粘结MoS2固体润滑涂层的转动微动磨损特性

采用粘结法在LZ50钢表面制备MoS2固体润滑涂层,研究MoS2涂层及LZ50钢基体在干态不同角位移幅值下的转动微动磨损行为。在分析转动微动动力学特性的同时,结合光学显微镜、扫描电子显微镜、电子能谱仪以及轮廓仪对磨痕形貌进行微观分析。结果表明:涂层和基体的转动微动运行区域仅呈现部分滑移区(Partial slip regime,PSR)和滑移区(Slip regime,SR),未观察到混合区。涂层改变基体的微动运行区域,使得PSR缩小,SR运行区域向小角位移幅值方向移动。由于MoS2涂层的固体润滑作用,涂层的摩擦因数在整个试验过程都明显低于基体。在PSR,涂层损伤轻微;在SR,涂层的转动微动磨损机制主要表现为剥层和摩擦氧化。研究表明粘结MoS2固体润滑涂层具有明显的防护作用,显著降低LZ50钢的转动微动磨损。     

有机玻璃扭动微动磨损的实时观测与摩擦振动分析

在新研制的扭动微动磨损实时观测系统上,以法向载荷为100 N和扭动角位移幅值为0.5°～15.0°的参数,对有机玻璃(Polymethylmethacrylate,PMMA)/GCr15摩擦副进行扭动微动磨损试验,同时录制扭动微动过程并同步采集摩擦振动信号。在摩擦动力学行为分析的基础上,结合实时观测和摩擦振动分析,对PMMA的扭动微动磨损行为进行研究。结果表明,随着角位移幅值增加,PMMA扭动微动呈现三个区域(即部分滑移区、混合区和滑移区);在部分滑移状态(θ=0.5°)下,损伤轻微,振动数据与空载时振动数据相似,相对运动主要靠弹性变形协调;在完全滑移状态(θ=15°)下,整个接触区发生严重损伤,大量磨屑被排出接触区,接触区最外侧呈现纺锤状银纹,每循环次数下振动信号的事件发生数先增大后减小,而振动振幅呈现相反的趋势,主要损伤机制为弹塑性变形、剥层和氧化磨损。     

LZ50车轴钢转动微动摩擦学特性研究

在新型转动微动磨损试验机上,进行LZ50车轴钢/GCr15钢在法向载荷为10N、转动角位移幅值为0.125°～0.5°的转动微动磨损试验。在摩擦动力学行为分析的基础上,结合磨痕的微观分析,研究材料的转动微动磨损机理。结果表明,LZ50车轴钢的微动运行区域仅呈现部分滑移区和滑移区,未观察到混合区。滑移区的摩擦因数明显高于部分滑移区;摩擦因数随着转动角位移幅值的增加而增大。车轴钢在部分滑移区损伤轻微,磨痕呈环状;而在滑移区,接触中心呈现材料塑性流动累积造成"隆起"特征,LZ50钢的转动微动磨损机制主要为磨粒磨损、剥层和氧化磨损。     

桨-毂轴承材料扭动微动磨损行为研究

采用面接触扭动微动形式,以动力定位系统可调距螺旋桨桨-毂轴承摩擦副材料(CuNiAl-42CrMo4)为对象,以不同的角位移幅值模拟海水波动影响下的微动磨损行为,并结合扫描电子显微镜和超景深三维显微镜对磨痕形貌进行分析,探究桨-毂轴承摩擦副材料扭动微动磨损规律。结果表明,随着角位移幅值的增加,扭动微动依次运行于部分滑移区、混合区、滑移区,摩擦因数减小,同时磨损量增加,微动损伤中剥层机制所占的比例逐渐增加,且由于疲劳裂纹扩展的不利影响,实际运行过程中要尽量避开混合区。     

TiAlZr合金微动磨损性能研究

采用高精度液压式微动磨损试验机研究了TiA lZr合金在不同微动运行区域的微动磨损行为,建立了其运行工况微动图。试验结果表明:滑移区、混合区和部分滑移区的摩擦因数随循环次数变化呈现不同的规律,其中部分滑移区摩擦因数较低,磨损体积随着位移幅值的增大而增大;滑移区、混合区磨损体积随着法向载荷的增加而增大,而部分滑移区磨损体积随着法向载荷的增加而减小;滑移区磨屑堆积于中心区域,磨损以磨粒磨损和剥层机制为主;混合区磨损机制主要表现为粘着磨损与磨粒磨损并存;部分滑移区磨损轻微。     

聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂层微动磨损性能研究

在不同位移幅值与载荷条件下研究了酚醛环氧粘结聚四氟乙烯(PTFE)基固体润滑涂层的微动磨损特性，并利用扫描电子显微镜、表面轮廓仪和傅里叶表面红外仪等对涂层磨斑进行分析。结果表明，粘结PTFE基涂层具有良好的抗微动损伤性能，随循环次数的变化只存在部分滑移区和滑移区，部分滑移区的损伤轻微，滑移区的损伤强烈依赖于栽荷，其损伤与PTFE分子链在往复交变载荷作用下的疲劳断裂相关。     

AZ91D镁合金微动磨损特性研究

采用液压高精度材料试验机考察了平面一球面接触的AZ91D镁合金摩擦副的微动磨损行为，分析了位移幅值、法向载荷和频率等参数对摩擦因数和磨损体积的影响，考察了不同实验条件下的磨斑形貌，并探讨了其磨损机理。结果表明：AZ91D镁合金的微动区域可分为部分滑移区、混合区和滑移区3个区域，粘着磨损、疲劳磨损和磨粒磨损分别是3个区域的主要磨损机制；磨损体积随着位移幅值和法向载荷的增加而增大，但却随着频率的增大而减小。在微动部分滑移区和混合区，摩擦因数随着位移增大迅速增加；在微动滑移区，摩擦因数随法向载荷的增大而减小，而位移幅值和频率对摩擦因数的影响较小。     

扭动微动摩擦力数值分析

为揭示扭动微动接触表面摩擦力分布规律及其对表面磨损的影响,进一步丰富和完善扭动微动损伤机理,基于试验中扭动微动摩擦扭矩的变化,利用ABAQUS用户子程序Fric引入动态变化的摩擦因数,对扭动微动表面摩擦力学行为开展数值模拟分析。摩擦扭矩数值模拟和试验结果的对比分析验证了数值模拟方法的正确性。接触表面摩擦力分布及与试验磨损形貌的对比分析表明:摩擦应力的剪切作用对表面材料损失起着至关重要的作用,不同滑移区摩擦应力分布不同,故呈现的磨痕形貌不同。     

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。     

粘结石墨固体润滑涂层微动磨损性能研究

在不同位移幅值与载荷下研究了粘结石墨固体润滑涂层的微动磨损特性，并利用扫描电镜和X射线衍射仪分析了涂层微动磨斑。结果表明：粘结石墨涂层具有良好的抗微动损伤性能，随循环次数的变化只存在部分滑移区和滑移区，部分滑移区涂层损伤轻微；滑移区损伤严重，主要表现为裂纹萌生和扩展，最终按剥层机制呈层状剥落。     

海水环境下2507超级双相不锈钢微动磨损性能研究

采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机研究在干摩擦和水溶液介质中微动振幅对2507超级双相不锈钢微动磨损行为的影响,利用三维轮廓仪和扫描电子显微镜分别对试样的磨痕深度、磨损体积和磨痕表面微观形貌进行表征分析。结果表明:在干摩擦下,随振幅增加微动运行区域发生了由部分滑移区向滑移区的转变,摩擦因数随振幅的增加先增大后趋于稳定,磨痕深度和磨损体积随振幅的增加而增大,磨损机制由局部氧化磨损、局部疲劳磨损转变为氧化磨损、黏着磨损和剥落磨损;水溶液中,海水中摩擦因数随振幅的波动较去离子水中的大,且海水中由于存在腐蚀与磨损交互作用,磨痕深度和磨损体积也都比去离子水中的略大,磨损机制主要是轻微氧化磨损、磨粒磨损伴随疲劳磨损。     

离子渗氮／ 渗硫层转动微动摩擦学行为研究

利用渗氮/渗硫复合处理在LZ50钢表面制备离子渗氮/渗硫层,在干态及不同角位移幅值下对渗层及其基体材料进行转动微动磨损试验,利用扫描电子显微镜、能谱仪和2D/3D轮廓仪对磨痕进行微观分析。试验结果表明：渗氮/渗硫层改变了基体材料的微动运行工况图,部分滑移区和滑移区边界向部分滑移区移动,滑移区运行范围增大;在部分滑移区,渗层的摩擦因数明显低于基体材料,其损伤十分轻微;在滑移区,次表层剥落的硬质颗粒使得稳定阶段摩擦因数高于基体材料,磨损机制为磨粒磨损、氧化磨损和剥层。     

温度对不同运行工况下Zr-4锆合金微动磨损行为的影响

采用高温微动磨损试验机对Zr-4合金管进行切向微动磨损试验，通过改变法向载荷研究了试验温度(25,100,200,325℃)对不同运行工况(完全滑移区和部分滑移区)下微动磨损行为的影响。结果表明：在相同试验温度下完全滑移区的摩擦因数高于部分滑移区，不同运行工况下200,325℃时的摩擦因数更早达到稳定状态。在完全滑移区，合金的磨损机制包括磨粒磨损、氧化磨损和剥层，温度的升高对合金微动磨损程度的影响较大，325℃时的微动磨损程度最大；而在部分滑移区，磨损机制包括剥层、黏着磨损和氧化磨损，试验温度的升高对微动磨损程度的影响很小。在相同试验温度下，部分滑移区的微动磨损量远低于完全滑移区；试验温度的升高对完全滑移区微动磨损量的影响较明显，而对部分滑移区的影响不大。     

线接触条件下微动摩擦特性的研究

通过试验研究了线接触微动摩擦特性。研究表明：线接触微动摩擦因数变化与点接触形式相同；位移幅值在部分滑移区时，表面粗糙度对表面磨损有影响。磨痕分析表明，承载区域接触不均匀，存在虚接触区域，其大小与表面粗糙度有关，而接触区域没有不磨损的粘着区，不同于点接触形式。     

等离子体浸没离子注入与沉积TiN/Ti复合涂层高温微动磨损特性研究

采用等离子体浸没离子注入与沉积技术（PIII＆D）,在T225NG钛合金基材上制备了TiN/Ti复合涂层.对沉积涂层的组织和化学成分作了XPS和AES分析,用扫描电镜SEM、能谱仪EDS和激光共焦扫描显微镜（LCSM）对该涂层大气氛围中室温（25 ℃）,200 ℃和400 ℃的微动磨损特性与基材进行了对比研究.结果表明：复合涂层中的组织为TiN和TiO2;在部分滑移区和混合区,PIII＆D TiN/Ti复合涂层摩擦因数随温度升高而降低,在滑移区,涂层摩擦因数波动较大,温度对基材摩擦因数影响不明显.在部分滑移区磨损轻微,在混合区和滑移区,涂层磨损机制以剥层和氧化磨损为主,局部存在磨粒磨损.     

高温下位移幅值对TC4合金磨损性能的影响

钛合金的微动磨损会加速裂纹的形成与扩展,导致其构件提前失效。利用摩擦磨损试验机考察TC4合金在300和500℃温度下的微动磨损行为,利用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜对磨痕轮廓及磨痕表面进行分析,探讨在300和500℃温度下TC4合金在不同位移幅值作用下的微动磨损机制。实验结果表明：高温条件下,试样平均摩擦因数和磨损率随位移幅值的增加呈现先增大后减小的趋势;两种高温环境中,小位移幅值时,微动运行区域为部分滑移区,主要损伤机制为黏着磨损和氧化磨损;位移幅值为100μm时,微动运行区域为混合滑移区,主要磨损机制为氧化磨损、剥层磨损及塑性变形;大位移幅值时,微动运行区域为完全滑移区,主要磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损。对比300和500℃条件下磨损结果,表明温度越高TC4合金耐磨性能越好,这主要是由于摩擦生成的氧化物TiO₂和Fe₂O₃对磨损表面具有保护作用。     

粗糙表面扭动微动磨损数值研究

基于三维W-M分形函数利用SolidWorks建立三维粗糙表面,同时利用Abaqus用户子程序Umeshmotion引入能量磨损准则,建立了三维球-粗糙面接触下的扭动微动数值模型,研究初始表面粗糙度对扭动微动摩擦磨损过程的影响。首先利用G-W模型的无量纲化接触面积解析解验证了粗糙面模型的合理性,同时通过与实验的磨损结果进行对比,进而验证了数值模型对扭动微动磨损预测的精确性和有效性。分析结果表明：表面粗糙度的改变对于扭动微动磨损有着显著的影响,其中磨损体积、摩擦耗散能以及磨损率都随着表面粗糙度的增加而增加,即在同等微动条件下会加剧表面磨损;摩擦激活能随着表面粗糙度的增加而减小,越粗糙的表面磨损激活的阙值越低,故减小初始表面粗糙度可有效降低扭动微动磨损。     

钛合金球与骨水泥界面之间的微动磨损机制研究

采用钛合金球与自制骨水泥试样以球/平面接触方式,在自制的微动摩擦磨损试验机上开展干摩擦和25%小牛血清介质中切向微动磨损试验研究,考察钛合金球与骨水泥界面之间的微动运行特性,并采用S-3000N型扫描电镜观察磨痕形貌来分析其微动磨损机制。结果表明:随着微动振幅的增加,微动运行由部分滑移区向混合区转变。随着接触载荷的增加,试样接触面之间更容易发生黏着。与干摩擦相比,在小牛血清溶液中部分滑移区向较大振幅区扩展。部分滑移区摩擦因数值较低且保持稳定,混合区的摩擦因数先增大后保持不变。稳定摩擦因数随着接触载荷的增加而减小,随微动振幅增大而增大。骨水泥试样的磨损量在小牛血清介质中比在空气中大,并且随接触载荷增大而增大。骨水泥在小牛血清介质中微动磨损的损伤机制主要为黏着磨损和疲劳磨损,溶液分子在应力作用下对骨水泥基体有削弱作用。     

钴铬钼合金在血清溶液和干态条件下的扭转复合微动磨损特性

以钴铬钼合金球头与钴铬钼平面试样作为摩擦副,分别在质量分数为25%的胎牛血清溶液和干态条件下进行了扭转复合微动磨损试验,探讨了该合金的微动磨损行为和损伤机理。结果表明:在血清溶液中摩擦副的界面比干态下的更易滑动;在部分滑移区,血清溶液和干态条件下的切向力与法向力比值都很小;在混合区,两种润滑条件下的接触界面均有明显的塑性变形;在滑移区,血清溶液的润滑作用显著,磨损机理为磨粒磨损和氧化磨损,而干态条件下除此以外还存在剥层现象;两种润滑条件下的微动界面都发生了摩擦氧化。     

1045钢在部分滑移区和滑移区内的高温微动磨损性能研究

从室温到400℃，对GCr15钢与1045钢组成的摩擦副进行了微动摩擦拭验。法向载荷变化范围为100—300N、位移幅值为15—60μm。通过摩擦动力学分析，结合显微观测，发现1045钢的高温微动行为与微动区域特性密切相关。在滑移区内，随着温度的升高，摩擦系数与磨损降低，但在部分滑移区内，温度对微动行为影响很小。