对水润滑轴承摩擦磨损性能的影响

为研究网状表面织构对水润滑轴承摩擦性能的影响,利用ANSYS对布置有不同密度和深度的轴承模型进行流固耦合仿真,研究不同网纹条件下水膜的承载能力;使用3D打印技术制备不同深度与密度的网状纹理的试样,使用CBZ-1摩擦磨损试验机进行摩擦试验并实时采集摩擦因数,利用表面轮廓仪对试样磨损表面的形貌进行观测.仿真结果表明:在忽略...     

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。     

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。     

表面织构及其对摩擦学性能的影响

介绍了表面织构的图案和加工方法以及摩擦学性能的测试方法,阐述了不同表面织构对摩擦学性能的影响及机制,总结了当前表面织构研究的主要成果,并提出了未来表面织构研究需要深入开展的工作.     

边界润滑条件下表面微细织构减摩特性的研究

表面织构(Surface texture)已被证明是一种提高表面承载力和改善表面摩擦学特性的有效方法。然而在边界润滑条件下,织构对表面摩擦性能的影响机制仍未明确。利用纳米压痕仪在碳钢表面制作了具有不同密度和深度(125~500nm)的划痕的点阵,并通过改进的四球试验机对其在边界润滑下的摩擦性能进行了评价。试验载荷为100~300N,相对滑动速度为0.19~1.33m/s。研究发现:在边界润滑条件下,深度为125nm的低密度"划痕"点阵具有良好的减摩效果。     

表面织构排布方式对径向滑动轴承摩擦性能的影响

基于Navier-Stokes方程,建立表面织构化滑动轴承数值分析模型,采用压力耦合方程的改进半隐式(SIMPLEC)算法进行求解,分析表面织构排布和形状对滑动轴承摩擦性能的影响。结果表明：在收敛楔入口排布十字形织构时可以显著提高承载能力;在收敛楔中部周向排布沟槽和短沟槽织构比轴向排布更能显著改善轴承摩擦性能,且排布倒椭圆、菱形和十字纹理可以更明显地改善滑动轴承的摩擦性能;在收敛楔出口排布织构不能改善滑动轴承的摩擦性能,而在发散楔只有三角形织构可以改善轴承的摩擦性能。设计5种新型复合织构排布方式,分析其对轴承摩擦性能的提升效果。结果发现：复合型织构比单一类型织构更有利于提高轴承摩擦性能,其中在收敛楔入口布置十字形织构,收敛楔中部分别布置周向沟槽、短沟槽和十字形织构,发散楔布置三角形织构的3种复合型织构设计轴承性能提升效果显著,使承载力分别提高了15.69%、15.66%和17.16%,摩擦因数降低了3.75%、4.17%和2.92%。     

齿轮表面织构化研究现状与进展

高速重载时齿轮摩擦界面的高温强应力场,是导致齿轮传动机构工作效率、运动精度及使用寿命降低的主要原因。应用表面织构可以改变齿轮副摩擦界面的摩擦学特性,为齿轮减摩降磨技术提供了一条新途径。介绍现有齿轮副齿面抗摩擦和磨损的主要方法,从理论上分析应用表面织构化齿轮减摩的可行性;分别综述表面织构技术在齿轮润滑和提高界面摩擦学特性方面的研究现状与进展,同时分析齿轮表面织构减摩机制、表面织构特征参数研究及表面织构设计方法方面存在的问题,提出后续应重点针对极端工况下的齿轮织构作用机制、特征参数与润滑效果关系及多变量齿轮织构设计方法开展研究,并展望齿轮表面织构技术对齿面减摩重要意义和应用前景。     

圆环形微凹坑织构表面的摩擦性能

利用数值模拟方法研究具有微圆环状凹坑织构平面在往复运动下的摩擦学性能,分析微圆环深度、圆环内外半径及面积比等织构几何参数对摩擦性能的影响,并与典型的圆柱形织构单元进行对比研究。结果发现,深度相同时,摩擦因数随着圆环宽度的增加而减小,圆环宽度较大时,摩擦因数随织构深度的增加而减小;圆环状织构的动压效应随着圆环宽度的减小而减小;与圆柱状织构表面相比,相同面积比条件下的圆环状织构的摩擦因数更小,同时圆环状织构在吸纳细小磨屑方面也优于圆柱状织构。     

表面织构创新设计的研究回顾及展望

近十年来,作为一种可以显著提高界面性能的方法,表面织构已成为国内外界面科学领域的一个研究热点。微细加工技术的进步,使得通过精确控制织构的形状和尺度,优化其界面性能成为可能;仿生技术的发展为表面织构设计提供了源泉;对表面织构作用机制的深化理解促使了其应用领域的扩展。目前,表面织构的应用已涉及减摩、抗磨、增摩、减振、抗粘附、抗蠕爬等多个领域。TRIZ理论认为实现发明创新的基本原理和规律是客观存在的。人们如果掌握这些原理和规律,就可以能动地进行设计和创新,其结果具有预测性和可控性。对表面织构的研究进展进行了综述,从TRIZ理论的角度进行了归纳和总结,并通过TRIZ理论对表面织构研究的发展趋势进行了展望。