摩擦磨损试验机设计的基础——Ⅲ.设计方法学在摩擦磨损试验机设计中的应用

将设计方法学的一般方法应用于摩擦磨损试验机的设计,这对确定设计方案是科学的和行之有效的。本讲通过一个设计实例说明了设计方法学在摩擦磨损试验机设计中的具体应用问题,并以举例的形式详细地介绍了在方案设计阶段的各个主要工作步骤的实施方法,即建立要求明细表-功能分析-建立设计模幅箱-方案选择-方案评价。其中,关键的是进行功能分析、建立设计模幅箱和方案评价。     

摩擦磨损试验机设计的基础 Ⅰ.摩擦磨损试验机的分类和特点分析

本讲提出了一种按摩擦系统的结构和摩擦副的相对运动形式对摩擦磨损试验机进行分类的新方法(这种分类法将摩擦磨损试验机分为五大类),阐述了摩擦磨损试验的目的和摩擦磨损试验机为实现此目的所应有的基本系统,分析了基本系统中各组成单元的每个要素在摩擦磨损试验机中的特殊性,最后还就摩擦磨损试验机的发展方向作了简要的探讨。     

多用小型磨损试验机

为了评定薄层硬质材料(如离子注入,离子束混合技术表面改性等得到的)的耐磨性研制了一台小型磨损试验机。本文介绍了该试验机的设计指标、基本结构、用途和磨损测量方法—等深划痕法等。该试验机还设有可测量摩擦系数的往复式摩擦试验装置和球柱试样磨损试验装置。並对试验结果进行了讨论。     

销-环式摩擦磨损试验机的研制与应用

本文扼要地叙述了作者自行研制的销—环式摩擦磨损试验机。该试验机结构简单,使用方便,试样容易加工。由于采用直流电机和机械加载,其速度和载荷是可调的。它装有非接触式的传感器,可以通过外接的电子数字式仪表直接读出转数、转速等参数,精度高,数据可靠。可以用来研究干摩擦及润滑状态下的摩擦,研究各种试验参数对材料的摩擦、磨损特性的影响,也可用以评定摩擦副材料及工艺性能。     

1种双配副摩擦试验机及其在多孔聚酰亚胺摩擦磨损测试方面的应用

在轴承中存在2类摩擦副,滚动体与内外沟道以及滚动体与保持架,尤其在采用聚合物保持架的轴承中,这2类摩擦副的性质完全不同,2类配副之间的相互影响不可忽略.目前,市面上的标准摩擦试验机均采用单配副,并不能很好地模拟轴承内部的摩擦.针对此问题,本文中研制了双配副摩擦试验机,并对该试验机进行了标定和校准.采用该试验机研究了多孔含油聚酰亚胺(iPPI)轴承保持架材料的发黑过程,对比了单配副和双配副下iPPI材料的摩擦磨损特性.结果表明,研制的双配副摩擦试验机能够较为真实地模拟保持架材料表面的磨损发黑现象,而单配副摩擦试验难以重现这种发黑现象.采用能谱分析(EDS)和拉曼(Raman)光谱分析单配副和双配副下iPPI的磨损表面,发现iPPI表面的发黑物质为α-Fe₂O₃和Fe₃O₄.研制的双配副摩擦试验机测试精度高、重复性好,是1种模拟轴承内部摩擦的有效工具.     

扫描电镜中装上摩擦试验机观察固体润滑膜的磨损过程

对固体润滑膜的评价,过去多用栓/盘式摩擦试验机,这种试验机的试验结果和实际机械试验结果的相关性不太好。为此,虽发展了几种摩擦试验机,但仍不能说已经确立了固体润滑的评价方法。     

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。     

MT-1型真空摩擦磨损试验机的研制

MT-1型真空摩擦磨损试验机可以提供从大气到6.7×10~(-3)Pa的压力环境,其可测载荷和速度的可调范围以及温度和振动特性等的变化范围都比较大,并且采用微机系统进行数据采集和处理,测量参数多,重复性和精确度都比较好,因而是航天工业、真空工业和摩擦学基础研究中一种有用的工具。     

超声马达转子摩擦材料磨损特性研究

利用MPX－200型销－盘摩擦磨损试验机和自制的超声马达摩擦特性模拟试验台,考察了摩擦材料在普通滑动试验和超声马达试验条件下的磨损性能,研究了接触预压紧力和负载力矩对转子摩擦材料磨损状态的影响,并借助于扫描电子显微镜和光学显微镜对摩擦材料磨损机理进行分析,指出可用绝对转差率Sf描述超声马达定子和转子相对滑动摩擦磨损程度。结果表明,摩擦材料在超声马达试验条件下的磨损状态与普通滑动试验条件下的不同,普通滑动试验时摩擦材料磨损表面形成了层状覆盖膜,而超声马达转子摩擦材料磨损表面无覆盖膜,其表面呈现犁沟磨损和疲劳剥层磨损特征,这种磨损特征随预压紧力和负载力矩变化而变化,与绝对转差率Sf有关,且存在2个临界转变区。     

WSi_2/MoSi_2复合材料的摩擦磨损特性

选用 MM- 2 0 0型摩擦磨损试验机测定了不同载荷条件下 WSi2 /Mo Si2 复合材料与 45 #钢配副的干摩擦磨损性能 ,采用扫描电子显微镜和 X射线衍射仪分析讨论了其磨损机理 .结果表明 :WSi2 /Mo Si2 复合材料在高于 80 N载荷条件下具有比较稳定的摩擦磨损性能 ;在 85～ 1 3 5 N范围内其摩擦磨损性能优于 Mo Si2 材料 .WSi2 /Mo Si2 复合材料的磨损机理表现为脆性断裂和粘着磨损     

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。     

碳纤维增强铅基合金复合材料的摩擦磨损性能研究

作者在给定的试验条件下对几种碳纤维增强的Pb基合金复合材料的摩擦磨损性能进行了研究,发现它们在干摩擦时的摩擦系数和磨损率都比Pb基巴氏合金的低,但在20~#机械油润滑下,复合材料的摩擦系数却明显地比Pb基巴氏合金的高,耐磨性也较差。此外,作者还通过扫描电镜对磨损表面的观察解释了试验结果。     

硫含量对GCr15轴承钢摩擦学性能影响的试验研究

冶炼了3炉不同硫含量的GCr15轴承钢,采用MM-200、MPX-200和Falex摩擦磨损试验机对其进行了不同条件下的摩擦磨损试验,研究了硫含量对GCr15轴承钢摩擦学性能的影响规律。结果表明,随着硫含量的增加,GCr15轴承钢的摩擦系数降低,耐磨性能和抗咬合性能提高。作者根据金相分析、电子探针线扫描和电解分离法的测试结果指出,硫在GCr15轴承钢中主要是以化合态的形式存在,并对其作用机理进行了初步探讨。     

聚酰亚胺粘结MoS2基固体润滑涂层在油介质中的摩擦学性能

为了探讨聚酰亚胺粘结MoS2基固体润滑涂层在油介质中的摩擦学性能及其作用机理,采用MHK-500型摩擦磨损试验机对聚酰亚胺粘结MoS2基固体润滑涂层在4种油介质(RP-3煤油、SG 15W-40机油、0＃柴油和液体石蜡)中的摩擦磨损性能进行了评价,并对其机理进行了初步的探讨.结果表明：与干摩擦相比,涂层在此4种油介质中的摩擦学性能均得到显著提高,其中涂层在柴油介质中的抗磨性能的提高最为突出;同种油介质中,涂层在高速(2.56 m/s)、低载(1 120 N)下的耐磨性明显优于低速(1.54 m/s)、高载(2 120 N)下的耐磨性;在低速(1.54 m/s)、高载(2 120 N)下的煤油介质中,涂层表面的物理状态在摩擦过程中的变化最终导致涂层摩擦系数的起伏和较大的磨损率.     

两步法制备固体润滑FeS薄膜的摩擦磨损性能研究

通过两步法,即射频溅射Fe膜与低温离子渗硫复合处理工艺,在非黑色金属(单晶硅)表面得到了固体润滑FeS薄膜.利用X射线衍射仪研究了单质Fe膜与FeS薄膜的相结构,利用原子力显微镜和扫描电子显微镜观察分析了FeS薄膜的表面与擦伤磨损表面的形貌,用涂层划痕仪测量了FeS薄膜与基体的结合强度,用纳米压痕仪测定了FeS薄膜的纳米硬度及弹性模量,利用DD-92型摩擦磨损试验机评价了FeS薄膜的摩擦磨损性能.结果表明,两步法制备的FeS薄膜为金属Fe与固体润滑剂FeS共同组成的复合固体润滑薄膜,与其基体结合紧密,具有适当的表面硬度;FeS薄膜具有优异的减摩耐磨抗擦伤性能,摩擦系数与磨损量明显比45#钢原始表面的低,抗擦伤载荷明显提高.     

Self-Similarity in Contamination Transport to a Formation Fluid Tester During Cleanup Production

Sampling hydrocarbon fluids from a reservoir during an early phase of formation testing (typically during interruptions in drilling) represent an important step in formation evaluation targeting the characterization of composition and pressure/volume/temperature (PVT) properties of petroleum reserves required for their efficient development. A sampling job is usually accomplished with a tool, the formation tester, which can be conveyed downhole on a wireline cable, drill-pipe, or tubing. This tool has a probe and a pump allowing for the production of reservoir fluid from a small spot of a borehole wall covered by filtercake or mudcake deposited during drilling. The filtercake is built by the invasion of mud filtrate into the formation under pressure overbalance created by the mud column inside the wellbore. For this reason, after drilling, each wellbore is surrounded by a cylindrical zone saturated with mud filtrate and, prior to obtaining a sample of virgin formation fluid, cleanup production must be initiated to overcome the consequences of invasion. A 3D model of flow and contamination transport during cleanup production is considered in this article. The model assumes a piston-like displacement and no filtrate leakage through mudcake. This model leads to a multiscale problem of flow and transport in porous media with geometrical and hydrodynamic singularities. A full sensitivity analysis of its solutions has been carried out versus the initial depth of filtrate invasion and the viscosity contrast between the formation fluid and invaded mud filtrate. The numerical modeling has revealed two phases of cleanup production. During the early phase, the contamination of produced fluid is predominantly affected by a circumferential contamination transport. During the later phase, the evolution of contamination is controlled mainly by mud-filtrate displacement vertically. In the absence of viscosity contrast, both phases of cleanup can be described by exponential laws for the contamination versus the produced volume with exponents matching the empirical correlation (−5/12) and the far-field pseudospherical flow pattern (−2/3) for the early and late phases of cleanup, respectively. In the presence of viscosity contrast, the far-field asymptote holds whereas the circumferential regime of cleanup is strongly affected by the viscosity ratio. The application of solutions found to the cleanup production monitoring is briefly described.     

复合材料加筋壁板的优化设计

本文用简化的方法,考虑了受压及压剪联合作用的复合材料加筋壁板的总体屈曲和局部屈曲、材料强度、刚度、轴向应变等因素以及其它工程要求的影响,用数学规划法提出壁板的优化设计问题,用乘子罚函数法求解。以石墨-环氧帽型加筋板为例,所得优化设计结果与NASA得出的最优曲线一致,证明了所用方法的可靠性,并可进一步推广应用于工程实践。     

电沉积纳米晶Ni-Co-Fe-P合金镀层的组织结构与摩擦磨损性能

用脉冲电沉积方法制备了纳米晶N i-Co-Fe-P合金镀层.采用X射线衍射（XRD）,透射电镜（TEM）,扫描电镜（SEM）,能谱分析（EDS）等方法研究了合金镀层的微观组织结构和成份.采用显微硬度计和摩擦磨损试验机测试合金镀层的显微硬度和摩擦磨损性能.结果表明：纳米晶N i-40.41%Co-6.16%Fe-1.63%P合金镀层的晶粒尺寸为8.3 nm,显微硬度和耐磨性明显高于不含P的N i-Co-Fe镀层;适当温度退火可以提高镀层的硬度及耐磨性;镀层的耐磨性与其硬度成正相关,且随着硬度的提高,镀层的磨损机理由磨粒磨损和黏着磨损共同作用转变为磨粒磨损主导.