套管磨损三维表面形貌恢复及其机理分析

在DCWT-1000型套管摩擦磨损试验机上进行了套管摩擦磨损试验,研究深井、超深井中"冲击-滑动"复合磨损对套管磨损行为的影响,采用三维表面形貌测试仪、光学显微镜及扫描电子显微镜观察分析了在不同载荷条件下套管磨损表面的微观结构和表面形貌,在此基础上对套管磨损表面进行了三维恢复并计算套管磨损表面的主要形貌参数,探讨了套管磨损表面的磨损机理.结果表明:套管的磨损性能与载荷有关;在不同载荷条件下,套管磨损表面的三维形貌具有不同特点,且主要的表面形貌参数与载荷呈现出较好的相关性,证明了三维形貌分析方法能够真实反映套管磨损表面的情况;当冲击载荷和频率不大时,套管的磨损机制以磨粒磨损为主,兼有粘着磨损,随着冲击载荷和频率增加,套管磨损表面出现明显粘着剥落和疲劳剥落迹象,并出现疲劳裂纹扩展和连通,套管的磨损机制向粘着磨损和疲劳磨损转化,磨损趋向严重.     

铸造铝青铜合金Cu-14Al-4Fe-Mn的摩擦磨损性能

用往复式摩擦磨损试验机考察了新型高强度、高耐磨性铸造铝青铜合金Cu-14Al-4Fe-Mn(代号HSWAB)的摩擦磨损性能,利用形貌扫描电子显微镜观察分析了合金磨损表面形貌,探讨了其磨损机理.结果表明,HSWAB合金在干摩擦和油润滑条件下的摩擦磨损性能及磨损机理存在明显差异.在干摩擦条件下,合金中脱落的硬质点及氧化物等磨粒导致较为严重的磨粒磨损,摩擦系数高、磨损率大,主要磨损机理为磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损及疲劳磨损.在油润滑条件下,摩擦系数和磨损率均显著降低,疲劳磨损和氧化磨损受到抑制,主要磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损.Cu-14Al-4Fe-Mn合金在油润滑条件下的摩擦系数低达0.08,磨损率低达3.7×10-6g/m,是一种优良的耐磨材料.     

钴基合金刷丝与碳化铬涂层高线速度磨损行为研究

在超高速磨损试验器上开展刷式密封磨损试验,摩擦副为GH5605钴基高温合金刷丝束和喷涂碳化铬耐磨涂层的跑道试样,最高摩擦线速度达到400 m/s. 利用扫描电镜和能谱分析研究了摩擦表面的磨损形貌及材料成分,发现试验后的碳化铬涂层存在材料剥落和刷丝材料附着,刷丝尖端出现以犁沟和涂抹为主要特征的磨损,且摩擦线速度达到400 m/s时出现刷丝尖端粘连和严重氧化现象. 通过分析刷丝尖端磨损形貌的形成机制及摩擦表面的材料转移机理,认为刷丝尖端的主要磨损机制为二体磨粒磨损,而涂层的材料剥落现象会加剧其对刷丝的磨粒磨损作用. 使用共聚焦显微镜测量了磨痕深度,并与转子离心涨大变形量进行对比分析,分析结果表明超高线速度条件下转子的离心涨大增加了刷丝束和跑道涂层间的干涉,显著加剧了摩擦副的磨损.      

汽车减振器连杆磨损失效和断裂力学分析

采用扫描电子显微镜观察连杆磨损表面形貌,并结合断裂力学方法研究了减振器连杆的磨损机理。研究结果表明：导向器衬套中的玻璃纤维在服役过程中崩出,作为磨粒存在于连杆和村套摩擦副接触表面之间,可压碎铬铰层使裂纹扩展,并且断裂的铬镀层也可成为磨粒;连杆铬铰层存在裂纹缺陷加剧其磨损,连杆磨损机理是以断裂机翩为主导的磨粒磨损机制,裂纹扩展是磨损的控制因素,并且以Ⅰ型断裂为主导;摩擦力是裂纹扩展的主要驱动力。     

重晶石和铁矿粉对套管/钻杆摩擦副摩擦磨损性能的影响

利用MG-200型高温高速摩擦磨损试验机对比考察了钻井液中所含的重晶石和铁矿粉对套管和钻杆试件摩擦学性能的影响，并采用扫描电子显微镜观察分析了磨损表面形貌，探讨了其磨损机理．结果表明，钻井液中的重晶石使得套管／钻杆磨损机理由严重塑性流动转变为磨粒磨损；而随着钻井液中铁矿粉含量的增大，磨损机理由磨粒磨损转变为粘着磨损和疲劳磨损；当铁矿粉含量较低时，采用较高的转速更有利于减小摩擦。     

大气环境空间用铜基摩擦材料摩擦学行为及可靠性寿命研究

本文中采用自主开发的空间摩擦试验机,模拟空间用摩擦副大负荷服役条件(400 N)进行摩擦循环试验,考察了大气环境下空间用铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦磨损特性,探讨了摩擦副的可靠性寿命并揭示了其摩擦磨损机理.研究结果表明:摩擦副在模拟大负荷摩擦循环试验中,可划成三个阶段:第一阶段属可靠性使用阶段,摩擦系数合适而稳定,磨损机理以磨粒磨损和氧化磨损为主;第二阶段,摩擦特性发生失稳,摩擦系数周期性变化,磨损机理以氧化磨损为主,接触疲劳磨损为辅;第三阶段,摩擦系数波动较大,磨损机理转变为严重的接触疲劳磨损和氧化磨损,材料失效.     

等离子喷涂纳米和常规喂料WC—Co涂层在干摩擦和水环境中的摩擦磨损性能研究

采用大气等离子喷涂法分别以纳米和常规喂料制备出2种WC—Co涂层，在SRV摩擦磨损试验机上考察了2种涂层在干摩擦和水环境中的摩擦磨损性能．结果表明：在干摩擦和水环境中，纳米WC—Co涂层的摩擦系数和磨损率均小于常规WC—Co涂层；纳米和常规WC—Co涂层的磨损机制差异不大，在干摩擦下其磨损机制主要以粘着磨损、剥落和磨粒磨损为主；在水环境中，WC—Co涂层与Si3N4配副时的摩擦系数和磨损量较与不锈钢球配副时高，2种摩擦副的磨损机理有所不同，前者主要以剥落和疲劳磨损为主，后者主要以粘着磨损为主，伴有轻微的磨粒磨损．     

O形橡胶密封圈摩托车滚子链磨损特性的研究

对 O形橡胶密封圈摩托车滚子链和普通滚子链进行了 6 0 0 0 km道路和 30 0 h台架磨损对比试验 ,分析了磨损表面形貌 .结果表明 :O形圈滚子链比普通滚子链的耐磨性能高 ,寿命长 ;O形圈链条中销轴和套筒的磨损主要以疲劳磨损为主 ,并伴随着粘着磨损 ;链板和 O形圈的磨损为疲劳磨损 ;而普通链条销轴和套筒的主要磨损形式是磨粒磨损 ,并伴随着疲劳磨损 .链条中铰链摩擦副 (销轴和套筒 )的磨损表面产生的循环硬化有利于提高耐磨性 .     

氧气气氛中CrNiMo钢的高温高速干滑动摩擦磨损性能

采用MMS-1G型高温高速摩擦磨损试验机研究了不同温度条件下处于氧气气氛中的CrNiMo钢高速干滑动摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜和能谱仪对磨损表面的形貌和成分进行表征,并对其磨损机制进行分析.结果表明,在室温条件下,CrNiMo钢的摩擦磨损性能受环境气氛的影响较大,并受控于摩擦表面所产生的氧化膜,其磨损机制主要为磨粒磨损和氧化磨损;而在高温氧气环境中,气氛对CrNiMo钢的摩擦磨损性能影响减弱,较高的环境温度恶化了摩擦副的传热能力,磨损机制受控于环境温度,其磨损机制主要为氧化磨损和黏着磨损.     

柴油发动机碳烟对缸套/活塞环摩擦学性能影响的研究

通过SRV IV摩擦磨损试验机考察了柴油机碳烟对柴油机缸套/活塞环摩擦副摩擦磨损性能的影响,借助扫描电子显微镜及能谱仪、三维表面形貌仪和拉曼光谱仪探讨了碳烟颗粒的摩擦学作用机理.结果表明:碳烟颗粒在高载荷时可以降低缸套/活塞环摩擦副间的摩擦系数,但在低载荷时对摩擦系数影响不大;碳烟颗粒会加剧缸套的磨损,其磨损形式主要为磨粒磨损.碳烟颗粒表现出减摩性的主要原因是其外层的乱层石墨在摩擦热和剪切作用下发生了剥离并在摩擦副表面形成了润滑膜.     

TBM滚刀刀圈与岩石的滑动磨损实验研究

硬岩隧道掘进机(TBM)的滚刀刀圈在破岩过程中面临剧烈的磨损,对TBM的掘进效率及施工成本影响巨大。为了深入研究全断面隧道掘进机滚刀刀圈的磨损机理,本文在M-200型磨损试验机上模拟了TBM滚刀刀圈与岩石的磨损行为。基于实验数据,验证了磨粒磨损引起的磨损量与摩擦距离的线性关系,分析了岩石硬度、摩擦系数和润滑对磨粒磨损速率的影响。实验结果表明,在大载荷下,磨损形式将由单纯的磨粒磨损转化为磨粒磨损与疲劳磨损共同存在的形式,并且计算了疲劳磨损量,进而对比了磨粒磨损量与疲劳磨损量的大小。结论:硬度、摩擦系数越大,滚刀刀圈磨损越严重;润滑对降低磨损有重要作用;在大载荷作用下,磨损状态将由磨粒磨损转化为磨粒磨损和疲劳磨损共存的状态。上述研究结果可以为TBM滚刀刀圈设计及施工提供一定的参考。     

玻璃纤维增强MC尼龙复合材料的摩擦磨损性能研究

通过碱催化阴离子聚合反应制备玻璃纤维增强单体浇铸尼龙复合材料(GFMCPA),在MM-200型摩擦磨损试验机上研究了在干摩擦和水润滑条件下,不同玻璃纤维含量对尼龙复合材料摩擦磨损特性的影响,并借助扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌.结果表明:玻璃纤维含量对尼龙复合材料的摩擦性能具有显著影响;玻璃纤维质量分数达到30%后复合材料具有较好的耐磨性;在水润滑条件下,复合材料的摩擦系数和磨损量较干摩擦时大幅度降低;玻璃纤维含量低的尼龙复合材料的磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损;玻璃纤维含量高的尼龙复合材料的粘着磨损减少,磨损机制主要表现为磨粒磨损和疲劳磨损.     

P110油管钢表面镀Cu与镀Ni-P摩擦磨损性能的比较

在P110油管钢表面分别制备了Cu镀层和Ni-P镀层,采用SEM、EDS和STM等方法对比研究了P110油管钢基体、Cu镀层和Ni-P镀层的摩擦磨损性能,分析了磨痕形貌、磨损率和摩擦系数的异同,探讨了磨损机理.结果表明:Cu镀层和Ni-P镀层的耐磨性均明显优于P110油管钢基体,且Ni-P镀层的耐磨性优于Cu镀层;P110油管钢基体的磨痕呈磨坑形貌,磨损机理为剥层磨损和磨粒磨损;Cu镀层的磨痕表面附着Cu磨屑,磨屑受压发生塑形变形,磨损机理为疲劳磨损和黏着磨损;Ni-P镀层的磨痕呈细小的犁沟形貌,磨损机理为轻微磨粒磨损.     

GM-3摩擦衬垫动态滑移过程中的摩擦机理研究

采用GM-3摩擦衬垫与高强度透明钢化玻璃为摩擦副,在Rtec摩擦磨损试验机上进行往复滑动摩擦试验,使用高速显微摄像仪(VW9000)对接触摩擦界面进行实时原位观测,并利用灰度法计算接触界面的实际接触面积,探究GM-3摩擦衬垫的磨损机理.结果表明:GM-3摩擦衬垫的摩擦系数与实际接触面积呈正相关关系;其初期磨损机理主要为磨粒磨损和黏着磨损,后期为疲劳磨损和黏着磨损;初期磨粒磨损会导致摩擦系数增加;卷筒状磨屑生成过程中摩擦系数变大,随后细小的磨屑聚集尺寸变大,数量变少,摩擦系数趋于稳定.     

复合工况条件下刮板输送机运料中板磨损行为研究

针对实际工况、环境介质综合影响刮板输送机运料中板磨损行为的复杂问题,开展中板与煤、矸石、水等混合物料的磨损试验,利用统计学原理、交互作用技术和现代摩擦学理论对获得的试验数据进行研究与分析.结果表明:中板磨损量随接触压力、滑动速度的增加而增加;在接触压力、滑动速度一定的情况下,磨损量随水、煤、矸石中的水的比例升高而减少;中板的磨损形式主要为磨粒磨损、黏着磨损、腐蚀磨损和疲劳磨损,分布在磨损机制分布图的轻度、中度及重度破坏区内.     

一种搪瓷涂层的磨料磨损性能研究

利用转盘式磨料磨损试验机考察了非晶态搪瓷涂层的磨料磨损性能,并分析了磨损机理。结果表明：搪瓷涂层磨损受磨料颗粒的种类及尺寸以及滑动速度的影响,其磨损机制主要为脆性剥落;这种脆性剥落源于滑动过程中涂层磨损表面的裂纹形成及其扩展。     

TD处理制备碳化钒(VC)涂层的摩擦磨损性能

以硼砂基盐和供钒剂为主要原料,利用热辐射效应在Cr12MoV钢表面制备了VC涂层,通过扫描电子显微镜、能谱分析仪观察了涂层显微组织,考察了涂层在室温往复干摩擦条件下的耐磨性能,测试了VC涂层摩擦系数,对其磨损机制进行了分析.结果表明：VC涂层主要由团聚状VC颗粒组成,其组织结构均匀,与基体之间形成完全冶金结合;涂层在滑动干摩擦条件下表现出优异的耐磨性能,VC涂层磨损机制主要为疲劳磨损和磨粒磨损.     

滑动模式对超高分子量聚乙烯摩擦磨损行为的影响

在自行研制的髋关节模拟试验机上,以交叉滑动及单向滑动2种方式对比考察了蒸馏水润滑条件下超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察分析了UHMWPE的磨损表面形貌并探讨其磨损机理.结果表明:在相同载荷条件下,UHMWPE在交叉滑动方式下的磨损率明显高于单向滑动方式;在交叉滑动方式下,UHMWPE的主要磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损及塑性变形引起的表层剥落,而在单向滑动下其磨损形式主要为磨粒磨损伴随着少量的疲劳剥片;不同滑动方式所导致的磨损机理差异是造成UHMWPE磨损性能变化的主要原因.与其它试验方式相比,在髋关节模拟试验机上所得出的试验数据更接近临床观测结果.