凹坑形非光滑表面微观摩擦磨损试验回归分析

采用试验优化设计理论,利用L16(215)二水平正交表设计试验,对具有凹坑形非光滑表面形态的试件进行微观摩擦磨损试验研究,运用多元线性回归正交设计处理试验数据,得到具有凹坑形非光滑表面形态试件的体积磨损率和摩擦系数与各试验因素关系(如非光滑单元体大小、距离、速度和载荷)的回归方程.结果表明:试验因素对体积磨损率的影响程度由大到小依次为载荷、速度、单元体大小和距离;体积磨损率随着距离、速度及载荷的增加而增大,随着非光滑单元体尺寸的增加而减小,但距离和速度的交互影响很小;试验因素对摩擦系数的影响程度由大到小依次为载荷、速度、距离和单元体大小;摩擦系数随着距离、速度及载荷的增加而减小,随着非光滑单元体尺寸的增加而增大,但距离、速度及载荷的交互作用也很小.     

含聚合颗粒的牙科用复合树脂的摩擦学特性

采用含有Metafil、Siluxplus、Heliomolar以及Palfiqueestelite4种已聚合颗粒的牙科用复合光敏树脂材料,对其颗粒含量、复合树脂的断裂韧性以及表面硬度进行了测量,并在球-面往复摩擦磨损试验机上考察了4种复合光敏树脂材料在37℃蒸馏水润滑下的摩擦磨损特性.结果表明:Metafil具有最低的颗粒体积分数和最高的摩擦系数,Palfiqueestelite、Heliomolar和Siluxplus的摩擦系数均较低;Palfiqueestelite和Siluxplus的颗粒体积分数较高,且具有较高的断裂韧性、硬度以及较好的耐磨性;含有30～60μm的球状已聚合颗粒的复合树脂的断裂韧性最高,且颗粒含量愈高,其断裂韧性愈大、耐磨性愈好.复合树脂的磨损机理主要表现为已聚合颗粒的脆性破裂引起的磨粒磨损.     

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.     

激光处理凹坑形仿生非光滑表面试件的高温摩擦磨损特性研究

采用销-盘式摩擦磨损试验机,研究了经激光处理后不同直径和间距的W9Cr4V高速钢凹坑形非光滑试件在不同温度下的摩擦磨损特性.结果表明:在室温至500 ℃的试验条件下,非光滑试件的耐磨性随着温度的升高而降低,且在200 ℃以内非光滑试件的磨损量随着温度增加缓慢增大,当超过200 ℃以后,磨损量增加较快;不同尺寸及分布规律的非光滑凹坑对零件耐磨性的影响不同,在本次试验条件下,非光滑凹坑直径及其间距愈大,非光滑试件的耐磨性能愈好;温度愈高,非光滑试件摩擦系数愈小.     

Fe及SiO2对铜基刹车材料摩擦磨损性能的影响机制

通过加压烧结法制备出铜基粉末冶金航空刹车材料,采用模拟刹车制动试验方法考察了不同转速条件下Fe含量和添加SiO2对材料摩擦磨损性能的影响,利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察材料的显微组织结构及其磨损表面形貌,分析了Fe和SiO2对材料磨损性能的影响机制.结果表明:由于高硬度及耐磨的Fe弥散分布于铜基体中,使得刹车材料的摩擦系数和耐磨性能有所提高;SiO2虽然能够更有效地增加材料的摩擦系数和提高高速条件下的耐磨性,但对低速下材料磨损性能的提高不利.这是由于在低速下,SiO2易凸出摩擦表面而增加材料的磨损,而在高速下由于硬质SiO2颗粒对摩擦膜起到很好的钉扎作用而使其摩擦系数增加,磨损率降低.     

CrN和CrAlN涂层海水环境摩擦学性能研究

采用多弧离子镀在316L不锈钢上沉积CrN和CrAlN涂层.采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描型电子显微镜(SEM)表征涂层的成分和结构,并用纳米压痕和划痕仪测试其硬度和结合力.采用UMT-3往复式摩擦磨损试验机对涂层在海水环境中的摩擦磨损性能进行测试.结果表明:CrN和CrAlN涂层在海水中摩擦系数相差不大,而316L摩擦系数明显大于涂层,且摩擦系数震荡剧烈,表明316L在海水中润滑性较差.涂层在海水中磨损率远小于316L,且CrAlN涂层比CrN涂层在海水环境中具有更优的耐磨性.CrN涂层的磨痕表面出现大量剥落坑,这是由于CrN涂层表面的大颗粒剥落形成的.而CrAlN涂层致密的结构、较为优越的耐蚀性以及摩擦时产生的具有自润滑效果的Al2O3保护层,使其在硬度值较低的情况下仍具有优异的耐磨性.因此海水环境中摩擦性能需综合考虑材料的机械性能、结构、耐蚀性以及耐磨性.     

氮及钛等离子体基离子注入铝合金表面改性层的摩擦磨损性能研究

研究了铝合金LY12等离子体基氮及钛离子注入层的摩擦磨损性能。用X射线光电子能谱和小掠射角X射线衍射对改性层中各元素分布及相组成进行了分析。用扫描电子显微镜对注入层形貌进行了观察和分析。结果表明：注入层由TiN、α-Ti、AlN、Al2O3和TiO2等相组成;注入后试样硬度提高了1倍以上;在低载荷下,摩擦系数处于0．10－0．14之间,注入层寿命提高了12倍以上,耐磨性提高了100倍以上;随着滑动载中增加,摩擦系数有所增大,而磨性有所降低;在注入层被磨穿以前以剥层磨损为主并伴有轻微的划伤,在注入层被磨穿以后以粘着磨损为主并伴有犁沟和粘着转移。注入改性层具有适当的梯度结构是提高铝事金表面硬度和耐磨性的主要原因。     

齿面微观形态对齿轮耐磨性能影响的试验研究

利用试验优化技术设计试验方案,采用激光图形雕刻加工的手段实现齿轮表面仿生非光滑形态,研究非光滑与光滑两种形态齿轮的耐磨损性能.试验结果表明,具有非光滑形态的齿轮,试验后其齿形误差大部分降低;而未处理过的光滑形态齿轮,其误差值明显增大,甚至出现了负值,说明光滑形态的齿轮在磨损试验过程中磨损量较大,非光滑形态齿轮较光滑齿轮的耐磨性提高了近20%.     

磨粒磨损中基体表面形成复合材料层的作用机理及其影响因素的考察

在工程应用中，存在着较低硬度表面比较高硬度表面耐磨性更好的现象，为了弄清其原因，用固定磨粒和活动磨粒分别研究了磨损过程中较低硬度基体表面的强化效应，在给定的试验条件下，固定磨粒和活动磨粒都能够在试件表面形成磨粒－铁复合材料层，从而使表层材料的硬度提高、耐磨性改善，使用寿命延长，其中固定磨粒的粒度越大，越有惠于复合材料层的形成；活动磨粒造成的增重效果更加明显，而且复合材料层也比较厚。复合材料层的开成     

非晶含氢碳薄膜摩擦与抗擦伤性能的实验研究

用射频等离子体增强化学气相沉积法在钛合金表面制备了非晶含氢碳（a-C:H)薄膜,利用原小孩子显微镜、纳米力学探针、划痕仪以及滑动摩擦和微动摩擦试验仪器等研究了其表面形貌、粗糙度、硬度和摩擦性能,分析了薄膜的表面粗糙度、硬度及载荷对摩擦系数的影响。结果表明：随着薄膜厚度的增加,硬度略有提高,划痕临界载荷明显提高,而表面粗糙度先增加后降低,最后趋于稳定;室温空气中的滑动摩擦系数随硬度的增大以及表面粗糙度和载荷的减小而降低;在微动摩擦试验中,随相对湿度增加,摩擦系数降低,这有利于其在体液环境中的应用;薄膜具有良好的耐磨性能,经5000次摩擦后磨损很小。     

激光织构仿生非光滑表面抗磨性能研究

采用激光织构技术在材料表面形成4种仿生非光滑表面形态，分析了织构表面金相组织结构，考察了其抗磨性能．结果表明，材料表面经激光织构处理后形成了微细的硬质金相组织，这有利于提高表面的抗磨性能；而将这种激光表面织构技术用于仿生非光滑表面形态，可以进一步提高表面的抗磨性能；其中经激光织构处理的鳞片形非光滑表面的抗磨性能最佳。     

Endurance study of bionic wheels for Mars rovers

Four kinds of bionic non-smooth surfaces were designed to improve the durability of wheels designed for Mars rovers. A durability test bed was developed, and the wheels were tested over different terrain conditions. Their performance was evaluated based on abrasion mass, energy consumption, and wear morphology. Convex domes exhibited optimal abrasive mass and energy consumption 46% and 16%, respectively, lower than with original wheels under coarse quartz sand conditions. When bedrock was added to the abrasive material, the abrasive mass and energy consumption of the convex dome and scale-like unit forms were reduced by 60% and 67.5%, respectively. These two non-smooth surfaces exhibited increased wear resistance and drag reduction. These results indicate that the durability of wheels can be improved using bionic optimization methods.     

钛合金表面自润滑复合耐磨结构的制备及其摩擦性能研究

本文中采用激光微加工法在TC4钛合金表面制备了不同形貌与分布密度的微观织构,将表面织构、热氧化膜与PTFE润滑薄膜相复合制备了自润滑复合耐磨结构,同时考察了滑动条件下织构形貌及织构密度对这一复合结构摩擦磨损性能的影响. 结果表明:与未织构面的润滑薄膜相比,织构面薄膜的结合力明显增大,表面织构与润滑薄膜的结合显著增强了材料的减摩抗磨性能. 在最优的织构密度下,含有薄膜的织构化钛合金表面的磨损率可降低至1.5×10?6 mm3/(N·m),较未织构面润滑薄膜的磨损率降低了99.3%. 而将经热氧化的织构表面与润滑薄膜的结合则进一步提升了材料的耐磨性,热氧化织构面润滑薄膜的磨损率最低可达8.0×10?7 mm3/(N·m),与未热氧化的织构面润滑薄膜相比,磨损率降低了46.1%. 在相同的织构间距条件下,线型热氧化织构面显示出低而稳定的摩擦系数与极低的磨损量,这主要得益于高密度微织构对润滑介质的有效补充以及高硬度热氧化膜的耐磨性起到了协同减摩抗磨的作用.      

中碳钢/不锈钢磁场摩擦中磨屑的行为和作用

以45钢销/302不锈钢盘摩擦副为研究对象，采用自制的销、盘摩擦磨损试验机，研究了直流磁场作用下磨屑在摩擦过程中的行为及其对摩擦磨损性能的作用. 为此分析了有、无磁场作用下磨屑在磨损面上的分布特点，利用扫描电镜观察了磨屑及45钢销磨损面的形貌，采用三维形貌仪表征了磨损面特征区域的相对高度. 与无磁场时的摩擦磨损情况相比，磁场作用下45钢销的磨损量有所增大，而摩擦系数稍有减小. 摩擦过程中出现了302不锈钢盘向45钢销的材料转移并形成了不连续的转移层，该转移层相对高度较大，承担了主要的摩擦磨损并趋于平滑. 磁场作用下45钢销磨损面吸附少量磨屑并使之细化和氧化，该吸附磨屑在一定程度上减小了摩擦副的摩擦系数，并阻碍试样之间的材料转移，从而增加了45钢销的磨损量.      

纸基摩擦材料与不同含碳量钢配副之间的摩擦学性能及其失效机理研究

采用湿法成型辅助热压工艺制备了纸基摩擦材料. 分别考察了纸基摩擦材料在无油状态和富油状态下与不同碳含量钢配副材料的摩擦适配性，并通过磨损表面形貌分析和探讨了其在无油状态下的失效机理. 结果表明:在无油状态下，随配副材料硬度增高，纸基摩擦材料的摩擦系数下降，摩擦稳定性提升，磨损率降低，高硬度的65Mn钢与纸基摩擦材料的适配性较好. 纸基摩擦材料在无油状态下主要表现为由疲劳裂纹引发的纤维脱粘与拔出导致的材料失效. 在富油状态下，配副材料的硬度对纸基摩擦材料的摩擦性能无显著影响，润滑油膜和摩擦膜的形成能有效减轻对配副材料的微观切削作用，从而抑制材料的磨损.      

石墨表面金属包覆处理对Cu基粉末冶金摩擦材料制动摩擦学行为的影响

分别以铜包覆石墨和普通石墨作为润滑组元,采用放电等离子烧结技术制备了两种铜基粉末冶金摩擦材料. 在对两种材料进行微观组织、力学及物理性能检测和对比之后,利用MM1000-Ⅱ型惯性制动试验台测试了不同条件下两者的制动摩擦磨损性能,并通过对试验后两种材料的摩擦表面及其三维形貌特征、表面及近表层主要元素分布特点、磨屑特征和摩擦表面物相进行微观分析,研究了石墨表面金属包覆处理对制动条件下铜基粉末冶金摩擦材料摩擦学行为的影响,并结合热力学相关理论解释了引起两种材料制动摩擦学行为差异的原因. 结果表明:石墨表面经铜包覆处理后,会使烧结时石墨与Cu基体间的界面结合得到明显改善,且材料的硬度、致密度和导热系数也可显著提高. 随着制动速度的提高,两种材料的平均摩擦系数和磨损率均逐渐降低;在相同的制动条件下,采用铜包覆石墨作润滑剂时,材料的平均摩擦系数和磨损率均较低,同时材料摩擦表面的几何质量较好. 提高制动速度均能够促进两种材料表面形成摩擦膜,但分别采用铜包覆石墨和普通石墨作润滑组元时,材料表面摩擦膜的形成机制存在明显差异. 采用铜包覆石墨时,材料表面主要形成氧化膜,而采用普通石墨时,由于材料表面存在的较多石墨对氧化反应具有较强的抑制作用,而使得此时表面主要形成石墨膜,且其对材料表面的保护效果不及氧化膜.      

烧结Fe3Al金属间化合物基摩擦材料的摩擦磨损性能研究

采用热压烧结方法制备了不同成分的Fe3Al金属间化合物基摩擦材料,考察了其物相、力学性能、抗氧化性及干摩擦磨损性能.结果表明,Fe3Al金属间化合物基摩擦材料密度低、强度高、抗氧化性好、摩擦系数稳定、高温耐磨性好;其在不同摩擦阶段的磨损机制存在差异,主要磨损机制包括磨粒磨损、塑性变形、裂纹萌生与扩展、微区脆性剥落及氧化磨损等.