橡胶磨粒磨损机理的研究

作者在刀片型磨损试验机上对丁腈橡胶磨粒磨损的各阶段进行了研究,并测定了摩擦功对磨损的影响,还用扫描电镜考察了磨损表面的形貌特征。作者认为橡胶的磨粒磨损包括两个基本过程,即宏观分层剥落和微观分子断裂。该过程形成的山脊状条纹和微小颗粒是其磨损的基本特征。其中,磨损率随摩擦功的n次方增长,非稳态下的磨损率则取决于摩擦行程。在试验研究的基础上,作者提出了橡胶磨粒磨损的物理模型及其数学描述,橡胶磨粒磨损的一般过程可用一条简单的磨损曲线来描述。所得到的磨损方程揭示了材料性质、工况条件与磨损特性之间的基本关系,这些理论结果与试验考察在定性上是一致的。     

三种典型磨粒磨损磨屑形成过程的研究

作者利用扫描电子显微镜、光学显微镜和计算机图象分析系统,对3种典型磨粒磨损磨屑的形成特点和典型试验条件下材料的磨粒磨损过程进行了研究。结果表明,在磨粒磨损条件下,典型的磨屑形态主要是切屑和块状屑,同时还有极少量的球状屑和花状屑。作者指出,切屑和块状屑分别是磨粒与被磨材料表面一次和多次相互作用的产物。在三体磨粒磨损条件下,切削是造成编号为2M和3M等硬质材料磨损的主要原因,也是4M和几种奥氏体锰钢在高载荷下磨损的重要形式;块状屑的形成是塑性较好的材料在各种磨损条件下磨损的主要形式。球状屑的形成是磨粒与被磨材料表面的接触点产生高温致使材料熔化的结果。球状屑一般是中空且表面有很多孔洞的球壳,其形成与气体有关。     

农机零件受土壤磨粒磨损表面磨痕的微观分析

本文叙述了结合东北黑龙江嫩江地区、海南岛地区八一农场及罗豆农场等地的土壤条件测定,用金相及扫描电镜对实际试验的犁铧、耙片和土壤磨粒的观测结果。结果表明犁铧、耙片等受土壤磨粒磨损的主要特征是擦伤类型的塑性变形(犁皱),犁皱的深度及特征与耕作地区的土壤特性有关。並将实际零件与橡胶轮及回转盘磨粒磨损试验机试样的磨损表面进行了对比,已经看到这两种试验机在一定条件下能不同程度地代表土壤磨粒磨损的特性。还观察了经表面耐磨堆焊的零件的磨损特征,发现这种强化处理可使犁铧寿命有明显的提高。     

橡胶磨损花纹裂纹角的分形计算法

在考察橡胶磨损花纹裂纹角与橡胶磨损表面分形维数关系的基础上,提出了用分形计算橡胶磨粒磨损的磨损花纹裂纹角的新方法,发现丁苯橡胶和丁腈橡胶磨损花纹的裂纹角在不稳定磨损阶段基本保持不变,而在稳定磨损阶段则随法向载荷的增大而减小．     

橡胶轮磨粒磨损试验机的“等摩擦面”试验方法的研究

作者针对橡胶轮磨粒磨损试验机存在的主要问题,为实现“等摩擦面”试验方法改进了试验机的结构,制定了一套较为合理的试验规范,以保证平均单位压力在试验过程中始终保持不变,从而获得了精度较高的试验数据。     

乏油环境下橡胶密封材料在粗糙表面上的摩擦磨损行为研究

在UMT-3多功能摩擦磨损试验机上,以丁腈橡胶/Si C砂纸配副为研究对象,系统研究了乏油(包括润滑油和润滑脂)环境下橡胶密封材料在不同粗糙表面上的摩擦学特性,重点考察了乏油工况下橡胶/粗糙表面摩擦配副的摩擦系数时变性、减摩程度和减摩持久性,揭示了乏油工况下橡胶在粗糙表面上的损伤机制.结果表明:乏润滑剂工况下,润滑剂的减摩程度和减摩持久性强烈依赖于对偶件表面粗糙程度;随着对偶件表面粗糙度的降低,润滑剂的减摩程度呈先缓慢提高后迅速增强的变化趋势,然而减摩持久性先降低后又逐渐升高.同时,乏油工况下的减摩持久性均优于乏脂环境;在磨损机制上,随着对偶件表面粗糙度的降低,乏润滑剂环境下橡胶材料的表面均由伴随明显犁沟特征的严重磨粒磨损逐渐转变为损伤轻微的磨粒磨损.而在无润滑条件下,橡胶由典型的磨粒磨损机制损伤特征转变为花纹磨损形貌,最后又向黏着磨损机制转变.     

流体润滑状态下磨粒尺寸对液压泵磨损的影响

本文研究了流体润滑状态下磨粒尺寸对液压泵磨损的影响。结果表明,在液压系统中,泵的磨损主要决定于磨粒与泵内关键运动副动态间隙之间的尺寸关系:尺寸小于动态间隙的磨粒影响很小;尺寸明显比动态间隙大的磨粒不会对泵产生磨损作用;尺寸与动态间隙很接近的磨粒能使泵发生严重磨损。作者还利用扫描电子显微镜对流体润滑状态下三体磨粒磨损中的磨屑形貌进行了观察与分析,并且提出了控制液压系统中磨粒损磨的可行施措。     

基于Mask R-CNN网络的磨损颗粒智能识别与应用

针对设备磨损故障诊断中磨粒识别技术难度高、工作主观经验影响大等问题,采用深度学习技术开展了磨粒智能识别的研究,提出了基于Mask R-CNN卷积神经网络的磨粒数字化表征方法. 该方法利用迁移学习训练基于Mask R-CNN网络的磨粒识别模型对图像中磨粒进行识别和实例分割,然后使用Suzuki85算法、迭代算法、等比例计算方法计算出磨粒的真实尺寸,解决了磨粒分析中难定量分析的问题. 结果表明:基于Mask R-CNN网络(采用R-101-FPN骨干网络)训练的磨粒识别模型可以对图像中多个异常磨损颗粒进行识别,综合准确率和召回率达到当前图像识别领域的主流水平. 辅以上述Suzuki85等算法,成功实现磨粒图像的定量评价分析,对促进设备故障诊断技术的自动化发展和工业应用具有一定的实际应用价值.      

橡胶减摩抗磨改性研究进展

橡胶因具有优异的理化性质及独特的力学性能而广泛应用于国防、航空航天、医用、交通、建筑及机械电子等领域,起到减震、缓冲和密封等作用.摩擦学性能是橡胶材料的重要指标之一,然而橡胶自身具有较高的摩擦系数,在一些应用领域,如活塞杆、阀轴(杆)密封、轮胎和水润滑轴承等,因黏连、摩擦生热、机械磨损及磨粒磨损等原因导致性能下降甚至失效.本文中首先综述了橡胶摩擦及磨损理论,随后从橡胶基体改性、橡胶表面处理以及表面织构化3个方面介绍了橡胶减摩抗磨改性方法的研究进展,并对其发展前景进行了展望.     

磨损数值仿真技术的研究进展

综述了近年来国内外磨损数值仿真技术研究进展和现状，重点评述了数值仿真方法在磨粒磨损、疲劳磨损、磨损表面形貌模拟和实际摩擦副磨损研究方面的应用．指出磨粒磨损仿真主要集中于二体磨损的磨损表面形貌分析和磨损预测;疲劳磨损仿真主要集中基于断裂力学方法的建模以及基于有限元方法的参数定量计算和疲劳裂纹行为数值模拟；实际摩擦副磨损仿真主要侧重于齿轮、凸轮和缸套-活塞环等典型摩擦副的磨损研究．就当前磨损数值仿真研究的主要问题和发展方向提出了建议。     

环形管内壁磨粒侵蚀物理过程的研究

对高分子材料的磨粒侵蚀进行了系统的试验研究，为了进一步阐明其物理本质并预测其磨损，通过分析颗粒在环形流场中的轨迹，发现环形和管壁的磨粒侵蚀可以分为两个阶段；即冲击侵蚀阶段和湿磨粒磨损阶段，并以后者为主，对于聚氨酯材料，其磨粒侵蚀第二阶段的磨损机理主要是由于滑动摩擦引起的表面疲劳磨损。     

水润滑条件下磨粒尺寸对橡胶密封副摩擦学行为的影响

磨粒磨损是各类机械橡塑密封装备的一种典型失效形式. 本文中开展了水润滑条件下磨粒尺寸对O型橡胶密封配副摩擦学行为的影响研究，分析了不同颗粒尺寸下的摩擦系数时变特性，探讨了不同运行阶段下的磨损形貌、颗粒运动特性和损伤失效机制. 结果表明:颗粒尺寸对橡胶/金属密封副的摩擦学性能有重要影响；研究发现了影响摩擦系数和损伤机制的两个颗粒尺寸临界值；当颗粒尺寸大于临界值约75 μm时，颗粒难以穿过密封界面，但少数颗粒能嵌入到摩擦副的接触区两侧，犁削作用下的金属表面产生较深的犁沟；当颗粒尺寸介于两临界值内时，接触副两侧形成“颗粒嵌入带”，颗粒以单独或颗粒群形式嵌入到橡胶内，尽管犁削了配副金属但也起到了良好的承载作用，表现出较低的摩擦系数并减缓了橡胶的磨损；当颗粒尺寸约小于另一临界值12.5 μm时，颗粒能较自由地通过摩擦界面，对配副金属表面起到了抛光效应，但也加速了橡胶的冲蚀磨损，橡胶磨损表面呈现“突脊-犁沟-突脊”交替特征，因此工程上应尽量避免此类现象的发生.      

冲击载荷下Al2O3磨料对齿轮磨损行为的作用机理研究

为了探究大型风电齿轮受冲击载荷在三体磨料磨损状态下的磨损特征与演变机理，需对初始磨粒混入的45钢斜齿轮磨损特征与运行状态进行分析研究.试验从齿轮磨损量、齿面磨损形貌分析、油液磨粒分析和振动分析4个方面进行磨损机理研究.利用磁粉制动器施加冲击载荷来模拟实际工况，使用颗粒计数器、单联式铁谱仪和扫描电子显微镜对油样磨粒和齿轮齿面损伤形貌进行观测.结果表明：初始硬质颗粒加速齿轮齿面磨损，导致齿轮提前进入剧烈磨损阶段，并引起齿面发生严重损伤，产生磨粒尺寸较大；对斜齿轮施加冲击载荷的加载方式加剧了磨粒磨损并扩大了应力集中，使得表面大磨粒脱落，齿宽降低，从而导致齿轮断裂失效.研究聚焦风电齿轮在风沙环境下易发生磨粒磨损的异常工况，研究结果将为改善风电齿轮在此类异常工况下的磨损状态，提供理论依据.     

快速镍刷镀层在含磨粒的油润滑条件下的摩擦磨损性能研究

作者在含磨粒的油润滑条件下对快速镍刷镀层的摩擦磨损性能与45~#钢(淬火+低温回火)的进行了对比试验研究。结果表明,镍刷镀层不仅磨损量和摩擦系数始终都比45~#钢的小,而且它的稳定磨损阶段也长而未出现45~#钢那样明显加剧的磨损。作者指出,这主要是由于镍刷渡层组织所含微孔既可吸附和储存润滑油而起辅助润滑作用,又能使磨粒镶嵌于其中而减少磨粒磨损的缘故,而且随着摩擦温升其塑性也得到改善,因而快速镍刷镀层的摩擦磨损性能都比质地致密且硬度更高的45~#钢的好。     

水介质中丁腈橡胶溶胀机理及其对磨粒磨损行为影响

研究首先对不同丙烯腈质量分数的丁腈橡胶（18%、26%和41%,即N18、N26和N41）进行浸泡试验分析基于溶胀时间的静态溶胀行为. 然后进一步对溶胀前后的丁腈橡胶样品进行圆型及角型磨粒单向滑动磨粒磨损试验. 为了揭示丁腈橡胶的溶胀机理及溶胀对不同粒型作用下磨粒磨损行为的影响,对试样进行质量、硬度、交联链比重（NMR）和表面形貌（SEM）测试. 结果表明:丁腈橡胶溶胀度随时间的增加而增加,并于240 h后趋于平衡,溶胀影响下老化的主要原因为交联链破坏和物质溶解.丁腈橡胶硬度随溶胀时间的增加而降低. 溶胀后摩擦系数和磨损量增加,同粒径下磨粒磨损程度角型大于圆型,角型磨损受溶胀影响程度更大,其最大溶胀后磨损增量为圆型磨粒的1.56倍. 圆型和角型磨粒分别以滚动和滑动的方式进入摩擦副,形成压入坑和嵌入坑两种不同的表面形貌,溶胀后橡胶组织疏松软化导致表面凹坑加深. 丁腈橡胶溶胀及其对磨粒磨损的影响程度随丙烯腈含量的增加而减小.      

影响材料腐蚀磨损的因素及其机理研究

作者采用一种可同时测定材料磨粒磨损速度和化学腐蚀速度的腐蚀磨损电化学试验装置,研究了影响几种工业材料腐蚀磨损的某些因素。结果表明,材料组织的电化学性质对其耐腐蚀磨损有重要影响:高铬铸铁Cr15Mo3在酸性砂浆中由于化学腐蚀与磨粒磨损的相互作用,耐磨性急剧下降;在腐蚀磨损过程中,不锈钢1Cr18Ni9Ti的钝态受到极大破坏,用阳极极化的方法不能提高其耐磨性。     

钢—铜摩损过程中磨粒积聚的分形研究

在销-盘摩擦磨损试验机上考察45^#钢-铜合金摩擦副的磨损性能,按一定时间间隔收集磨损过程中积聚的金属磨粒,然后用光学显微镜对不同粒径范围内的磨粒进行计数和分形研究。研究结果表明：不同粒径的金属磨粒所对应的积聚数呈现明显的分形特征,小磨粒积聚和大磨粒积聚表现出不同的分形特征,并具有双重分形现象;磨损过程中的磨粒积聚分形特征对应于某一粒径尺度的分形转折点,该分形转折点的坐标位置与磨损状态相关,因此确定分形转折点有助于甄别磨损状态。     

第21届材料磨损国际会议的总结评述

本文作者总结了第21届材料磨损国际会议概况,对研究最为活跃的滑动磨损、磨粒磨损、腐蚀、润滑、磨损建模与模拟、生物摩擦学以及高分子及高分子基复合材料磨损等研究领域的最新进展进行了评述.基于对本次会议报告的总结和概括,本文作者提出未来可能的研究重点:在生物摩擦学方面与人体疾病相关的组织、器官摩擦学性能值得重点关注;传统摩擦学研究在重现试验现象与总结试验规律的同时,更应深入地分析、归纳和总结其中包含的摩擦学机理;鉴于摩擦学模型对摩擦机理的深入揭示以及对摩擦学实际工程应用的指导,摩擦学建模值得大力发展.     

TBM滚刀刀圈与岩石的滑动磨损实验研究

硬岩隧道掘进机(TBM)的滚刀刀圈在破岩过程中面临剧烈的磨损,对TBM的掘进效率及施工成本影响巨大。为了深入研究全断面隧道掘进机滚刀刀圈的磨损机理,本文在M-200型磨损试验机上模拟了TBM滚刀刀圈与岩石的磨损行为。基于实验数据,验证了磨粒磨损引起的磨损量与摩擦距离的线性关系,分析了岩石硬度、摩擦系数和润滑对磨粒磨损速率的影响。实验结果表明,在大载荷下,磨损形式将由单纯的磨粒磨损转化为磨粒磨损与疲劳磨损共同存在的形式,并且计算了疲劳磨损量,进而对比了磨粒磨损量与疲劳磨损量的大小。结论:硬度、摩擦系数越大,滚刀刀圈磨损越严重;润滑对降低磨损有重要作用;在大载荷作用下,磨损状态将由磨粒磨损转化为磨粒磨损和疲劳磨损共存的状态。上述研究结果可以为TBM滚刀刀圈设计及施工提供一定的参考。     

基于表面分析技术和铁谱技术的某重载履带车辆主离合器摩擦副失效机理研究

利用扫描电子显微镜、能量色散谱仪及铁谱仪分析了某重载履带车辆主离合器分离机构中的活动盘弹子槽的磨损失效机理.结果表明:磨损表面存在明显的犁沟痕迹和点蚀坑,而粘着磨损迹象不明显;铁谱分析结果表明润滑脂中的磨粒主要包括典型的粘着磨粒、接触疲劳磨粒和腐蚀磨粒;磨损表面的主要失效机制为磨料磨损、粘着磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损的综合作用;采用联合表面分析技术和铁谱技术研究材料表面磨损失效机理具有一定的优越性.