沟槽织构涂层改善40Cr表面摩擦磨损性能的试验研究

利用仿真和摩擦磨损试验探究沟槽织构涂层对40Cr表面摩擦磨损性能的改善作用。在仿真试验方面,利用激光加工织构的实际截面形貌,建立较真实单元沟槽织构的流体动力学模型,获得不同沟槽织构参数组合对模型摩擦磨损性能的影响。在摩擦磨损试验方面,利用多功能摩擦磨损试验机对不同沟槽织构涂层试样进行摩擦磨损试验,通过高精度水平仪统计摩擦磨损试验前后质量变化,进而计算磨损量,利用超景深显微镜进行磨痕面积的分析,探究摩擦因数、磨损量和磨损面积与织构几何参数的变化关系。结果表明：在仿真试验中,随着沟槽织构宽度的增加,垂直方向的油膜压力均呈现先增大后减小的趋势;在实际摩擦磨损试验中,沟槽织构和涂层的存在极大地改善了40Cr试样表面的摩擦磨损性能,除了宽度150 μm的磨损量有差异,随着沟槽织构宽度和深度的增加,摩擦因数、磨损量、磨痕面积均呈现先减小后增大的趋势,仿真结果与试验结果相互验证。     

激光表面织构形状参数对钛合金摩擦学性能的影响

针对钛合金耐磨性差的问题,利用激光技术在TC4钛合金样品表面刻蚀出具有不同形状、间距和宽度(直径)的织构,基于CSM球盘式摩擦磨损试验机研究织构形状参数对钛合金在油润滑条件下摩擦学性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)观察钛合金表面织构的微观形貌及磨痕形貌,利用白光干涉仪测试表面织构和磨痕的三维轮廓并通过计算得到磨损率。结果表明,网格型织构的摩擦因数比沟槽型和点阵型织构更小并且更稳定。织构的间距和宽度(直径)等形状参数显著影响钛合金的磨损性能。原始表面抛光钛合金样品磨损率高于表面织构处理后样品,原始钛合金样品的磨损机制主要为磨粒磨损和粘着磨损,而由于表面织构能起到收集磨屑,储存润滑油的作用,从而显著提升了钛合金的耐磨性。     

32Cr2MoV复合镀TiN的滑动摩擦试验分析

对32Cr2MoV进行了复合镀膜处理以及滑动摩擦试验。结果表明,离子镀膜虽然加大了经过机械抛光的离子氮化试样的表面粗糙度,但在相同的实验条件下,离子镀TiN后,其摩擦力、磨损量、磨痕宽度、摩擦系数均有所减小,并且其承受的摩擦载荷大大提高。表面磨痕观察表明,二者为磨粒磨损,且离子氮化+离子镀TiN试样的磨痕沟槽较浅,因此经复合处理后的32Cr2MoV在滑动摩擦条件下也具有较好的耐磨性。     

32Cr2MoV复合镀TiN的滑动摩擦试验分析

对32Cr2MoV进行了复合镀膜处理以及滑动摩擦试验。结果表明．离子镀膜虽然加大了经过机械抛光的离子氮化试样的表面粗糙度，但在相同的实验条件下，离子镀TiN后，其摩擦力、磨损量、磨痕宽度、摩擦系数均有所减小，并且其承受的摩擦载荷大大提高。表面磨痕观察表明，二者为磨粒磨损，且离子氮化＋离子镀TiN试样的磨痕沟槽较浅，因此经复合处理后的32Cr2MoV在滑动摩擦条件下也具有较好的耐磨性。     

TA15钛合金高温摩擦磨损性能研究

目的 为探究TA15钛合金高温耐磨性能的潜力,研究了TA15钛合金在室温~800 ℃下的摩擦磨损性能。方法 利用Rtec摩擦磨损试验机(Rtec,San Jose,USA)进行TA15钛合金的摩擦磨损性能测试,通过激光共聚焦显微镜、JSM-7800F扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等手段,分析了TA15钛合金在不同温度下的磨痕形貌、成分变化以及磨损机理。结果 在不同试验温度下,微观组织没有出现明显变化,主要为等轴α相和β相;不同温度下的摩擦因数波动不大,从室温的0.279下降到600 ℃的0.224,而在800 ℃时,表面严重氧化导致摩擦因数增大到0.309;在室温~400 ℃时,试样表面磨痕不断变窄变浅,犁沟和磨屑不断减少,而到400 ℃以上时磨痕逐渐变宽,比磨损率也大幅增大,且在600 ℃时的磨损量最大;在600 ℃时,以氧化磨损为主,并伴随着磨粒磨损和黏着磨损,且表面磨痕形貌和宽度比较均匀;在800 ℃时磨损表面以黏着磨损和氧化磨损为主,并伴随着高温焊接的发生。结论 TA15合金表面的O元素含量随温度的升高而逐渐升高,并且氧化反应主要发生在β相内。随着试验温度的升高,TA15钛合金磨损表面的氧化磨损现象也更加明显。     

轴向柱塞泵中滑靴副的摩擦磨损性能研究

采用摩擦磨损试验机和白光干涉仪,考察不同载荷和转速下工具钢球与304钢组成的滑靴副的摩擦因数、磨损体积和磨痕形貌,从而找到最优工况以提高滑靴副的寿命以及工作效率。通过极差和方差分析发现:载荷、转速和半径对摩擦因数的影响都比较显著,并且载荷为100 N、转速为50 r/min和半径为20 mm时的摩擦因数达到最小值。基于正交试验的最优结果,开展控制变量试验。结果表明:随载荷的增大,磨损体积先增大后减小,在50 N时磨损体积最小,为91.468×10⁶μm³;磨损体积随转速的增大而逐渐增大,且在50 r/min时磨损体积最小,为926.613×10⁶μm³;随着载荷和转速的变化,磨痕的深度和宽度也会变化,其中载荷对磨痕宽度的影响显著,从50 N到150 N时,磨痕的宽度增大2.2倍、深度增大1.9倍;转速对磨痕深度的影响显著,从50 r/min到150 r/min时,磨痕的宽度增大34%、深度增大1.66倍。     

磁流体极性对钛合金表面织构的摩擦学性能研究

目的 研究磁流体的极性对钛合金光滑表面和织构表面摩擦学性能的影响。方法 以水基磁流体、煤油基磁流体、去离子水和煤油为润滑剂,在UMT?3摩擦磨损试验机上分别进行钛合金光滑表面和织构表面的摩擦磨损实验,得到极性不同的磁性颗粒对不同表面的摩擦因数、磨损量和磨损形貌的影响规律。结果 在光滑钛合金表面,极性磁性颗粒使得摩擦因数下降了8.42%,磨痕宽度下降了8.47%,磨损方式由严重的磨粒磨损和黏着磨损转变为轻微的磨粒磨损。非极性磁性颗粒使得摩擦因数上升了33.94%,磨痕宽度上升了42.20%,磨损方式由轻微的黏着磨损转变为严重的磨粒磨损。在织构表面,极性磁性颗粒的减摩作用进一步增强,而非极性磁性颗粒并没有明显的减摩作用。结论 采用不同极性磁流体润滑时,极性磁性颗粒更容易吸附在钛合金表面,从而增加油膜的厚度和刚度,减小其摩擦因数。     

磨粒对不同服役阶段润滑油的摩擦学性能影响

利用铁谱分析仪和扫描电镜对4个不同服役阶段润滑油中的磨粒含量(质量分数)、大小和形貌进行分析;用SRV摩擦磨损试验机对4个服役油样与新油进行摩擦学性能对比。结果表明:在不同服役阶段,磨粒的含量随着润滑油服役时间的增长而增大,粒径大小关系为异常磨损期磨合磨损期正常磨损期。与新油相比,4个油样的摩擦因数曲线有不同程度的波动,减摩性能下降明显,且减摩系数下降的幅度与所含磨粒粒径大小相关;磨粒使润滑油的抗磨性能下降,与新油的磨斑直径相比,4个油样的增幅分别达到20.0%、25.7%、45.7%、71.4%,且磨粒的粒径、含量与摩擦表面损伤程度成正相关,粒径主要影响磨痕宽度,含量主要影响磨痕密度。     

激光织构形状间距对单晶硅摩擦磨损特性的影响

目的 提高单晶硅的减摩耐磨性能。方法 利用紫外激光在单晶硅试样表面刻蚀不同形状,间距为0.1、0.2、0.3 mm,宽度为0.2 mm的织构。基于MRTR-1摩擦磨损实验机,研究干摩擦条件下织构参数对单晶硅摩擦学性能的影响。利用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察单晶硅表面织构的微观形貌和磨痕形貌,用电子天平称量实验前后试样的质量,并计算磨损率,通过Ansys有限元软件模拟仿真试样表面应力和摩擦生热的温度分布。结果 与无织构相比,刻蚀表面织构均能不同程度地降低试样的磨损率,磨损率从0.012 mm³/(N.m)降至0.008 mm³/(N.m);部分表面织构试样的摩擦因数下降,低于0.14;单晶硅试样的磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损。仿真结果表明,织构试样的平均等效应力均大于无织构试样,在单晶硅试样表面加工织构会影响其表面整体性,容易出现应力集中现象;织构试样表面高于环境温度的区域面积小于无织构试样,且试样表面的最高温度与摩擦因数呈正相关。结论 在单晶硅表面加工织构,可以有效提高试样的耐磨性能,合适的织构参数还能够降低摩擦因数。通过加工表面织构,一方面可以影响试样的整体性,另一方面能够改善试样的散热性能。     

铝合金表面多弧离子镀TiN涂层的耐磨性能

采用多弧离子镀在ZL109铝合金表面进行了TiN涂层处理,并对涂层的载荷耐磨性进行了分析和讨论.结果表明,ZL109铝合金表面多弧离子镀TiN涂层后,其耐磨性得到明显提高.在1 N的载荷下,连续磨损90 min时,未镀膜试样的磨痕宽度几乎是TiN试样的2倍,镀有TiN膜试样的平均摩擦因数几乎是未镀样的50%.在2 N的载荷下,由磨痕的形貌和宽度随时间的变化可见,镀有TiN涂层的试样在磨损前期,主要以粘着磨损为主,在磨损后期以磨粒磨损为主.     

Unlubricated friction and wear behaviors of Al2O3/TiC ceramic cutting tool materials from high temperature tribological tests

The unlubricated friction and wear behaviors of Al₂O₃/TiC ceramic tool materials were evaluated in ambient air at temperature up to 800 °C by high temperature tribological tests. The friction coefficient and wear rates were measured. The microstructural changes and the wear surface features of the ceramics were examined by scanning electron microscopy. Results showed that the temperature had an important effect on the friction and wear behaviors of this Al₂O₃ based ceramic. The friction coefficient decreased with the increase of temperature, and the Al₂O₃/TiC ceramics exhibited the lowest friction coefficient in the case of 800 °C sliding operation. The wear rates increased with the increase of temperature. During sliding at temperature above 600 °C, oxidation of the TiC is to be expected, and the formation of lubricious oxide film on the wear track is beneficial to the reduction of friction coefficient. The wear mechanism of the composites at temperature less than 400 °C was primary abrasive wear, and the mechanisms of oxidative wear dominated in the case of 800 °C sliding operation.     

Friction and wear behavior of Mg-11Y-5Gd-2Zn-0.5Zr （wt%） alloy with oil lubricant

The sliding friction and wear behaviors of Mg-11Y-5Gd-2Zn-0.5Zr （wt%） alloy were investigated under oil lubricant condition by pin-on-disk configuration with a constant sliding distance of 1,000 m in the temperature range of 25-200℃. Results indicate that the volumetric wear rates and average friction coefficients decrease with the increase of sliding speeds, and increase with the increase of test temperature below 150℃. The hard and thermally stable Mg12（Y,Gd）Zn phase with long-period stacking order structure in the alloy presents significant wear resistance, The wear mechanism below 100℃ is abrasive wear as a result of plastic extrusion deformation. The corporate effects of severe abrasive, oxidative, and delaminating wear result in the tribological mechanism above 100℃.     

两种TiAlN涂层的往复滑动摩擦学性能研究*

采用PLINT磨损试验机,对比考察了2种磁控溅射TiAlN涂层在往复滑动条件下的摩擦磨损性能.在摩擦动力学分析基础上,并利用扫描电子显微镜（SEM）、激光共焦显微镜（LCSM）、电子能谱（EDX）和X射线衍射XRD进行了微观分析,探讨了TiAlN涂层的摩擦磨损机理.结果表明：TiAlN涂层的摩擦学性能与涂层本身微结构密切相关;较低的摩擦因数对应着较好的耐磨性;涂层的往复滑动磨损表现为磨粒磨损、剥层和氧化磨损的共同作用的机制.     

银-石墨烯复合材料的滑动摩擦磨损性能

采用球磨混粉、冷等静压和真空烧结的工艺流程制备了含0.5%~2.0%石墨烯的银-石墨烯复合材料,并对复合材料进行销盘式摩擦磨损试验以研究其大气环境滑动摩擦磨损性能。研究结果表明,因石墨烯易团聚,石墨烯含量限于1.5%时能够有效改善复合材料的性能。与未增强的银相比,由于在接触表面形成自润滑碳质膜,银-石墨烯复合材料表现出较低的摩擦系数、较少的磨损量和较低的接触表面温度。随石墨烯含量的增加,复合材料的摩擦系数和磨损量均下降。复合材料的主要磨损机制为粘着磨损和磨料磨损。     

表面织构化刀具的研究现状与进展

高速切削加工作为难加工材料的主要加工方式,在其切削过程中,刀具的快速磨损、加工表面质量差等问题显著。近些年来,表面织构由于在控制摩擦、减小磨损和改善润滑性能等方面的作用引起了国内外学术界和产业界的广泛兴趣,为刀具减摩降磨技术的研究提供了新方向。表面织构效应是通过在摩擦副表面加工出具有不同形状几何参数和分布特征的微凹坑、微沟槽等阵列结构时,表面的摩擦磨损和润滑特性随之改变的热动力学效应。针对表面织构技术在刀具方面的应用研究,描述了刀具表面织构的主要制备方法,对比分析了各种制备方法的优缺点,然后分别阐述了微沟槽织构、微凹坑织构、纳米织构/微纳复合结构阵列以及织构化自润滑刀具在减缓刀具磨损、提高加工质量等方面的研究现状与进展,同时分析了表面织构改善刀具系统摩擦学性能的原因和机理,最后指出刀具表面织构技术目前研究存在的问题及其对刀具减摩降磨的重要意义。     

金属铝表面超疏水薄膜的构筑及减摩特性

目的改善铝基材料在干摩擦条件下的摩擦磨损性能。方法采用两步法在铝表面构筑稳定的超疏水薄膜。首先采用盐酸溶液刻蚀金属铝,在其表面构筑微纳织构;然后涂覆硬脂酸,降低表面能。利用SEM、XRD、FTIR、接触角测量仪及摩擦磨损试验机表征铝表面超疏水薄膜的表面形貌、化学组分、润湿性和减摩耐磨特性。结果 SEM及XRD分析表明,刻蚀后的铝表面呈现多尺度微纳结构。FTIR分析表明,脂肪酸以双配位结构与铝表面发生作用。接触角测试表明,所制备的薄膜呈现出良好的超疏水性能,静态接触角达150°,滑动角小于10°。摩擦学实验结果表明,制备的超疏水薄膜可明显改善铝基底的摩擦学性能,在干摩擦条件下与钢球对磨时,超疏水薄膜的摩擦系数保持在0.16左右,寿命超过10 000 s,而相同条件下未处理的金属铝摩擦系数超过0.6。结论采用盐酸溶液刻蚀金属铝,然后涂覆硬脂酸,可在铝表面构筑复合薄膜。薄膜不仅表现出明显的超疏水特性,同时具有良好的减摩耐磨性能。该方法技术简单,价格低廉,易于批量化生产,为改善微纳条件下铝及其合金的摩擦学性能提供了一个新的思路。     

载荷和滑动速度对块体镁基非晶合金干摩擦性能的影响

目的以制备的Mg_(59.5)Cu_(22.9)Ag_(6.6)Gd_(11)块体镁基非晶合金为基础,探索法向载荷和滑动速度影响镁基非晶合金干摩擦行为的规律和机制,为进一步研究镁基非晶合金提供实验依据。方法采用UMT-2多功能摩擦磨损机,改变法向载荷和滑动速度的大小,进行摩擦磨损实验。通过白光干涉轮廓仪测出磨损轨迹的宽度和深度,再根据公式计算出磨损体积和磨损率。利用扫描电镜和EDS能谱分析磨损轨迹,揭示非晶合金的磨损机制。结果随着载荷的增加,磨损率先减小后稳定,摩擦系数略有减小。随着滑动速度的增加,磨损率先减小后增大,在相对滑动速度为120 mm/s时出现最小值。载荷小于20 N时,磨痕表面布满犁沟和小颗粒状磨屑;载荷大于20 N时,磨痕表面出现层叠状非均匀塑性变形层,对磨球表面转移膜粘连明显。滑动速度低时,磨痕表面布满犁沟,随着速度的增加,先是软化均匀流变,接着出现熔化、剥落。结论块体非晶镁基合金在低载荷下以磨粒磨损为主,还伴随着氧化、少量的粘着;载荷大于20 N时,变为粘着磨损为主。低滑动速度下以磨粒磨损为主,当滑动速度为180 mm/s时,试样表面熔化失效,磨损方式为剥落和磨粒磨损的综合。     

CrAISiN涂层与不同材料配副时的摩擦学特性

目的 研究CrAlSiN涂层分别与304不锈钢、TC4钛合金、Al2O3陶瓷和GCr15钢四种不同材料配副时的摩擦学特性.方法 采用阴极电弧离子镀技术在M35高速钢上制备了CrAlSiN涂层,采用扫描电镜(SEM)、显微硬度计、划痕仪、球-盘式摩擦磨损试验仪和3D轮廓仪分别测试了涂层的结构和性能.结果 CrAlSiN涂层与304不锈钢、TC4钛合金和GCr15钢配副时的磨损形式为粘着磨损和磨粒磨损,其中与亲和性高的304不锈钢、TC4钛合金粘着磨损严重.CrAlSiN涂层与不锈钢对磨时,摩擦系数最高,达到0.71;与GCr15钢对磨时,摩擦系数最低,但摩擦系数波动大;与钛合金对磨时,摩擦系数介于两者之间.CrAlSiN涂层与亲和性较差的Al2O3陶瓷之间的磨损形式为磨粒磨损,随着磨损的进行,摩擦系数逐渐降低.结论 CrAlSiN涂层与亲和性较高的材料对磨时,磨损形式为粘着磨损和磨粒磨损,与亲和性较差的Al2O3对磨时为磨粒磨损.     

Postmortem raman spectroscopy explaining friction and wear behavior of sintered polyimide at high temperature

With their thermal stability and high strength, polyimides are an aromatic type of polymers that are used in sliding equipment functioning under high loads and elevated temperatures. However, their tribological behaviors under high temperature and atmospheric conditions are not fully understood. It has been reported that a transition from high to lower friction occurs “somewhere” between 100 and 200 °C; however, correlation with changes in the polyimide molecular structure remains difficult to illustrate, and it is not certain whether this transition is correlated to lower wear. In the present work, sliding experiments under controlled bulk temperatures between 100 and 260 °C are performed. A transition in both friction and wear at 180 °C is observed that is further examined with microscopic analysis of the transfer film on the steel counterface and Raman spectroscopy of the worn polymer surfaces. Close examination of the spectra reveals transitions in the relative intensities of certain absorption bands, which suggests different orientation effects of the molecular conformation at the polymer sliding surface at 180 °C.     

TiN-Coating Effects on Stainless Steel Tribological Behavior Under Dry and Lubricated Conditions

The tribological properties of magnetron sputtered titanium nitride coating on 316L steel, sliding against Si₃N₄ ceramic ball under dry friction and synthetic perspiration lubrication, were investigated. The morphology of the worn surface and the elemental composition of the wear debris were examined by scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy. TiN coatings and 316L stainless steel had better tribological properties under synthetic perspiration lubrication than under dry friction. Among the three tested materials (316L, 1.6 and 2.4 μm TiN coatings), 2.4 μm TiN coating exhibits the best wear resistance. The difference in wear damage of the three materials is essentially due to the wear mechanisms. For the TiN coating, the damage is attributed to abrasive wear under synthetic perspiration lubrication and the complex interactive mechanisms, including abrasive and adhesive wear, along with plastic deformation, under dry friction.