在油润滑条件下陶瓷对金属及金属对金属摩擦副摩擦磨损性能的研究

在油润滑条件下,用MHK-500环-块摩擦磨损试验机和弹簧加载磨损试验机就热压和无压烧结的Sialon陶瓷对金属,以及金属(GCr15钢和冷激铸铁)对金属摩擦副的摩擦磨损性能进行了试验研究。结果表明,不仅陶瓷对金属摩擦副的摩擦系数(在载荷>1000N时)比金属对金属摩擦副的低,而且陶瓷对金属摩擦副中的环、块磨损均比金属对金属摩擦副中的轻微。文章还就陶瓷的烧结工艺及其试块表面粗糙度对摩擦副性能的影响进行了讨论。热压烧结Sialon陶瓷的耐磨性能比无压烧结Sialon陶瓷的好,而前者对金属试环的磨损却比后者对金属试环的磨损严重,陶瓷试块的表面粗糙度越大,与之配副的金属试环的磨损越严重。作者认为,这是由于热压烧结Sialon陶瓷的致密度较高,故其耐磨性能较好,而无压烧结Sialon陶瓷具有一定的微小孔穴,这有利于润滑油的储存,因而可以降低对金属试环的磨损;陶瓷材料的硬度很高,其表面粗糙凸峰可以起磨粒作用而使金属试环发生磨粒磨损。     

磺酸醇胺离子液体作为水润滑添加剂的摩擦学机制研究

合成了不含卤素的磺酸醇胺离子液体(S-IL),并将其作为水基润滑添加剂进行研究. 与商用的水基润滑添加剂聚合蓖麻油酸酯(L4)进行对比,共同考察了他们在不同金属摩擦对偶上的摩擦学性能. 通过对磨斑表面的XPS测试探究了S-IL分别在钢/钢、钢/铜、钢/铝、钢/钛和钢/镁摩擦副上的润滑机理. 结果表明:所合成的磺酸醇胺离子液体在水体系中具有良好的溶解性,同时表现出一定的抗腐蚀性能. 相比于商用水基添加剂,S-IL具有优异的减摩作用和极压性能,这主要归因于离子液体分子结构中极性基团(-SOO-)在金属摩擦副表面的物理/化学吸附,以及其分子结构中含有的活性元素S和N与金属摩擦副基底发生摩擦化学反应所形成的摩擦化学反应膜.      

纳米铜添加剂改善钢-铝摩擦副摩擦磨损性能的研究

采用环-块摩擦磨损试验机对比考察了钢-铝摩擦副在液体石蜡与含纳米铜颗粒液体石蜡润滑下的摩擦磨损特性,研究了对纳米铜添加剂添加量与载荷对其摩擦磨损性能的影响,通过对磨损表面粗糙度、形貌及其主要元素的能谱分析,探讨了纳米铜颗粒作为添加剂时钢-铝摩擦副的润滑机制.结果表明:含0.25%纳米铜颗粒液体石蜡时,钢-铝摩擦副的摩擦磨损性能最优;在不同载荷下纳米铜颗粒可以改善铝的摩擦磨损性能,特别在中等载荷(50～125 N)下,其抗磨减摩作用更明显;纳米铜颗粒能够在磨损表面形成一层低剪切强度的铜保护膜,有效地避免粘着磨损,同时阻止铝元素向钢表面的转移,从而显著改善钢-铝摩擦副的摩擦磨损性能.     

Si3N4陶瓷与灰铸铁配副的摩擦学性能

在Ｍ－２００磨损试验机上于无润滑、蒸馏水润滑、乳化液润滑和１０＾＃机构油润滑４种条件下，对Ｓｉ３Ｎ４陶瓷分别与灰铸铁ＨＴ和Ｔ８钢配副进行了摩擦损性能的对比试验研究。结果表明：Ｓｉ３Ｎ４陶瓷与灰铸铁ＨＴ配副时的摩擦因数和磨损体积在几种润滑环境中均表现出同样的顺序     

硼化菜籽油润滑添加剂的摩擦磨损性能研究

对菜籽油进行化学改性制备出硼化改性菜籽油,利用红外光谱仪对其主要官能团进行鉴定,分别采用四球摩擦磨损试验机和SRV摩擦磨损试验机考察了以菜籽油为基础油,以硼化改性菜籽油为添加剂润滑下钢-钢摩擦副和钢.铝摩擦副的抗磨减摩性能,采用扫描电子显微镜观察钢球磨斑表面形貌,通过对铝合金磨痕表面分析,探讨硼化改性菜籽油添加剂的抗磨减摩机制.结果表明:以硼化改性菜籽油为添加剂,以菜籽油为基础油时钢·钢摩擦副和钢.铝摩擦副均具有良好的抗磨减摩性能,其润滑作用机制是由于长链菜籽油分子的载体作用、硼的缺电子性能及其二者的协同作用而在金属摩擦表面形成含硼、氧及碳等元素的表面保护膜.     

NiAl-Cr(Mo)-Cr_xS_y自润滑复合材料的摩擦磨损特性

采用滑动磨损试验方法测试了NiAl-Cr(Mo)-CrxSy自润滑复合材料与SiC陶瓷配副在110～960℃的摩擦磨损特性.结果表明:200～400℃,纳米CrxSy晶粒在复合材料摩擦表面形成较完整的润滑膜,产生自润滑性能;700～900℃,复合材料摩擦表面生成了1～3μm厚、完整的玻璃陶瓷润滑膜,产生了自润滑耐磨性能.2种润滑膜材料均可向SiC表面转移,消除了复合材料/SiC的摩擦状态.随着温度的升高,2种润滑膜材料的强度降低,SiC微凸体压入润滑膜,导致润滑膜的剥落加剧,复合材料的摩擦系数与磨损率升高.     

B4C/hBN复相陶瓷与球墨铸铁配副在乳化液润滑下的摩擦学性能研究

本文中以热压烧结法分别制备纯碳化硼陶瓷(B_4C)及含30%质量分数的六方氮化硼的碳化硼/六方氮化硼复相陶瓷(B_4C/h BN)作为销试样,与球墨铸铁(QT)盘试样分别在浸入及滴入乳化液润滑条件下进行摩擦磨损试验.借助对摩擦表面的观察,对试验前后乳化液成分的分析等手段,结合摩擦系数及磨损率规律,澄清了在不同乳化液加入方式下,纯B_4C陶瓷及B_4C/h BN复相陶瓷与铸铁配副各自的磨损机制及润滑机理.研究表明:在浸入乳化液润滑条件下,纯B_4C陶瓷与QT配副时,摩擦系数随着摩擦过程的进行可降低至0.03,达到流体润滑,而B_4C/h BN复相陶瓷与QT配副时,配副的摩擦系数始终高于0.1;相反,在滴入乳化液润滑条件下,纯B_4C陶瓷与QT配副的摩擦系数高于0.1,而B_4C/h BN复相陶瓷与QT配副的摩擦系数降低至0.003.     

Fe-Ni基高温自润滑复合材料摩擦磨损特性研究

本文中采用滑动磨损试验方法研究了以PbO和WS2为润滑组元的复合材料与440C不锈钢配副在25～600℃温度范围内的摩擦磨损特性.通过X射线衍射仪分析发现复合材料中含有铬的硫化物等高温润滑物质生成.使用扫描电镜和金相显微镜进一步分析了材料摩擦表面形貌.结果表明:在500 ～ 600℃范围内,PbWO4、CrxSx+1等各种金属化合物在摩擦表面形成了较完整的润滑膜,产生了自润滑能力,具有优良的减摩耐磨性能.润滑膜材料可向摩擦对偶表面转移,在一定程度上阻止了复合材料与440C不锈钢对摩材料的直接接触,显著降低了材料摩擦系数和磨损率,实现了高温自润滑性能.本文进一步探索了单一润滑组元润滑膜和两种润滑组元润滑膜的承载能力,发现两种固体润滑组元产生的协同润滑效应显著改善了润滑膜的润滑性能.     

牙用亚微米氧化锆增韧氧化铝陶瓷的摩擦磨损性能研究

考察了亚微米氧化锆增韧氧化铝陶瓷(Z2S)在人工唾液润滑下的摩擦磨损行为,并与目前口腔临床常用烤瓷材料Vita陶瓷和Dentsply陶瓷进行对比.结果表明:与Si3N4陶瓷配副时,Z2S的摩擦磨损性能优于Vita陶瓷和Dentsply陶瓷,其磨损率比Vita陶瓷和Dentsply陶瓷的磨损率低2个数量级,Z2S的主要磨损机制为轻微的磨粒磨损和塑性变形,并受ZrO2的摩擦诱导相变影响;与天然牙釉质配副时,Z2S不仅自身磨损低而且对天然牙釉质的磨损较小,天然牙釉质的磨损表面保持了较好的初始形态,其与天然牙釉质的配对性优于Dentsply陶瓷与天然牙釉质的配对性,是1种具有潜在应用前景的牙科修复材料.     

氧化锆陶瓷/碳纤增强聚醚醚酮在水润滑下的摩擦磨损特性研究

在材料端面摩擦试验机上对氧化锆陶瓷与碳纤增强聚醚醚酮(CFRPEEK)配副在水润滑条件下的摩擦磨损特性进行了试验研究,探讨了滑动速度和接触压力对材料摩擦磨损的影响规律.发现氧化锆陶瓷与CFRPEEK配副在水润滑条件下的摩擦系数随速度增加而减小,在速度较低时,存在明显的磨合过程;速度较高时,摩擦系数较小且随滑动过程变化很小,CFRPEEK的磨损率随速度变化不大.压力为0.4和0.5 MPa时,CFRPEEK的摩擦系数和磨损率均较小,但当压力达到0.8 MPa时,摩擦系数显著增加且剧烈振荡,并发生严重磨损.CFRPEEK的磨损机理主要是黏着磨损,氧化锆陶瓷磨损的主要机理是应力引起的点蚀.     

含氟硅油作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究

用SRV摩擦磨损试验机评价了2种含氟硅油在聚α烯烃基础油中作为添加剂时的摩擦学性能,用扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱仪（XPS）观察并分析了磨斑表面形貌和主要元素的化学状态,探讨了含氟硅油的摩擦化学机制。结果表明：含氟硅油具有优良的减摩和抗磨性能;含氟硅油在摩擦作用下发生分解,在摩擦副表面生成的含氟的摩擦化学产物是提高摩擦副抗磨减摩性能的关键因素。     

渗硫层与FeS粉末摩擦学机理的对比研究

为了改善GCr15轴承钢在脂润滑条件下的摩擦学性能,通过2种方法将FeS固体润滑材料应用于脂润滑下轴承钢材料的摩擦过程中.通过低温离子渗硫处理在轴承钢表面制取渗硫层;将FeS材料研磨成微米粉末添加到润滑脂中.在球-盘摩擦磨损试验机上对比研究了轴承钢渗硫层和使用FeS微米粉末的摩擦学性能.研究表明:在材料表面制取渗硫层和使用FeS粉末均可有效改善轴承钢在脂润滑条件下的减摩抗磨性能.在较低转速和载荷下,轴承钢表面渗硫层的摩擦磨损性能较使用FeS粉末更好,而在高速重载的工况下,轴承钢表面在使用FeS粉末时体现出更好的抗磨性能.     

磷氮型极压抗磨添加剂对钢—铝摩擦副摩擦磨损性能的影响

采用ＳＲＶ摩擦磨损试验机评价了磷酸三甲酚酯（ＴＣＰ）、磷酸二丁酯（ＤＢＰ）、十二胺（ＤＡ）和磷酸胺盐（ＰＡＳ）抗磨添加剂在液体石蜡中对钢－铝摩擦副摩擦磨损性能的影响。采用Ｘ射线光电子能谱仪分析铝试磨痕表面边界润滑膜中的Ｐ和Ｎ元素的化学状态。结果表明,含Ｐ抗磨添加剂可以有效提高铝合金的耐磨性,而其中以磷氮剂的效果最好。其它含磷添加剂也可以有效地降低磨损。ＸＰＳ分析表明,在铝合金磨损表面形成了含磷酸铝     

A Methodology for Temperature Correction When Using Two-Color Pyrometers - Compensation for Surface Topography and Material

In this investigation, the applicability of the two-color pyrometer technique for temperature measurements in dry hard turning of AISI 52100 steel was studied, where both machined surfaces as well as cutting tools were considered. The impacts of differing hard turned surface topography on the two-color pyrometer readings was studied by conducting temperature measurements on reference samples created using cutting tools with different degrees of tool flank wear. In order to conduct measurements in a controlled environment, a specially designed furnace was developed in which the samples were heated step-wise up to 1,000 °C in a protective atmosphere. At each testing temperature, the temperatures measured by the two-color pyrometer were compared with temperatures recorded by thermocouples. For all materials and surfaces as studied here, the two-color pyrometer generally recorded significantly lower temperatures than the thermocouples; for the hard turned surfaces, depending on the surface topography, the temperatures were as much as ~20 % lower and for the CBN cutting tools, ~13 % lower. To be able to use the two-color pyrometer technique for temperature measurements in hard turning of AISI 52100 steel, a linear approximation function was determined resulting in three unique equations, one for each of the studied materials and surfaces. By using the developed approximation function, the measured cutting temperatures can be adjusted to compensate for differing materials or surface topographies for comparable machining conditions. Even though the proposed equations are unique for the hard turning conditions as studied here, the proposed methodology can be applied to determine the temperature compensation required for other surface topographies, as well as other materials.     

碳钢表面渗硼和激光热处理改性层的磨粒磨损性能和机理研究

采用固体渗硼与激光热处理复合工艺对 4 5 #钢试样进行表面改性 ,在 4 5 #钢表面得到完整的硼共晶层 ,采用扫描电子显微镜观察分析表面改性处理后的 4 5 #钢试样同 GCr15钢对摩时的磨损表面形貌 ,并考察了其磨损机理 .结果表明 ,经表面渗硼和激光热处理后 ,4 5 #钢表层形成共晶化组织 ,相应的硼共晶表面改性层具有适当的硬度和韧性 ,因而其抗磨粒磨损性能明显改善 ;表面改性处理后的 4 5 #钢试样同 GCr15钢对摩时呈现断裂磨损特征     

电摩擦现象--电场对金属/陶瓷摩擦行为的影响

探讨了利用调节外加电场改变金属／陶瓷摩擦副摩擦行为的可行性及通过在线反馈控制外加电压的大小实现摩擦系数主动的控制的可能性。试验发现,在硬脂酸锌乳化液润滑条件下,施加数十伏的外加直流电压,由三氧化二铝、石英玻璃等陶瓷材料与钢、黄铜、不锈钢等构成的滑动摩擦副的摩擦系数发生显著变化,变化幅度与所加电压的大小、极性以及金属材料的种类有关。初步分析表明,发生这种电摩擦现象的原因在于摩擦副表面特别是金属表面吸     

固体-油脂复合润滑I：二硫化钼膜在干摩擦及空间用油脂润滑下的摩擦学性能

本文采用溅射技术制备了MoS2薄膜,用UMT-2MT摩擦试验机考察了MoS2膜/钢球摩擦副分别在干摩擦、氟丙基氯苯基硅油（115#油）和KK-5脂（由115#润滑油经聚四氟乙烯粉稠化制成）润滑条件下的摩擦学性能,并分析了其润滑和失效机制。结果表明：脂润滑状态下,MoS2+ KK-5复合膜处于不连续的边界润滑,其摩擦学性能得到改善但不明显;115#油润滑条件下,由于连续、有效的边界润滑,使得MoS2+115#固体-油复合体系的摩擦系数低而平稳,其耐磨损寿命与单独MoS2薄膜相比提高了至少8倍;相对于上述2种情况,干摩擦条件下的MoS2膜磨损明显。     

钢-铜摩擦副在边界润滑条件下的减摩抗磨机理研究

用SRV摩擦磨损试验机分别考察了聚α烯烃基础油含磷氮添加剂和两种含氟硅油添加剂在钢-铜摩擦副滑动下的摩擦学性能,用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)观察并分析了铜磨斑表面形貌和磨斑表面主要元素的化学状态.结果表明:含磷氮添加剂和含氟硅油添加剂均具有优良的减摩和抗磨性能;磷、氮和氟等在摩擦表面生成的摩擦化学产物是提高摩擦副抗磨减摩性能的根本原因.     

典型微藻生物油的润滑性能和作用机理研究

鉴于对生物质能源的需求日益增长,将典型微藻生物油添加到CD 15W-40柴油机油中实现部分替代.采用四球摩擦磨损试验机考察了生物油的润滑性能,利用现代表面分析技术探讨了其作用机理.结果表明:微藻生物油有很好的润滑效果;随柴油机油中生物油添加量的增大,摩擦系数逐渐降低、钢球磨斑直径先减小后增大;当生物油的添加质量百分数为10%时,柴油机油的摩擦学性能较优.其中,利用La2O3催化液化制备的生物油的润滑性能优于直接液化制备的生物油,能显著降低摩擦系数和钢球磨斑直径.就润滑机理而言,润滑油中的含C、N有机物在摩擦副接触表面吸附、沉积形成润滑膜,同时摩擦副滑动表面经摩擦化学反应生成由Fe2O3和FeN组成的保护膜,从而起到良好的润滑防护作用.相关研究结果可望为拓展生物油的应用提供参考.