钛微弧氧化膜层在不同摩擦工况下的摩擦磨损行为研究

目的 研究钛微弧氧化膜层在不同摩擦工况下的摩擦磨损行为,为该膜层在工业领域中的合理应用提供参考.方法 首先,在铝酸盐电解液中,通过恒压模式制备钛微弧氧化膜层,然后在四种摩擦工况下(干摩擦/GCr15对磨球、干摩擦/Al2O3对磨球、油润滑/GCr15对磨球和油润滑/Al2O3对磨球),测试微弧氧化膜层的摩擦学性能.通过XRD分析膜层的物相组成,通过SEM、EDS分析不同摩擦工况下磨痕的表面形貌和元素分布,测量膜层的摩擦系数和磨损率,探讨不同工况下钛微弧氧化膜层的摩擦磨损形式和机理.结果 干摩擦/GCr15对磨球工况下,膜层主要发生磨粒磨损,磨损率为1.4×10–5 mm3/(N·m);在干摩擦/Al2O3对磨球工况下,膜层迅速失效;在油润滑/GCr15对磨球工况下,膜层仅发生轻微磨损,表面出现疲劳剥落现象,磨损率为5.3×10–6 mm3/(N·m);在油润滑/Al2O3对磨球工况下,膜层疲劳磨损较严重,磨损率为1.5×10–5 mm3/(N·m).结论 当对磨副材料为硬度较低的金属材料时,钛微弧氧化膜层在干摩擦和油润滑工况下,均表现出良好的耐磨性,但干摩擦工况容易造成对磨副材料的严重磨损;当对磨副材料为高硬度的陶瓷材料时,干摩擦工况下,钛微弧氧化膜层的耐磨性很差,然而通过润滑油可以显著降低膜层的摩擦系数和磨损率.     

7475铝合金阳极氧化膜摩擦与磨损性能（英文）

采用阳极氧化法在7475铝合金表面制备一层氧化膜,在摩擦磨损试验机上考察不同载荷情况下氧化膜摩擦磨损性能。利用XPS、扫描电镜、硬度计和X射线应力仪对膜层原子结合能谱、阳极氧化前后表面磨损形貌、表面硬度变化和表面残余应力变化进行了分析。结果表明,阳极氧化后表面较致密,氧化膜是以Al_2O_3形式存在,其界面为扩散型结合形式;阳极氧化后平均摩擦系数减小,摩擦性能得到提高;原始状态试样的磨损机理为粘着磨损,并伴随着磨粒磨损,而阳极氧化后试样的磨损机理为磨粒磨损;表面的高硬度是提高耐磨性能的主要因素。     

摩擦速度和加载载荷对时效态Al-Sn-Cu合金摩擦磨损性能的影响（英文）

研究在油润滑状态下摩擦速度和加载载荷对时效态Al-Sn-Cu合金摩擦磨损性能的影响。结果表明:由于峰时效合金较欠时效和过时效合金具有最佳的强度-塑性配比和更高的硬度,因此峰时效合金表现出最优的摩擦磨损性能。摩擦速度和加载载荷对合金磨损率和摩擦因数具有显著影响。随着摩擦速度的增大,磨损表面的润滑膜和Sn相更为均匀,合金的磨损率和摩擦因数均降低;然而随着加载载荷的增加,均匀的润滑膜和Sn相被严重破坏,合金磨损率急剧上升。Sn相和包括中间润滑层、摩擦氧化层的润滑膜是影响Al-Sn-Cu合金摩擦磨损性能的决定性因素。     

考虑摩擦升温的铁路列车制动摩擦块高温磨损机制演变∗

铁路列车制动摩擦块的高温磨损对列车制动安全影响显著,现有对于制动摩擦块高温磨损的研究一般通过环境温度控制来模拟制动界面高温条件,而在摩擦生热条件下对制动摩擦块高温磨损机理及演变规律的研究较少。在多模式制动性能试验台上进行摩擦拖曳制动试验,利用显微特征观测仪器、界面几何特征测量设备等,对制动摩擦块的高温磨损机理和演变进行分析探讨。结果表明,在摩擦生热条件下,当制动界面温度从室温上升至460℃时,摩擦块的主要磨损机制依次为磨粒磨损、氧化磨损和黏着磨损。当磨损机制以磨粒磨损为主时,摩擦块表面的缺陷数量多但尺寸小,摩擦因数与常温下接近;当氧化磨损占主导时,形成的氧化膜会提高耐磨性,摩擦块表面损伤较轻。此时,界面接触状态较好,摩擦因数较高,制动性能有所提高;当高温导致摩擦块材料发生软化和塑性流动时,摩擦块接触平台尺寸较大且极为平整,软化的材料充当润滑剂使摩擦因数下降、制动性能降低。同时,塑性流动会造成材料延展性能耗尽和表面材料撕裂,摩擦块表面严重的局部损伤导致接触界面状态较差,磨损机制以黏着磨损为主。在更接近于真实制动工况的条件下进行研究,揭示了摩擦升温过程中铁路列车制动摩擦块高温磨损机制的演变...     

搅拌摩擦焊界面摩擦及材料流动行为仿真

采用计算流体力学（CFD）方法研究了6061铝合金搅拌摩擦焊过程中的界面摩擦行为与材料流动行为。通过在搅拌头-工件界面采用剪切力边界条件,实现了焊接过程中界面摩擦与材料流动的完全耦合分析。结果表明,搅拌头与工件间的界面摩擦行为呈现显著的非均匀特征：轴肩芯部及环形槽内呈近似黏着摩擦,轴肩外缘区域呈滑动摩擦;搅拌针侧面呈现不同程度的滑动状态,界面滑动比例随其到轴肩的距离增加而增加。摩擦界面附近存在厚度为0.66～4 mm的低粘度区。在低粘度区,工件上部材料流动速度可达0.17 m/s,应变率可达85.7 s-1;在工件下部材料流动速度可达0.017 m/s,应变速率可达11.7 s-1。从材料流经低粘度区的流动路径来看,搅拌摩擦焊过程材料流动呈现多圈旋转及直通两种模式。仿真得到的温度、低粘度区形状及标记材料沉积位置均得到了实验结果的印证。     

外源铜粉对Q235钢摩擦性能的影响

利用定速摩擦试验机,研究了外源铜粉对Q235钢材料摩擦性能的影响.结果表明:外源铜粉使摩擦系数增加:从低速到高速的摩擦系数低于从高速到低速的摩擦系数;外源铜粉本身作为第三体参与摩擦试验,增加了微凸体之间的机械啮合程度,提高了材料的摩擦系数.随摩擦速度的增加,表面温度升高而形成了具有一定硬度的复杂氧化膜,这层氧化膜在速度较低的摩擦过程中提高了表面第三体对材料的承载能力,起到了提高材料摩擦系数的作用.     

几种氮化物薄膜与熔融玻璃之间的高温界面摩擦行为*

使用多弧离子镀设备制备了AlTiN,CrN,TiN,ZrN薄膜,在850℃条件下,利用自行研制的高温界面摩擦试验装置对上述薄膜与熔融玻璃之间的界面摩擦行为进行了试验研究.利用X射线衍射分析了上述4种薄膜在高温试验前后的物相结构变化.此外,在500℃条件下测量了4种材料与熔融玻璃的高温润湿行为.试验结果表明CrN,TiN,ZrN 3种薄膜材料具有良好的抗高温氧化性能,而AlTiN薄膜在高温下会逐渐氧化生成A12TiO5氧化膜,该氧化膜能够阻止氧化反应的继续进行,且A1TiN,CrN,TiN,ZrN 4种薄膜与熔融玻璃之间的接触角与界面摩擦存在对应关系.     

运行工况对碳刷/集电环摩擦副表面膜形成的影响

目的 解决水轮发电机组碳刷/集电环组件接触界面表面膜形成困难和容易破损的问题。方法 在分析载流摩擦表面膜层成因的基础上,采用某水轮发电机组所用的碳刷及集电环配副,在同尺寸水轮发电机组碳刷/集电环模拟试验台进行相似性试验,用四探针方阻仪表征表面膜层的氧化情况,研究电流密度、速度、温度、载荷对集电环表面膜生成的影响。结果 碳刷与集电环形貌磨合大约需要200 min,随后表面膜逐渐形成。在4、8 m/s转速下,正极集电环表面方阻的最大值可达到0.6 mΩ,在12 m/s转速下正极集电环表面方阻的最大值可达到25 mΩ。电流提高了摩擦副的温度,有利于氧化反应的进行,但过高的温度会导致摩擦表面水分子脱附,从而严重磨损表面膜。负极碳刷的温度普遍高于正极碳刷。弹簧压力分布不均会导致碳刷载流分配不均,更易引发负极碳刷出现高温,损坏表面膜。在12 m/s转速、800 A电流工况下,表面膜的生成速度相对最快。结论 表面膜主要由石墨层和氧化物层组成,在表面膜的形成过程中,碳刷与集电环间的接触电阻在前期以收缩电阻为主,在后期以膜层电阻为主。膜层电阻主要受到膜层厚度的影响。转速是影响表面膜生成速率的主要因素。高温是造成表面膜破坏的直接原因。     

石墨烯添加剂对ZL109铝合金活塞微弧氧化复合膜层摩擦性能的影响

在电解液中加入不同浓度石墨烯添加剂,通过微弧氧化在ZL109铝合金表面制备了石墨烯复合陶瓷膜,通过测厚仪和硬度计对膜层进行检测;然后对最佳浓度处理试件进行摩擦磨损试验,分析其摩擦因数、表面形貌以评价石墨烯添加剂对微弧氧化复合陶瓷膜摩擦性能的影响和作用机理。结果表明:石墨烯添加剂的加入使微弧氧化膜层具有更加优异表面性能和抗磨减摩性能,在浓度为6 g/L时膜层厚度达29.68 μm,硬度达到990.12 HV0.3,摩擦因数稳定在0.19,较普通陶瓷膜摩擦因数显著降低,达34.48%。在磨擦过程中,石墨烯对摩擦副表面的凹槽和划痕进行了填充,表面珩磨纹更加细密;同时,复合添加剂在磨擦过程中形成了C元素薄膜,起到了自修复作用。     

7475铝合金微弧氧化膜在不同载荷下摩擦-磨损行为

利用微弧氧化法在7475铝合金表面制备了微弧氧化膜,通过SEM、EDS对氧化膜表面-界面形貌、磨损形貌和化学元素组成进行分析,并用划痕法表征了氧化膜与基体的结合强度。通过摩擦试验考察了试样的磨损性能,测得了其在不同载荷作用下的摩擦系数曲线。结果表明,微弧氧化膜表面存在大量凹凸特征,主要元素为Al、O和Si,另含有其他合金元素和电解质残留元素,氧化膜与基体的结合强度为71.05 N;氧化膜磨损后表面Al含量有所增加,而Si含量呈现下降趋势,此时氧化膜已被磨穿,同时,O含量基本不变,说明磨损后基体表面发生氧化现象;干摩擦条件下氧化膜的摩擦系数为0.8左右,随载荷增大,摩擦系数降低,摩擦曲线稳定性增加;在载荷为10 N时磨损量最大,磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损。     

摩擦压力和干湿条件对铜铝基材料摩擦性能的影响

采用粉末冶金摩擦技术制备了铜铝基摩擦材料;利用定速摩擦试验机测试了在不同摩擦压力下该材料摩擦性能的变化,同时比较了干湿两种摩擦方式下摩擦性能的异同.结果表明:摩擦速度低于1500 r/min时,摩擦系数随压力的升高变化不大,磨损率增大;摩擦速度高于1500 r/min时,摩擦系数随压力升高而增加;摩擦速度低于1000 r/min时,湿摩擦的摩擦系数高于干摩擦,摩擦速度高于该速度时,两者的摩擦系数相近,湿摩擦的磨损量要高于干摩擦.     

基于改进LuGre摩擦模型的机器人关节摩擦力辨识研究

机器人在精准装配时，摩擦力影响着控制精度。利用LuGre摩擦模型进行关节力矩计算时，机器人关节摩擦力具有周期性纹波误差。针对此问题提出一种改进的LuGre摩擦模型，包括LuGre摩擦模型表示的稳态摩擦力，以及与速度相关的位置依赖项。对摩擦模型进行分步辨识，利用LuGre摩擦模型的特征，对稳态摩擦力参数进行辨识，通过SVM多类分类算法、支持向量回归（SVR）和最小二乘法求解方程组，对模型中的位置依赖项进行参数辨识。实验结果表明，机器人在不同负载下运行，使用改进模型及辨识方法计算关节摩擦力矩时，误差可以降低50%以上。     

摩擦加载式负载模拟器摩擦盘温度场研究

不同于一般的负载模拟器,摩擦加载式负载模拟器是利用摩擦力加载实现消除多余力和提高频宽的。基于热力学理论和摩擦学理论,建立了负载模拟器上摩擦片温度场的数学模型;以一对摩擦副相对运动为研究对象,采用ABAQUS软件分析了摩擦盘表面在不同压力和不同转速下的温度场分布规律。结果表明:摩擦盘接触界面上的温度值与所受的压力成正比;摩擦盘接触界面上的温度值与摩擦盘/片之间的转速成正比;采取通风冷却的方式明显比未加入冷却时的温度值降低了很多,而且温度上升的速率也明显减小。     

基于轴承摩擦力的滑动轴承摩擦故障监测方法

针对声发射(Acoustic Emission,AE)难以监测大型机械滑动轴承摩擦故障的问题。从轴瓦摩擦力学模型出发,分析摩擦故障发生时轴与轴承摩擦力的作用形式,通过AE信号均方根计算轴与轴承的摩擦力,并用于滑动轴承摩擦故障监测。鉴于滑动轴承摩擦故障信息微弱的特点,对AE信号幅值包络,增强摩擦脉冲的信息;再引入钟形脉冲函数识别摩擦故障脉冲,简化了轴瓦摩擦力的计算公式。最后通过实验模拟了驱动轴升速、加载以及轴瓦切断供油的过程,与AE传统特征相比,轴承摩擦力特征对轴承摩擦故障更敏感,方法更有效,更适合滑动轴承摩擦故障的状态监测。     

TC4线性摩擦焊过程的功率曲线研究

用自制的XMH-160型线性摩擦焊机进行TC4钛合金线性摩擦焊工艺试验,检测了焊接过程摩擦功率及界面温度的变化曲线,结合焊接过程界面剪切强度的变化曲线,论述了摩擦功率曲线的变化规律,并探讨了TC4线性摩擦焊焊接接头的形成机理.     

基于摩擦模型的电动缸PID摩擦补偿控制研究

为改善伺服电动缸中非线性摩擦环节对其运动控制性能的影响,文章从控制角度出发,利用摩擦补偿控制策略对系统中的摩擦力进行补偿,以提高运动控制精度.首先建立了电动缸的动力学模型,然后基于LuGre摩擦模型利用PID控制算法进行了摩擦补偿控制器的设计,并采用遗传算法对摩擦参数进行了辨识,最后进行了仿真分析.通过仿真结果可以得出,增加摩擦补偿后,电动缸的位置跟踪精度有了很大的改善,验证了该摩擦补偿控制策略的有效性.     

不同摩擦副材料对TC4合金摩擦磨损性能的影响

利用TRB³摩擦试验机采用球/平面接触形式探究TC4合金摩擦磨损性能，使用TC4合金球、GCr15钢球以及Si₃N₄陶瓷球作为对摩副探究TC4合金在不同法向载荷作用下摩擦划痕和磨损特性；通过3D激光共聚焦显微镜测量摩擦划痕形貌，建立能量磨损模型探究磨损过程中接触状态的变化机制，预测磨损进程。结果表明：随着上试样硬度的逐渐降低，球/平面的接触状态向微平面/平面的接触状态转变，摩擦划痕状态受到钛合金在压头前端位错墙和压头后端黏着颗粒的影响，划痕长度和宽度随载荷的增加线性增长，划痕深度出现“锯齿”状波动；“切削与塑性比”f_cp分布于f_cp=0.5两侧说明压头对TC4合金的损伤以微犁耕和微切削2种机制交互作用，说明划痕表面加工硬化现象对表面的保护作用，划痕硬度和表面粗糙度的关系可以预测材料变形过程中的损伤情况。     

保压腔对异种金属摩擦焊中摩擦过程的影响

两种强度相差较大的异种金属进行摩擦焊接时，使用保压腔是克服由于软金属的大量塑性变形而给焊接过程带来困难的有效手段之一。本文研究了保压腔参数的变化对摩擦压力和摩擦扭矩的影响规律，并在合适的保压腔参数下得到了高强度的紫铜和纯铝的焊接接头。     

搅拌摩擦焊与氩弧焊接接头摩擦磨损性能研究

分别试验了LF2铝合金搅拌摩擦焊焊接接头与氩弧焊接接头的摩擦磨损行为，试验分为3个阶段进行，转数分别为480，1200，2400转。结果表明在相同的实验条件下，搅拌摩擦焊接头的摩擦磨损性能明显优于氩弧焊接接头，其中第一阶段磨损失质量差别不大，后两个阶段搅拌氩弧焊接接头的磨损失质量是搅拌摩擦焊接头的4~6倍。氩弧焊接接头磨损表面呈现明显的塑性变形和表层剥落开裂迹象。搅拌摩擦焊接头磨损表面呈现轻微的疲劳磨损特征。     

导电摩擦焊的初步研究

在摩擦焊过程中向工件通入电流。形成复合热源。增大了规范参数的调节范围，而且可减小焊接时间，降低主轴功率与扭矩峰值，减少焊接变形．改善接头性能。