滑动速度对磷酸盐激光玻璃摩擦磨损性能的影响

通过直线往复摩擦磨损试验机,采用氧化铝陶瓷球作为对摩副,分别在低载和高载下研究了潮湿空气中滑动速度对磷酸盐激光玻璃摩擦磨损性能的影响.结果表明:磷酸盐激光玻璃表面的摩擦系数随速度的增加而降低,这种降低在低载下表现得更为明显.低速滑动下,玻璃上的磨屑主要聚集在磨痕的端部;高速滑动下,由于接触粗糙峰的局部温升引发黏着磨损,磨屑更容易粘附于磨痕的中心,且载荷越大界面局部温升越大,黏着磨损更为显著.随着速度的增加,磷酸盐玻璃的磨损深度和体积减小,这是由于速度的增加导致水分子在接触界面的驻留时间变短,且高速滑动带来的温升使界面吸附水膜更难形成,因此水参与的摩擦化学磨损被削弱.相对于高载而言,低载下滑动速度对材料去除的影响更为明显,这是由于低载磨损时相对较低的摩擦温升更有利于界面水膜的稳定形成,因而水参与的摩擦化学反应对材料去除的贡献更大.     

利用球形压头研究聚碳酸酯的微米划痕性能

采用100Cr6球形压头系统研究了法向载荷、划痕速度和划痕次数对聚碳酸酯划痕性能的影响. 结果表明:在单次和第15次划痕中,法向载荷增加时,摩擦系数和压入深度增加;划痕速度增加时,摩擦系数先增加后减小,压入深度减小;法向载荷增加或划痕速度减小时,残余深度增加,弹性恢复率减小. 对于多程单向滑动磨损,随着划痕次数增加,划痕宽度线性增加,划痕硬度线性减小;摩擦系数、压入深度和残余深度均呈增加趋势,但增长的速率逐渐降低,一定次数后达到稳定;压入深度和残余深度达到稳定时的划痕次数随法向载荷的增加而减小. 第15次划痕中,随着法向载荷增加,划痕宽度增加,残余划痕硬度和几何划痕硬度变化趋势相反;划痕宽度随划痕速度的增加而减小,划痕硬度随划痕速度的增加而增加,最后均趋于稳定.      

N31型磷酸盐激光玻璃的摩擦磨损性能研究

在Rtec-MFT3000多功能摩擦磨损试验机上采用硅酸盐玻璃球作为对摩副,研究了0.2~2 N的载荷条件下N31型磷酸盐激光玻璃的摩擦磨损性能,着重讨论了载荷对该玻璃摩擦磨损性能的影响.结果显示:稳定磨损阶段的摩擦系数随载荷的增加而减小,且载荷越大摩擦系数达到稳定所需的时间越短.随着载荷的增加,N31型磷酸盐激光玻璃的磨损体积先急剧增加后缓慢增加,同时磨损机理经历从磨粒磨损为主到磨粒磨损和裂纹滋生并存最后到脆性剥落为主的转变过程.而硅酸盐玻璃球的磨损体积在给定载荷范围内随载荷的增加保持线性增加,且在所有试验载荷下的磨损机理均以磨粒磨损为主.在目前试验条件下N31型磷酸盐玻璃表面磨损区域未发生可被EDS检测到的明显的摩擦化学反应,磨屑成分为对摩副两种材料的混合体.     

磷酸盐激光玻璃在干燥空气和纯水下的摩擦磨损性能研究

通过直线往复摩擦磨损试验机,采用氧化铝陶瓷球作为对摩副,对比研究了磷酸盐激光玻璃在干燥空气和纯水中的摩擦磨损性能.结果表明:纯水下的摩擦系数远小于干燥空气中,液态水在摩擦过程中起到了一定的润滑作用.同等载荷下,磷酸盐激光玻璃的磨损深度和磨损体积在纯水中远大于干燥空气下,水促进了玻璃的材料去除,该玻璃在水下以摩擦化学磨损为主.虽然玻璃在水中的磨损深度较深但是其次表面损伤较浅,这归因于水润滑下摩擦剪切应力的大幅度降低.而干燥环境下,由于纯机械作用,其磨损深度较小,材料损伤以裂纹滋生和脆性剥落为主,并同时引发严重的次表层损伤.     

凸结构的形成-低载下单晶硅表面的划痕损伤研究

利用纳米划痕仪及曲率半径为3μm的球形金刚石针尖,在单晶硅(100)表面进行了不同载荷下的划痕试验.结果表明:随载荷的增加,单晶硅表面的划痕损伤先后经历了从凸起形成、凸起与凹槽并存到材料去除的变化过程.当载荷为0.5～3.0mN时,单晶硅上的划痕损伤表现为凸结构的形成,且凸起的高度和体积随载荷的增加而增大;当载荷为3～50mN时,凸起和凹槽同时出现,但损伤区域体积未见减少,损伤仍以凸结构形成为主导;当载荷大于50mN时,凹槽深度和磨损体积明显增大,划痕损伤表现为典型的材料去除.进一步的分析显示,单晶硅的划痕损伤特征与其接触区的应力状态密切相关,低载下的摩擦剪切是凸结构产生的主要原因.     

干燥气氛下速度对钠钙玻璃磨损性能的影响

以硼硅酸盐玻璃球为对摩副，在摩擦磨损试验机上研究了干燥气氛下滑动速度和载荷对钠钙玻璃表面磨损性能的影响规律与作用机理. 研究发现，随着滑动速度从0.25 mm/s逐渐增大到8 mm/s，钠钙玻璃在高载下(2 N)的稳态摩擦系数略微降低，当载荷降低为1 N时，速度对钠钙玻璃摩擦系数的影响并不明显. 随着滑动速度的增加，钠钙玻璃表面的磨损深度和磨损体积逐渐增加，钠钙玻璃在低载下(1 N)的磨损体积增大了21.5倍，而在高载下(2 N)的磨损体积增大了12.5倍. 低速时，钠钙玻璃接触界面温升较小，磨损机理以磨粒磨损和黏着磨损为主，并伴有少量脆性剥落. 随着速度的增加，磨屑逐渐转移到对摩副pyrex球表面并参与到磨损过程，钠钙玻璃的磨损机理转变为黏着磨损和犁沟去除. 相对于高载而言，低载下滑动速度对钠钙玻璃材料去除的影响更为显著，这是由于随着速度的增加，低载下玻璃界面的温升增长率大于高载下.      

表面特性对纯滑弹流油膜形状和摩擦力的影响的试验研究

针对界面滑移效应可能产生较低的摩擦力,采用具有不同表面浸润性的玻璃盘,进行了纯滑弹流润滑试验.在采用SiO2镀膜玻璃盘的球-盘接触高聚物纯滑润滑试验中,从弹流到动压润滑的摩擦系数曲线呈现不同于传统Stribeck曲线的两个拐点.两个拐点分别与凹陷出现及弹性变形消失相关联.在较低载荷下,不同盘表面产生相近的干涉图像和摩擦系数曲线,高聚物的非牛顿效应产生的表观滑移可能是入口凹陷及非典型摩擦系数曲线的主因;在较高载荷下,盘滑试验中铬盘产生的摩擦系数和油膜厚度均较SiO2盘低,具有较低表面能的铬盘产生的界面滑移被认为是产生较低摩擦系数的主因.     

水分对核废料硼硅酸盐玻璃摩擦磨损性能的影响

使用环境可控的摩擦磨损试验机，以不锈钢球作为对摩副，探究了不同水分环境下(干燥、相对湿度RH20%、RH50%、RH70%和液态水) 核废料硼硅酸盐玻璃的磨损规律和机理. 研究发现:硼硅酸盐玻璃基底和不锈钢球的稳态摩擦系数、磨损量和次表面损伤随着环境湿度的增加逐渐减小，而在液态水环境中，玻璃界面的稳态摩擦系数、磨损量以及次表面损伤深度均远小于干燥和潮湿空气. 核废料硼硅酸盐玻璃在干燥环境下的磨损形式以黏着磨损和磨粒磨损为主；在潮湿和液态水环境下，玻璃的磨损行为由水分诱导的摩擦化学磨损主导. 玻璃表面吸附水分子诱导的摩擦化学作用和润滑作用，造成了玻璃在液态水环境中的磨损量和次表面损伤均远小于干燥和潮湿环境下.      

评估TiN薄膜与基材结合的划痕试验及有限元模拟

通过有限元模型模拟划痕试验得到的结果表明∶切应力的起伏变化?膜/基界面处切应力差值?接触区附近膜层表面张应力?高载下的几种应力集中等,对膜/基体系的失效都有重要的作用.通过模型计算临界载荷下的膜/基界面处切应力差值,可用来评价膜层与基材的结合强度;提出了划痕试验中膜/基体系失效的2种机制.不同性能基材的TiN膜/基体系划痕试验结果,可验证本文有限元模拟的有效性,并表明临界载荷是膜/基结合强度?体系承载能力?内聚结合性能等的综合反映;低载往复摩擦磨损试验的结果进一步证实,用划痕试验的临界载荷评估膜/基结合强度具有局限性.     

环境气氛对C/C复合材料载流摩擦学性能的影响

在HST-100销盘式高速载流摩擦磨损试验机上,以电流、速度、载荷为试验参数对C/C复合材料/QCr0.5摩擦副进行载流摩擦磨损试验,分别分析空气、氮气对C/C复合材料磨损率和摩擦系数的影响.试验结果表明:相较于空气气氛,氮气气氛下摩擦系数较高,磨损率较低.通过扫描电子显微镜和能谱仪对不同气氛下材料磨损表面形貌和成分进行观察,从微观上解释了两种气氛对C/C复合材料磨损率和摩擦系数的作用机理.     

载荷和电压对纯铜滚动载流摩擦学性能的影响

基于FTM-CF100型滚动载流摩擦试验机,研究了纯铜滚动载流摩擦副在不同载荷和外加电压下的性能变化规律,并利用扫描电子显微镜、白光干涉三维形貌仪等对摩擦表面进行微观分析,揭示了稳态运行时性能变化的机理.研究表明:增加载荷和增加电压均促进粗糙接触表面发生形变,真实接触面积的增加降低了接触电阻,摩擦区域粗糙度的改善提高了动态摩擦系数和动态电阻的稳定性.但电阻热促进材料黏着,因而同一载荷下载流摩擦系数高于单纯机械摩擦系数,且随外加电压的增加持续增加.     

载荷对氟硅共掺杂类金刚石膜摩擦学性能的影响

采用等离子体增强化学气相沉积系统成功制备氟硅共掺杂类金刚石薄膜,采用Raman,XPS对膜层结构与成分进行表征.采用划痕仪对膜层的结合力进行了测试.摩擦测试结果显示,在载荷范围为1~6 N时,膜层具有低摩擦系数(0.05~0.1);在载荷大于6 N时,摩擦系数在0.2~0.27之间.对偶磨斑的光学照片显示,在低载下(1~6 N),磨斑上存在明显的转移膜,转移膜导致膜层具有低摩擦系数;在高载下,磨合期磨斑上存在稳定的转移膜,对应于磨合期的低摩擦系数.然而在磨合期后,磨斑表面转移膜消失,结果导致高摩擦系数.     

等离子喷涂镍基合金涂层内聚强度的截面划痕表征

制备了3类不同成分的等离子喷涂Ni Cr BSi涂层,利用截面大载荷划痕测试方法表征了涂层内聚结合强度,评价了涂层在油润滑条件下的滑动磨损行为,讨论了涂层内部残余应力、显微硬度、内聚强度与涂层耐磨性之间的内在关联.结果表明:在本文所用涂层沉积与划痕测试条件下,Ni Cr BSi涂层内聚强度的高低次序为Ni25Ni35Ni45,涂层显微硬度的高低次序与喷涂原始粉末硬度次序同为Ni25Ni35Ni45;涂层耐磨性与显微硬度间无对应关系,而与内聚结合强度关系密切,三种涂层耐磨性高低次序为Ni25Ni35Ni45;Ni Cr BSi涂层在低载荷条件下的磨损失效形式主要为磨粒磨损,随着载荷增加,涂层内部微小孔隙、裂纹等缺陷在残余拉应力和摩擦剪切力作用下诱发裂纹扩展并引发材料剥落,使疲劳剥落主导了涂层的磨损失效.     

几种牙科用复合材料的摩擦磨损性能研究

测量了Compoglass、F2000、Elan及Dyract-AP等4种牙科用复合材料中的玻璃颗粒含量及其表面硬度;采用球-盘往复摩擦磨损试验机考察了其摩擦磨损性能.结果表明:F2000的摩擦系数最高,Elan的摩擦系数次之,Dyract-AP的摩擦系数最低;复合材料的摩擦系数随玻璃颗粒含量增加而增加;在相同试验条件下,Dyract-AP和Compoglass的耐磨性较好;其磨损机理主要表现为由玻璃颗粒脆性断裂引起的玻璃颗粒脱落和磨粒磨损.     

电弧能量对浸金属碳滑板材料载流摩擦磨损性能的影响

在销盘式高速载流摩擦磨损试验机上,通过正交试验考查了电弧能量对浸金属碳滑板材料载流摩擦磨损性能的影响;利用统计学相关系数理论和非线性回归分析,对电弧能量与摩擦系数、比磨损率进行定量比较分析,发现电弧能量与摩擦系数间存在一定的相关性,并与比磨损率间存在幂函数的关系;借助扫描电子显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪结合摩擦表面宏观温度的测量,分别对销试样电弧侵蚀后的表面膜微观结构、相组成及磨屑进行分析.结果表明:电弧能量严重影响摩擦副的载流摩擦磨损性能;电弧热效应使得局部接触表面温度超过熔点,浸渗金属熔融渗出摩擦表面,并使基体碳气化沉积于摩擦盘上,使得电弧侵蚀机理表现为材料转移和熔融喷溅.     

面接触多体摩擦过程界面特性试验研究

基于前期自制的精密摩擦测试系统,以界面间噪声、摩擦系数等界面特性为研究对象,对Si C金相砂纸和不锈钢试件组成的摩擦副由二体摩擦状态向三体摩擦状态演变的过程进行了实时监测,考察了磨粒粒径、载荷、转速等工况条件对界面特性的影响,并探究了试验后试件表面粗糙度情况。试验结果表明:二体摩擦状态向三体摩擦状态演变过程中,界面间噪声逐渐下降后保持稳定;粒径在15μm~30μm范围内,粒径越小,稳定噪声越大,载荷、转速对稳定噪声的影响不明显,摩擦系数先迅速减小又逐渐增大后趋于稳定;粒径在15μm~30μm范围内,增大磨粒粒径、转速、载荷均会使摩擦系数的稳定状态提前、稳定摩擦系数增大;试验后的试件表面粗糙度与界面间的摩擦系数具有很强的相关性,但基于不同工况条件,这种相关性并不一致;对于变磨粒粒径试验,摩擦系数越大,试件表面粗糙度值越大;对于变载荷试验和变转速试验,摩擦系数越大,试件表面粗糙度值越小。     

反应烧结Ti3SiC2材料的载流摩擦磨损性能

采用HST-100型摩擦磨损试验机,研究了载流条件下法向载荷和电流对Ti3SiC2材料摩擦磨损性能的影响,同时借助JSM-6700F型扫描电子显微镜研究了Ti3SiC2材料的磨损机理.结果表明:当电流为0 A时,Ti3SiC2材料磨损主要以机械磨损为主,随着载荷的增加,摩擦系数逐渐减小,在120 N时达到最小值0.32.在载流条件下,Ti3SiC2材料磨损主要以电弧烧蚀和机械磨损为主,随法向载荷的增加摩擦率逐渐减小,在120 N时磨损率接近于非载流条件下单纯的机械磨损量2.2×10-6mm3/(N.m).在高载荷和不同电流条件下,Ti3SiC2材料均表现出良好的载流摩擦磨损性能.     

界面接触特性对两种自组装分子膜摩擦特性的影响

利用多功能微摩擦磨损试验机，在不同滑动速度和载荷条件下，采用不同摩擦副分析了界面接触特性对自组装分子膜摩擦特性的影响，同时采用Lennard-Jone势对铜和镍与三氯十八硅烷(OTS)和3-氨基丙基-三甲氧基硅烷(APS)自组装分子膜之间的相互作用进行了比较。结果表明，镍同OTS和APS对摩的摩擦系数均大于铜同2种自组装分子膜对摩的摩擦系数，这是因为镍与自组装分子膜间具有较强的相互作用所致。铜和镍与OTS对摩的摩擦系数随滑动速度的增加而增大，随载荷增加而减小；铜与APS对摩的摩擦系数随滑动速度的增加而减小，载荷对摩擦系数的影响则很小；而镍与APS对摩的摩擦系数随滑动速度增加而增大，随载荷增加而减小．可以用分子弛豫来解释2种自组装分子膜的摩擦特性差异。     

线接触状态下激光加工微造型表面摩擦特性研究

为了研究表面形貌对线接触弹流状态下摩擦副摩擦特性的影响,采用激光微造型技术,通过控制微造型的形状、深度、间距和面积占有率等参数制造了两组表面高度算术平均值Sa分别相同的试件.使用Talysurf CCI Lite非接触式三维光学轮廓仪对表面进行测量,采用ISO25178参数及连通性系数Us对测量表面进行表征,最后在JPM-1型双盘摩擦磨损试验机上对试件进行富油摩擦试验,得到不同转速、不同载荷工况下的摩擦系数.结果表明:线接触状态下,微造型形状、方向及深度均会对表面的摩擦特性产生影响,顺向箭头微造型表面表现出了最优的摩擦特性;试件摩擦系数随着转速的增大呈线性增长趋势,随着载荷的增大而减小,减小的幅度随载荷的增大逐渐变得缓慢;表面形貌三维表征参数Ssk、Sku、Vvv、Vvc、Us与摩擦特性均有一定的关联性.     

电刷镀Ni-PTFE纳米复合镀层的摩擦特性研究

利用电刷镀技术在A3钢基底上制备了Ni-PTFE纳米复合镀层;采用S-2700型扫描电子显微镜观察纳米复合镀层经抛光腐蚀后的表面形貌;采用HX-1000型显微硬度计测量复合镀层的显微硬度;采用MXTX S/X 20-0186型划痕试验仪测量纳米复合镀层的表面粗糙度和定载荷及变载荷作用下镀层的摩擦系数.结果表明:PTFE可以使复合镀层的组织致密,降低复合镀层的硬度和表面粗糙度;在室温、较小载荷及干摩擦条件下,PTFE可以降低复合镀层的摩擦系数(最低降至0.046);复合镀层和普通镀层的摩擦系数均随载荷的增加而增大;在较低载荷作用下,复合镀层的摩擦系数小于普通镀层的摩擦系数.