低温环境下轮轨材料滚动磨损模拟试验研究

针对高寒地区温度环境特点,设计了低温环境轮轨磨损模拟试验装置,实现了低温环境下轮轨滚动磨损模拟试验,对比研究了室温(23~25℃)及–60℃试验温度下轮轨试样的滚动摩擦系数、磨损量、硬度及表面损伤等变化情况.结果表明:与室温环境条件相比,低温环境条件下轮轨材料的摩擦系数、磨损量均明显增大;低温环境下试验后轮/轨硬度比较室温环境下增大,车轮硬化情况严重;随温度的降低,轮轨试样的表面磨痕呈现出不同的损伤机制;所设计低温环境轮轨磨损模拟试验机可用来评价不同低温环境下车轮与钢轨材料摩擦磨损行为.     

核废料硼硅酸盐玻璃在酸性溶液环境下的摩擦磨损性能

通过环境可控的直线往复式摩擦磨损试验机，以不锈钢球为对摩副，探究核废料硼硅酸盐玻璃在不同pH酸性溶液环境中的磨损行为和磨损机理. 研究发现，随着外界溶液pH逐渐从1增大到7，摩擦过程中的摩擦系数缓慢增加，但硼硅酸盐玻璃和不锈钢球的磨损量呈现先增大后减小的变化规律. 硼硅酸盐玻璃在不同pH下的材料去除与其界面的电荷特性和接触情况密切相关. 当溶液pH <2.5时，硼硅酸盐玻璃基底和不锈钢球表面带正电荷，界面的排斥作用降低了界面的直接接触和剪切应力，从而降低了玻璃材料的磨损量；当pH为2.5时，硼硅酸盐玻璃表面几乎不带电荷，使得硼硅酸盐玻璃和不锈钢球在磨损过程中进行直接的接触，导致其磨损量最大；当pH>2.5时，硼硅酸盐玻璃表面与不锈钢球表面分别带负电荷和正电荷，界面间呈现吸引力作用，界面间的水化层对磨损界面起到润滑作用，从而降低硼硅酸盐玻璃和不锈钢球的磨损量.      

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.     

激光表面织构对不同材料干摩擦特性的影响

采用环-块线接触摩擦磨损试验,研究了经激光处理后不同织构面密度的45钢和12Cr凹坑形织构试件的干摩擦磨损特性.借助高精度天平分析了试件磨损量,采用三维形貌仪和扫描电镜对试件表面形貌进行了分析.研究结果表明:激光表面织构化使得45钢试件表面形成可以改善摩擦性能的高硬度质点;在相同试验条件下,与无织构试件相比,45钢织构环试件磨损量明显降低,而12Cr织构环试件磨损量却有所升高;织构试件的磨损量在一定范围内随着织构面密度的增加而降低;激光织构化对摩擦系数的稳定值影响不大.     

氧化铜作为铜的固体润滑剂时的膜厚效应

在较宽的负荷、速度和温度范围内在栓-盘试验机上对铜表面进行了滑动试验,测定了摩擦、磨损和表面粗糙度。试验表明存在着高摩擦磨损,低摩擦磨损及其过渡状态。根据在滑动表面上氧化铜层的连续形成和去除导出了一个定量模式,由此可以预料,只有在金属平面上氧化层的形成速率大于磨损去除速率的情况下才能得到低的摩擦磨损,否则将产生某些金属与金属的接触,摩擦磨损会相应增大。该模式的预测与试验数据相当一致。也与以前在升高温度下铜滑动表面的摩擦转移数据相符合。     

含Cr铜基粉末冶金摩擦材料的磨损图研究

利用粉末冶金技术制备出铜基粉末冶金摩擦材料,研究在干摩擦条件下,制动能量和摩擦组元Cr含量变化对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能及磨损图的影响.根据线磨损量的变化,构建出以制动能量和摩擦组元Cr含量为变量的线磨损量图,主要包含三个区域:低磨损区、中磨损区和高磨损区,并建立出各区域边界转变方程;结合磨损表面、亚表面以及磨屑形貌的观察与分析,确定线磨损量图中各区域的主导磨损机理,由此建立出对应线磨损量图的磨损机理图,即犁削和轻微氧化磨损(低磨损区);严重氧化磨损和犁削(中磨损区);剥层磨损(高磨损区).希望该磨损图为含Cr铜基粉末冶金摩擦材料的实际应用提供一定的理论参考.     

PTFE基复合材料在干摩擦和液氮介质中的摩擦磨损性能研究

对比考察了聚苯酯(Ekonol)和PAB纤维增强PTFE复合材料在干摩擦和液氮介质中的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜观察分析在干摩擦和液氮条件下Ekonol/PAB纤维增强PTFE复合材料的磨损表面形貌及其磨损机理,同时还考察了温度对复合材料冲击韧性的影响.结果表明:在液氮条件下,PTFE的抗犁削能力增强,Ekonol/PAB/PTFE复合材料的磨损量明显比干摩擦下低,复合材料的摩擦系数比干摩擦下大,载荷对复合材料的磨损量影响较小,复合材料的摩擦系数和磨损量随着滑动速度增加基本保持不变,材料的磨损机理主要为轻微犁削和脆性断裂;而在干摩擦条件下,载荷对复合材料的磨损量影响显著,随着滑动速度增加,复合材料的摩擦系数先增后减,磨损量逐渐增大,材料的磨损机理主要以犁削、粘着磨损及疲劳磨损为主.在2种试验条件下复合材料的摩擦系数均随载荷增加而减小;低温时材料的冲击韧性约为常温时的1/2.     

滑动速度对IS304涂层自润滑磨损机理的影响

采用感应烧结技术制备出润滑相细小且分布均匀的自润滑涂层.其中润滑相Ag粒子尺寸为5μm左右,氟化物粒子尺寸为1μm左右,强化相Cr2O3粒子尺寸小于1μm.研究表明低速磨损时磨损面比较粗糙,磨损机理主要为磨粒磨损与疲劳磨损;而高速磨损时磨损面比较光滑,虽然磨粒磨损与疲劳磨损依然为涂层的磨损机理,但磨损面上存在明显的Ag润滑膜.Ag润滑膜的出现使得涂层的摩擦系数降低.Ag润滑膜的出现与接触面摩擦产生的摩擦热有关.滑动速度越高,接触面产生的摩擦热会使局部区域的瞬态温度升高,从而使得热膨胀系数较大的Ag粒子从基体Ni Cr中溢出到表面,并在压力和摩擦力的作用下发生塑性变形从而形成Ag润滑膜.采用溢出体积计算法计算得滑动速度为1 m/s时,瞬态温升为296℃,该温升明显高于采用Ansys有限元模型计算得到的温升.     

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.     

铸态铝基复合材料与半金属衬片摩擦副的干滑动摩擦磨损特性研究

采用铸态A356/SiC复合材料与高速列车制动盘偶件半金属衬片材料摩擦副进行干摩擦磨损试验,并用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和能谱仪等手段分析了复合材料的磨损机制.结果表明:复合材料表现出良好的磨损特性,在滑动速度3.0m/s以下,载荷达到600N(12MPa)时的磨损量仍很小;复合材料的磨损率随pv(压力与速度的积)值的增加而增大,摩擦系数则随pv值增加而小幅度减少;磨损过程中磨损表面很快形成以氧化物和以石墨为主的润滑膜,起到了减摩和耐磨作用.在pv值较低时复合材料的磨损机制为轻微的氧化磨损机制,随着pv值增加出现剥层磨损,在复合材料与半金属衬片间的接触表面,由于塑性流动挤出片状磨屑而使磨损量降低.     

Ultimate kinematic characteristics of rail electromagnetic launchers with metal armatures in an external magnetic field

This paper presents the results of numerical simulation of the Joule heating of the armature and rails in rail launchers of metal bodies with one or two augmenting rails generating an external magnetic field. The ultimate projectile velocity is calculated under the assumption that the Joule heating of the armature and rails during acceleration does not exceed the melting temperature of the materials of which they are made. It is shown that, with an appropriate choice of the position of the coils generating the augmenting magnetic field with respect to the launcher channel and the current magnitude in them, the heat load on the rails and armature in electromagnetic launchers of solids can be substantially reduced and the ultimate kinematic characteristics of these launchers in crisis-free regimes can be considerably increased.     

高速列车制动闸片摩擦块形状对制动界面摩擦学行为的影响

在自行研制的高速列车制动缩比试验台上,对六边形、五边形和圆形摩擦块进行拖曳制动试验,研究摩擦块形状对高速列车制动界面摩擦学行为的影响,并采用有限元方法分析了不同摩擦块形状下制动界面接触行为的差异,探讨了摩擦块形状对接触压力分布及表面热分布的影响. 结果表明:摩擦块形状显著影响了制动界面磨损特性及接触压力分布,使得制动盘产生不同的温度分布现象. 在本试验条件下,六边形摩擦块表面磨损轻微,接触平台大小较为均匀,而五边形和圆形摩擦块表面呈现明显的犁沟和剥落特征,且大接触平台占比较高;六边形摩擦块与制动盘拖曳制动过程,界面具有较大的接触面积,使得接触压力分布较为均匀,表现出较好的接触行为,而五边形和圆形摩擦块的接触行为相对较为复杂,与之对摩的制动盘产生明显的热聚集现象.      

环境湿度对碳/铜滑动接触副载流摩擦学行为的影响

弓网系统依靠受电弓滑板与接触网导线间的滑动电接触为电力列车输送电能,作为1个开放的摩擦学系统,外界环境对其服役行为具有显著影响. 本文中利用往复式载流摩擦磨损试验机,通过加装湿度控制模块,在滑动电接触条件下,以碳棒和铜棒为摩擦配副,研究了环境湿度对碳/铜载流滑动接触副摩擦学行为的影响. 结果表明:载流条件下的摩擦系数高于无电流工况;无电流工况下,平均摩擦系数均随环境湿度的增加而单调降低;但由于累积电弧放电能量、平均接触电阻与相对湿度的正相关性,导致载流条件下在35% RH后的摩擦系数几乎不受环境湿度的影响. 进一步发现,无电流工况下,碳棒上的黏着磨损和氧化磨损随相对湿度的增加逐步减缓,载流工况下,存在1个黏着磨损程度最低的最佳湿度值,出现在55% RH附近. 高湿环境下,加速了碳/铜载流滑动过程中碳棒磨损表面分子结构的变化.      

接触应力对FCB车轮钢组织演变与性能的影响

利用双盘滚动摩擦磨损试验机进行了贝氏体车轮钢的滚动磨损试验,采用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)分析不同接触应力条件下贝氏体车轮钢次表层微观组织演变. 结果表明:在滚动磨损条件下,磨损机制由黏着磨损转变为疲劳磨损,增大接触应力对黏着磨损阶段的磨损量影响不大,但会显著增加疲劳磨损阶段的磨损量;贝氏体车轮钢在塑性变形的过程中,贝氏体铁素板条中位错逐渐增值、先累积形成小角度晶界,而后形成大角度晶界,使贝氏体铁素体发生细化;接触应力的大小影响表层组织的演变,当接触应力增至1 150 MPa时,晶粒细化为超细等轴晶,继续增加接触应力,组织变化并不明显. 接触应力大小会影响贝氏体车轮钢的表面硬度. 接触应力增加使贝氏体车轮钢的表面硬度增高,硬化层深度增大.      

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。     

Ni3Al基涂层与不同材料配副时宽温域的摩擦学行为

采用等离子喷涂法制备Ni₃Al基涂层，分别以316L和Al₂O₃为摩擦偶件，考察25~800 ℃内摩擦偶件材料对涂层摩擦学行为的影响. 结果表明:在软金属Ag析出、BaF₂/CaF₂脆-塑性转变和摩擦氧化协同作用下，随温度升高Ni₃Al/316L和Ni₃Al/Al₂O₃摩擦副的摩擦系数和磨损率具有一致的变化规律，且Ni₃Al/Al₂O₃摩擦副性能更佳. 25 ℃时，涂层与316L对摩时发生黏着磨损和磨粒磨损，而与高硬度的Al₂O₃对摩时发生脆性剥层和磨粒磨损，使涂层表面更粗糙导致较高的摩擦系数；Al₂O₃热导率较低，高接触应力作用下产生的大量摩擦热不能及时耗散，剥落材料贮存于剥落坑或黏附于磨损表面，使Ni₃Al/Al₂O₃摩擦副具有较低的磨损率. 200~600 ℃时，高硬度的Al₂O₃对涂层的犁削作用较强导致Ni₃Al/Al₂O₃摩擦副具有高的摩擦系数；而涂层在Al₂O₃碾压下发生塑性变形，使其具有较低的磨损率. 800 ℃时，高硬度的Al₂O₃促使磨损表面形成高氧化物含量的润滑膜，使Ni₃Al/Al₂O₃摩擦副具有低的摩擦系数和高的磨损率.      

载荷和纳米MoS2添加剂含量对圆形锤头-棒料的摩擦磨损特性及其机理分析

针对精密下料中圆形锤头与棒料之间弧状接触面剧烈的摩擦磨损问题，借助WTM-2E型可控气氛摩擦磨损试验仪，利用GCr15钢块-45钢柱摩擦副在纳米MoS₂添加剂质量分数为0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%和0.7%等七种润滑工况下，重点对不同载荷下摩擦磨损试验进行分析；采用扫描电子显微镜观察了GCr15钢块磨损表面形貌，采用能量色散谱仪(EDS)分析了GCr15钢块磨损表面成分，并探讨了其润滑抗磨及自修复机理. 结果表明:随着载荷增加，摩擦接触应力变大，摩擦系数和磨损量呈上升趋势，磨损表面形态由轻微磨粒磨损转变为黏着磨损. 同时加入的MoS₂添加剂的质量分数并非越高越好，摩擦系数和磨损量随MoS₂添加剂质量分数的升高呈现先减小后增大趋势，且MoS₂添加剂质量分数在0.1%~0.3%范围内时减摩抗磨效果较好. 通过对比不同润滑条件下摩擦副因摩擦磨损而产生的噪声、振动速度和温升，进一步定量确定出纳米MoS₂添加剂质量分数为0.1%时，可以最大程度地降低摩擦副的损耗.      

低温环境下矿井提升钢丝绳摩擦磨损特性研究

为探究低温环境下矿井缠绕提升钢丝绳之间的滑动摩擦磨损特性,使用自制的低温环境钢丝绳摩擦磨损试验装置,以6×19+FC钢丝绳为研究对象,探究低温环境下干摩擦和水油润滑状态下钢丝绳的摩擦磨损特性. 研究结果表明:干摩擦时,摩擦系数随环境温度的降低小幅增大,在?25 ℃时达到最大值,约0.85. 油水润滑状态时,摩擦系数、磨损面积和磨损深度均明显小于干摩擦状态,平均磨损面积减小了约3倍,平均磨损深度减小了约7倍,平均摩擦系数随环境温度的降低先增大后减小,在?15 ℃时达到最大值,约0.35. 此外,随着温度的降低,干摩擦状态时钢丝绳的磨损机理由氧化磨损和磨粒磨损转变为疲劳磨损和黏着磨损;油水润滑状态时,钢丝绳的氧化磨损减弱,黏着磨损先加重后减弱.      

船用凸轮-挺柱副摩擦润滑性能研究

随着船舶柴油机功率密度和转速等性能参数的不断提升,配气凸轮-挺柱副面临着更加严苛的工作环境,尤其是界面微观接触区的摩擦学特性,在瞬态载荷冲击、速度冲击、曲率变化及局部粗糙峰接触条件下,界面摩擦及闪温迅速突变,带来磨损和胶合等表面失效问题. 本研究中基于先进三维线接触混合润滑模型,考虑凸轮-挺柱副瞬态突变工况及几何变化、瞬态表面粗糙度影响以及润滑油非牛顿流体作用,采用稳定性好、收敛速度快的准系统数值分析方法开展凸轮-挺柱副摩擦闪温分析,揭示粗糙度参数、工况改变及几何结构对其润滑状态和摩擦闪温特性的影响规律,为船舶柴油机配气凸轮-挺柱副摩擦学优化设计及磨损胶合失效预测提供理论指导.