磁控溅射银层在载流润滑下的电摩擦学性能研究

采用直流磁控溅射法制备了银涂层，用XRD分析了银涂层的组织结构；制备了加入聚苯胺(PANI)作为导电润滑添加剂的聚苯胺润滑脂，利用载流摩擦磨损试验机(HFT-4000)评价了银涂层的摩擦和导电性能. 利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析评价了磨损表面. 结果表明:与商品导电润滑脂相比，聚苯胺润滑脂比商用导电润滑脂具有更好的润滑性能和低电阻，同时磁控溅射镀银层比电镀银层具有更好的摩擦学性能和导电性能，其原因归结为电流诱导的热效应和聚苯胺润滑脂在摩擦副表面的摩擦化学效应共同作用的结果.      

等离子喷涂Al2O3-13wt.%TiO2涂层在干摩擦条件下的磨损机制转变图

研究了等离子喷涂AlO3-13wt.%TiO2涂层/WC硬质合金在干摩擦条件下,载荷为10～100 N和速度为0.1～0.5 m/s范围内涂层的磨损行为,并通过对涂层磨损表面的显微分析,建立了这种涂层的磨损机制转变图.结果表明:等离子喷涂AlO3-13wt.%TiO2涂层在低载荷低滑动速度条件下,即涂层的磨损率在0.1～1.0 mg/m条件下,磨损机制主要是塑性变形和显微犁削;在中速中载下,即涂层的磨损率在1.0～3.0 mg/m条件下,磨损机制主要是涂层的轻微断裂和颗粒剥落;在高速高载下,即涂层的磨损率在大于3.0 mg/m的条件下,磨损机制主要是涂层的断裂和剥层.     

不同法向载荷下TiN涂层磨损寿命与失效机理研究

采用阴极弧等离子沉积技术在高速钢(HSS)和硬质合金钢(WC-Co)基体上制备TiN涂层,利用往复摩擦磨损试验机、轮廓仪、扫描电子显微镜和能谱仪等分析了不同法向载荷下TiN涂层的摩擦磨损特性和失效过程,建立了涂层磨损寿命图. 研究结果表明:TiN涂层/HSS试样摩擦系数随循环次数增加呈上升趋势;TiN涂层/WC-Co试样在30 N法向载荷下的摩擦系数随循环次数呈上升趋势,在60~120 N法向载荷下摩擦系数波动较大. 涂层试样的磨损深度随法向载荷与循环次数的增加而增加. TiN涂层/HSS试样在30 N法向载荷的主要失效形式是磨粒磨损、轻微黏着磨损和氧化磨损,在60~120 N法向载荷的主要失效形式是涂层断裂、磨粒磨损和剥层磨损. TiN涂层/WC-Co试样在30~50 N法向载荷下的主要失效形式是磨粒磨损,在60~120 N法向载荷下的主要失效形式是严重剥层. TiN涂层的磨损寿命图可以分为两部分:涂层工作区和涂层失效区. 接触应力越大,涂层磨损寿命越短. 基体材料抵抗变形的能力越强,涂层磨损寿命越长. TiN涂层/HSS基体具有良好的抵抗法向载荷的能力和较长的磨损寿命.      

高速干摩擦条件下铝基复合材料的摩擦磨损行为研究

在MMS-1G型高速干滑动摩擦磨损试验机上,采用铝基复合材料和蠕墨铸铁作为销试样,研究了速度和接触压力对摩擦副摩擦磨损特性的影响.结果表明:摩擦副的摩擦磨损特性受控于所产生的摩擦热、材料的导热能力以及材料保持一定塑性变形抗力的温度条件三者之间的耦合作用;随着速度与接触压力的增加,摩擦副的摩擦系数显著降低;不同材料表现出不同的磨损行为;接触压力愈高,材料的摩擦磨损性能差异愈小;在本文试验条件下,当摩擦速度较低(＜100 m/s)时,蠕墨铸铁表现出良好的摩擦磨损特性,而速度较高(＞100 m/s)时, 铝基复合材料表现出较优良的摩擦磨损性能.     

不同气氛环境中钢/铜摩擦副的高速干滑动摩擦磨损特性研究

采用MMS-1G型高温高速摩擦磨损试验机研究了在氧气和二氧化碳2种气氛环境中CrNiMo钢/H96黄铜摩擦副的高速干滑动摩擦磨损特性,采用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪对CrNiMo钢销试样的磨损表面形貌及其元素的化学状态进行分析,结合摩擦表面宏观温度的测量,分析了不同气氛环境中pv值对摩擦副摩擦磨损特性的影响.结果表明,在不同气氛环境中,摩擦副表现出完全不同的摩擦磨损特性,在二氧化碳气氛环境中,摩擦副的摩擦系数与CrNiMo钢的磨损率均高于氧气气氛环境中,这是由于2种气氛环境中的摩擦表面温度及其磨损机制的差异所致.二氧化碳气氛环境中的摩擦表面温度高于氧气气氛环境中的摩擦表面温度,其主要磨损机制为磨粒磨损、金属流变和粘着磨损;而氧气气氛环境中主要表现为氧化磨损和粘着磨损.     

聚四氟蜡粘结复合涂层的摩擦磨损性能研究

在45#钢块表面采用喷涂方法制备了聚四氟蜡粘结复合涂层和聚四氟乙烯粘结复合涂层,采用傅立叶红外光谱仪分析聚四氟蜡粘结复合涂层在不同固化温度下的结构变化,在国产MHK-500型摩擦磨损试验机上考察固化温度、载荷及速度对2种复合涂层摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜和光学显微镜观察复合涂层磨损表面及其偶件环磨损表面的形貌.结果表明:固化温度对聚四氟乙烯粘结复合涂层耐磨寿命的影响不大,而对聚四氟蜡粘结复合涂层的耐磨寿命影响很大;在120 ℃固化时聚四氟蜡粘结复合涂层的耐磨寿命比在常温固化时提高1倍;速度与载荷对聚四氟蜡粘结复合涂层摩擦磨损性能的影响较大,在低载荷、高速试验条件下,复合涂层具有良好的减摩耐磨性能.     

电接触材料摩擦学研究进展

电接触材料在生活生产应用中发挥着重要的作用，但其面临着较为复杂的摩擦磨损问题，因此对电接触材料的研究至关重要. 文章从摩擦学角度出发，综述了当前几种常见的铜基、银基和金基电接触材料的特点以及存在的问题，分析了不同接触载荷、电流和滑动速度等条件下电接触材料的载流摩擦学行为、载流摩擦磨损机制、计算模拟研究以及当前还存在的问题. 提出未来应发展石墨烯等性能优异的新型电接触材料以及加强对多因素耦合作用下电接触体系的摩擦磨损行为和失效机制的研究，这将为未来电接触材料摩擦学的研究发展提供一定的参考价值.      

提琴用松香室温摩擦学特性的试验性初探

松香是提琴类乐器的琴弓/琴弦间产生黏滑现象并导致琴弦自激振动的物理学基础. 本文作者简要归纳了与松香在提琴类乐器使用中相关的摩擦学内容,初步讨论了评价松香摩擦学特性的试验方法,包括摩擦磨损试验用样品及其制备方法,以及摩擦磨损试验机的选择. 本文中以两种提琴类乐器用松香和一种工业用松香为研究对象,主要考察了热熔法与溶剂法制备的松香涂层和松香块体试样的表面形貌等特征,并探讨了这些特征对松香室温摩擦学特性结果的影响. 研究结果表明:以溶剂法制备松香涂层为研究对象时,摩擦磨损试验有较好的试验重复性;减摩、黏滑现象和粉化磨损现象是松香涂层摩擦学行为的主要特征,这些特征与制备工艺、涂层厚度以及对偶材料有关.      

温度对准晶材料摩擦性能的影响

研究了温度对准晶材料 /类金刚石 ( DL C)涂层在干摩擦条件下的摩擦特性 ,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪及表面分析仪等对准晶材料表面形貌和晶体结构进行了观察与分析 .结果表明 ,温度对准晶材料表面摩擦特性影响显著 ,35 0℃下其磨损机制为剥层磨损 ,明显不同于室温下的磨损机制     

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.     

氮化碳增强聚四氟乙烯摩擦学性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法研究氮化碳(C₃N₄)对聚四氟乙烯(PTFE)摩擦学性能的影响. 首先,建立了纯聚四氟乙烯和氮化碳/聚四氟乙烯复合材料两个无定型模型,优化后分别计算其机械性能. 模拟结果显示:加入氮化碳后,聚四氟乙烯的杨氏模量和剪切模量分别提高了218% 和141%. 然后为了计算摩擦学性能,建立了与铜对摩的摩擦模型,对金属铜层施加一定的载荷和速度进行滑动磨损. 模拟结果显示:纯聚四氟乙烯的摩擦系数为0.144,磨损率为27.6%;氮化碳/聚四氟乙烯基体的摩擦系数为0.118,未见明显的磨损. 最后通过提取摩擦界面温度、原子运动速度、原子相对浓度、径向分布函数和结合能等数据,从原子尺度揭示了氮化碳对聚四氟乙烯摩擦学性能的作用机制.      

两种螺旋角干气密封环端面摩擦特性试验研究

干气密封环端面的接触摩擦不容忽视,在槽型设计与优化时也应该考虑端面的摩擦特性.利用端面摩擦磨损试验机,分别对16°和18°两种螺旋角的螺旋槽干气密封环进行测试,通过对比分析磨损量、摩擦温度、摩擦系数以及表面粗糙度来讨论密封环的摩擦特性和两种螺旋角对端面摩擦性能的影响.结果表明:18°螺旋角试验的磨损量、摩擦温升和摩擦系数均稍大于16°螺旋角试验,说明18°螺旋角试件的磨损比16°螺旋角的更加剧烈;石墨环被螺旋槽覆盖的外圈粗糙度的变化有较大的差异,内圈粗糙度变化相似,说明槽型参数的改变对石墨环磨损的影响主要体现在外圈.试验结果为今后端面摩擦学性能的研究及槽型优化提供了依据.     

不同温度下Cu/FeS复合材料摩擦过程中组织演变的分子动力学模拟研究

通过计算机模拟的方法对不同温度下Cu//Cu/FeS摩擦副的摩擦性能进行计算研究,结果发现:当环境的温度在500 K时,摩擦副的摩擦系数出现第一个谷值,而此时金属铜发生再结晶,黏着磨损更为明显;700 K时,黏着层数减小而摩擦系数却有所增大,主要是由于复合材料内部的FeS结构发生转变造成.计算结果还证明:在高温情况下,增强相FeS存在先分解再重新结合的2个过程,并指出Cu/FeS复合材料在900 K时,仍然具有很好的减摩耐磨作用.还对不同温度摩擦时复合材料内部的组织演变过程进行系统分析,分析结果表明,随着温度的升高,FeS的结构发生演变,从六方NiAs型超结构相转变为简单NiAs型结构相,并且随着温度的升高,FeS结构的 c/a 也在不断减小,这些都影响着复合材料的摩擦性能.     

纳米尺度边界滑移的分子动力学模拟研究

利用分子动力学模拟方法研究了纳米尺度超薄膜润滑的边界滑移现象,分别模拟考察了固液作用势、固液密度差异和温度对滑移长度的影响.结果表明:在固液作用势较强的情况下,滑移长度随着温度的增加而增大;当固液作用势较弱时,滑移长度随着温度的增加反而下降;滑移界面上、下的层状有序化差异程度是导致滑移的主要原因;应用所建立的方法可以较好地解释不同物理参数条件下的壁面滑移问题.     

磨损问题的仿真求解研究

利用仿真技术,以船用柴油机缸套活塞环为例,模拟其磨损过程,评判实际摩擦副的耐磨特性,为评价船用柴油机缺套－活塞环使用状况和磨损寿命提供了一种快速而经济的方法。     

摩擦热对UHMWPE/钢摩擦副摩擦性能的影响

通过控制销盘试验中的散热条件测定了摩擦热对UHMWPE/钢摩擦副摩擦性能的影响;利用统计学相关系数理论对摩擦系数和表层温度的相关性进行定量比较,发现不良散热条件使其相关系数显著增大;根据Taylor Hobson轮廓仪测量试样表面形貌三维初始表面高度,尝试用元胞自动机方法进行了摩擦表面温度分布模拟计算,并结合磨损表面形貌分析探讨摩擦热对UHMWPE磨损机理的影响.结果表明:摩擦系统的热传导条件严重影响UHMWPE的摩擦性能;摩擦热效应使得局部接触表面温度超过熔点,摩擦热的积累效应使UHMWPE的磨损机理由粘着磨损变为熔融剪切磨损;在聚合物材料的摩擦试验及应用研究中必须考虑摩擦热的影响.     

载荷对304不锈钢微动磨损性能的影响

采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机,研究了在干摩擦和水介质润滑条件下,载荷对304不锈钢微动磨损行为的影响,用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱(EDS)对磨损表面形貌和成分进行分析.结果显示:载荷和介质对微动摩擦行为和磨损机理有显著影响.在干摩擦下,载荷明显改变了微动运行区域,当载荷增大到50 N时微动运行区域由滑移区变为部分滑移区.摩擦系数和磨痕深度随着载荷的增加依次减小.磨损机理由黏着、磨粒和氧化磨损转变为局部疲劳和轻微氧化.同干摩擦相比,由于水介质的润滑和冷却作用,表面黏着被抑制,摩擦系数显著减小,两接触面间易滑移,部分滑移区消失.随载荷的增大磨痕深度增大,因腐蚀与磨损的交互作用,在海水中的磨痕深度比去离子水中略大.磨损机理主要为磨粒磨损和轻微的腐蚀磨损.     

地铁钢铝复合式第三轨/受电靴载流摩擦磨损特性研究

通过对销-盘摩擦磨损试验机的夹具和控制部分进行改进,研制出载流摩擦磨损试验装置,并采用该装置研究了地铁钢铝复合式第三轨与受电靴摩擦副之间的载流摩擦磨损特性,采用激光三维共焦扫描显微镜和电子能谱仪等微观手段,结合电接触理论分析了摩擦副的载流摩擦磨损机制.结果表明:存在1个法向压应力阈值,当试验的法向压应力大于此阈值时,摩擦系数随着电流的增加而增大,此时电流增加了机械磨损;而当法向压应力小于此阈值时,摩擦系数随着电流的增加而减小,此时电弧烧蚀材料损失量较机械磨损大;钢铝复合式第三轨的主要磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损;钢铝复合式第三轨授流时,在一定的列车运行速度下法向压应力阈值是最佳的工作压应力,既能保证顺利授流,又使得摩擦副材料的磨损量较小,确保行车安全,降低维护频率,节约地铁运行成本.     

载荷及位移幅值对DLC薄膜微动磨损行为的影响

为了提高TC4钛合金表面的抗微动磨损性能,在本文中采用非平衡磁控溅技术(Unbalanced Magnetron Sputtering)在TC4钛合金表面沉积了类金刚石(DLC)薄膜. 采用球/平面接触形式研究了DLC薄膜的微动摩擦磨损行为. 在不同法向载荷和位移幅值下,结合微动运行工况图研究了DLC薄膜滑移状态和损伤机理. 利用原子力显微镜、纳米压痕仪、激光拉曼光谱仪、激光共聚焦显微镜、场发射扫描电子显微镜和SRV-V微动摩擦磨损试验机等设备对DLC薄膜进行性能的表征和微动摩擦磨损性能测试. 通过微动图,摩擦耗散能,磨痕形貌、化学成分分析揭示其损伤机理. 结果表明:载荷和位移幅值对DLC薄膜微动摩擦磨损行为和损伤机理有显著影响. 当位移幅值为25 μm 时,微动运行于混合滑移(mixed slip regime,MSR)情形下,当位移幅值为100 μm时,微动运行于完全滑移(gross slip regime,GSR)情形下. 小位移幅值时,DLC薄膜磨损机理是磨粒磨损为主;大位移幅值时,DLC薄膜磨损机理是黏着磨损为主. 干摩擦条件下,DLC薄膜有良好的抗微动磨损性能,关键就在于其优异力学性能和自润滑特性.      

电流对Mo2C改性C/C-Cu复合材料载流摩擦磨损性能的影响

通过对炭/炭坯体Mo_2C涂层改性并熔渗Cu制备了Mo_2C改性C/C-Cu复合材料,测试复合材料的载流摩擦磨损性能,研究电流强度对复合材料载流摩擦磨损性能的影响.结果表明电流由0增大至15A时,摩擦系数先减小后增大,5A时达最小值;复合材料体积磨损率逐渐增大;对偶磨损量在0~7.5A范围内较低,然后随电流增大而逐渐增大.电流较低时,磨损机制以磨粒磨损为主,随电流增大氧化磨损及黏着磨损程度提高,电流高至15A时,表现出了较明显的电弧侵蚀作用.