磨合过程摩擦力单重分形和多重分形的研究

分别在CD40润滑油和加入添加剂的CD40润滑油润滑条件下,通过销-盘摩擦磨损试验机对船用柴油机活塞环和缸套进行磨合磨损试验,提取摩擦力的时间序列信号,应用分形维数和多重分形谱研究了摩擦力的分形行为.结果表明:摩擦力信号具有分形特征;随着磨合磨损过程的进行,信号的分形维数和多重分形谱出现规律性的变化;不同阶段信号的分形维数趋于减小,与磨损表面粗糙度的变化规律一致;不同阶段信号的多重分形谱呈现出递增或递减趋势,反映了磨损表面的动态变化过程.因此,摩擦力信号的分形维数和多重分形谱可以对磨合磨损过程进行定量分析.     

摩擦信号分形维数与载荷和速度的关系研究

在立式万能摩擦磨损试验机上对GCr15/45#钢摩擦副进行不同接触载荷和滑动速度下的摩擦磨损试验,对初始滑动距离1 000 m内的摩擦系数信号进行数据采集,运用结构函数测度方法对摩擦系数信号进行分形表征,计算不同载荷和速度下的分形维数,研究摩擦信号的分形维数随载荷和速度的变化规律.结果表明,摩擦系数信号具有显著的分形特征,其分形维数随载荷和速度而变化.在相同载荷下,分形维数随滑动速度增加而增大;在相同速度下,分形维数随着接触载荷增加而增大.磨损率与摩擦系数信号的分形维数正相关.     

基于Nyquist稳定判据的磨合过程稳定性研究

在销-盘摩擦磨损试验机上进行了船用柴油机缸套-活塞环摩擦配副磨合磨损试验,采集磨合过程中摩擦振动信号,应用Nyquist稳定判据,通过摩擦振动Nyquist曲线对磨合系统稳定性进行分析.结果表明:摩擦振动Nyquist曲线反映了磨合系统稳定性变化.当摩擦副磨合开始时(0～10 min),摩擦振动Nyquist曲线不包围(-1,j0)点,磨合系统处于稳定磨损阶段;在摩擦副磨合进行过程中(10～40 min),摩擦振动Nyquist曲线包围(-1,j0),磨合系统处于不稳定磨损阶段;当摩擦副达到磨合时(40 min后),摩擦振动Nyquist曲线不包围(-1,j0),磨合系统处于稳定磨损阶段.因此,磨合系统的特性可揭示磨合过程稳定性变化规律.     

钢—铜摩损过程中磨粒积聚的分形研究

在销-盘摩擦磨损试验机上考察45^#钢-铜合金摩擦副的磨损性能,按一定时间间隔收集磨损过程中积聚的金属磨粒,然后用光学显微镜对不同粒径范围内的磨粒进行计数和分形研究。研究结果表明：不同粒径的金属磨粒所对应的积聚数呈现明显的分形特征,小磨粒积聚和大磨粒积聚表现出不同的分形特征,并具有双重分形现象;磨损过程中的磨粒积聚分形特征对应于某一粒径尺度的分形转折点,该分形转折点的坐标位置与磨损状态相关,因此确定分形转折点有助于甄别磨损状态。     

真空中GCr15钢球／CVD Cr7C3镀层钢盘摩擦副摩擦振动的研究

作者在对GCr15钢球/CVDCr_7C_3镀层钢盘摩擦副于大气中滑动干摩擦引起的摩擦振动进行考察分析的基础上,本文又对这种摩擦副在真空(6.67×10~(-3)Pa)中的摩擦振动特性进行了试验研究。试件系统为低刚度和小阻尼的弹性系统。试验信号由微机采集、处理并进行频谱分析。结果表明,真空中摩擦力振动的类型呈准谐波周期性自持振动,其与正压力及拖动速度无关,振动频率接近于系统在水平方向上的固有频率;摩擦副运动的平稳性与平均滑动摩擦系数接近反比例关系;真空中摩擦力的粘着分量是使摩擦振动加剧的主要原因;钢球的磨损体积与摩擦振动特性无关。     

磨粒轮廓分形维数与磨损状态的关联性研究

在销-盘式摩擦磨损试验机上用45^#钢-铜摩擦副进行摩擦磨损试验，将试验过程中生成的磨粒经稀释和超声波分散后制成谱片，用扫描电子显微镜(SEM)及自行研制的由光学显微镜、摄像头及计算机构成的磨粒分形维数测量系统分析谱片特征．结果表明：磨粒的外形轮廓存在分形特征；磨粒群体平均分形维数随磨损过程的进行而变化，这种变化同铜合金试销的磨损率存在一定的对应关系．研究结果有助于揭示磨粒轮廓分形特征及磨损状态的转变．     

摩擦振动信号谐波小波包特征提取

在销-盘摩擦磨损试验机上进行了船用柴油机缸套-活塞环摩擦配副摩擦磨损试验,应用谐波小波包变换分析了不同磨损状态下的摩擦振动信号.结果表明:谐波小波包变换可提取微弱的摩擦振动特征.当磨损机制为轻微的黏着磨损时,摩擦振动信号的频谱以边频为主,没有明显的固有频率,平均幅值小;当磨损机制以磨粒磨损为主时,摩擦振动信号的频谱出现较大峰值的固有频率,但仍存在大量的边频,平均幅值变大;当磨损机制以疲劳磨损为主时,摩擦振动信号频谱的固有频率更加明显,边频显著减弱,平均幅值最大.因此,谐波小波包变换可实现微弱摩擦振动信号的特征提取.     

磨粒积聚与磨损表面之间的分形维数关联性研究

在环端面接触磨损试验机上，采用45^#钢—铜配副进行磨损试验，收集不同磨损阶段的磨屑，用光学显微镜进行统计，分析磨粒积聚与磨损表面之间的分形维数关联性．结果表明，磨粒积聚数与其粒径之间存在显著的分段分形特征，第二分形维数同试验时间具有反抛物线函数关系．对磨损表面轮廓的分形测量表明，磨损表面的分形维数变化也具有相似的反抛物线函数关系．此外，磨损表面分形维数同磨粒积聚分形维数具有很好的相关性，但二者之间在磨合前后的对应关系稍有差别；磨粒积聚第二分形维数同磨损率变化成反比．     

沟槽表面填充材料对界面摩擦振动噪声的影响

采用机械加工方式,在基体(蠕墨铸铁)表面加工出平行且等间距的沟槽,并在沟槽中分别填满铝材料和锻钢材料,对该填充材料试样和基体试样进行界面摩擦噪声试验,并采用数值模拟方法加以分析,得出界面摩擦振动噪声行为在不同沟槽填充材料下的变化特性,并将不同界面摩擦磨损行为与振动噪声动态关联起来.试验及数值模拟结果表明,在沟槽中填充铝材料加剧界面磨损,增大摩擦系数,并加速系统不稳定振动的产生,增大噪声强度,而在沟槽中填充钢材料能有效延缓界面不稳定振动和摩擦尖叫噪声信号的产生.此外,计算结果表明,界面磨擦磨损行为导致的界面接触非线性特性是产生多频率不稳定振动和噪声的重要因素.     

砂轮约束磨粒喷射加工表面的分形及摩擦特性研究

对砂轮约束磨粒喷射精密光整加工(Abrasive Jet Precision Finishing,AJF)表面进行分形维数和摩擦磨损特性研究.试验在MB1332A外圆磨床上完成,加工式样为Ra为0.6μm左右的45#钢.加工表面形貌和微观几何参数用MICROMESVRE2表面轮廓仪测量;应用分形维数和功率谱密度函数评价磨削加工和光整加工表面的微观形貌特征;利用MG-2000型销盘式高速高温摩擦磨损试验机研究表面形貌和分形维数对摩擦系数和磨损性能的影响.试验结果表明:磨粒喷射精密光整加工使工件表面高度特性参数大幅度降低,轮廓波动平均间距减小,波纹细密性提高.随着加工循环的增加,Ra值由0.6μm下降到0.2μm左右.光整加工表面摩擦系数和磨损量与磨削加工表面相比明显降低,摩擦磨损试验结果和分形维数变化相吻合.     

聚合物摩擦系数的周期性降低现象

考察了聚醚醚酮（ＰＥＥＫ）,低密度聚乙烯（ＬＤＰＥ）及２０％ＣＦ增强ＰＥＥＫ等３种聚合物材料的摩擦系数的变化,发现其存在周期性降低现象,低熔点的ＬＤＰＥ的磨损量也呈现周期性的平台现象,发生此类现象的原因在于摩擦热作用下聚合物摩擦表面由玻璃态转变为粘流态而造成其软化及流动。     

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     

二烷基二硫代磷酸锌添加剂对油润滑下填充聚四氟乙烯复合材料摩擦磨损性能的影响

利用MM-200型摩擦磨损试验机对比考察了聚四氟乙烯(PTFE)及其铜和镍填充复合材料在干摩擦以及液体石蜡和含商品添加剂二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)的液体石蜡-润滑下同GCr15轴承钢对摩时摩擦磨损性能,采用能量色散X射线显微分析(EDXA)测定了钢环磨损表面S和Zn元素的面分布,进而探讨了ZDDP对液体石蜡减摩抗磨作用的影响.研究表明:液体石蜡及含2%ZDDP的液体石蜡润滑均可大幅度降低摩擦副的摩擦系数,同时可显著降低PTFE-30%Ni复合材料的磨痕宽度,但对PTFE-30%Cu复合材料抗磨性能的影响不大.ZDDP作为添加剂可以有效地提高液体石蜡的抗磨作用,但对其减摩作用几乎无影响;ZDDP作为添加剂在摩擦过程中未发生摩擦化学反应,而是以物理吸附或化学吸附的方式在摩擦副接触表面成膜,从而起到抗磨作用.     

天然牙及几种牙科修复材料的摩擦磨损性能比较研究

在改进的微动摩擦磨损试验台上,模拟人体牙齿摩擦副,考察了天然牙以及牙科用高分子、金属和陶瓷修复材料与GCr15钢对摩的摩擦磨损性能,结果表明：天然牙的摩擦学性能优良;拜尔牙、热固塑料、铜基合金、钛及钛合金是较为理想的牙科修复材料;尤其是钛及钛合金,不但生物相容性优异,而且与天然牙摩擦学性能匹配,是最具有发展前景的牙科修复材料。     

Cr12MoV钢离子渗氮和硫、碳、氮复合共渗层摩擦学性能研究

采用离子渗N和S、C、N复合共渗技术在Cr12MoV钢表面制备了由硫化物组成的改性层，考察了改性层在不同润滑条件下的摩擦磨损性能，并采用扫描电子显微镜观察分析试样磨损表面形貌。结果表明：Cr12MoV钢表面经复合共渗处理后形成具有良好储油能力的多孔硫化物层，硫化物层在油润滑条件下可以显著提高Cr12MoV钢表面的摩擦磨损性能。     

硬脂酸钾固体润滑薄膜的制备及其摩擦磨损性能研究

采用浸渍-提拉法制备出硬脂酸钾薄膜,用DF-PM型静-动摩擦磨损试验机和UMT-2MT型摩擦磨损试验机考察了在低速滑动和高速滑动条件下硬脂酸钾薄膜的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪观察分析了薄膜及偶件磨损表面的形貌及其典型元素的面分布情况.结果表明,以GCr15钢球为偶件在高速滑动和以氮化硅球作为偶件在高、低速滑动条件下,薄膜具有较好的摩擦磨损性能.由于钢球和氮化硅陶瓷球表面粗糙度及其化学状态存在差异,硬脂酸钾更容易在氮化硅球表面形成转移膜,从而具有更低的摩擦系数和更长的耐磨寿命.     

蜗杆传动用摩擦副材料在滑动干摩擦条件下的摩擦磨损性能研究

采用MG-200型摩擦磨损试验机评价了ZQSn12-2锡青铜、ZZnAl27Cu2锌合金、S16MnCr合金钢和20CrMnTi合金钢等几种蜗杆传动用材料在干摩擦滑动条件下的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察了其磨损表面形貌,并分析了蜗杆副材料的摩擦磨损机理.结果表明,ZQSn12-2和S16MnCr组成的摩擦副的磨损轻微,磨损率较低,其磨损表面仅出现细小的擦伤痕迹,在蜗杆传动中具有推广价值.     

45~#钢/GCr15钢摩擦副的滚动磨损特性研究

通过对液压式试验台夹具进行改造 ,研制了往复滚动试验装置 ,以实现对运动位移和表面摩擦力的精确控制 .利用该装置考察了表面摩擦力变化对 45 #钢 / GCr15钢摩擦副滚动磨损特性的影响 .结果表明 :随着表面摩擦力的增加 ,钢的滚动磨损明显加剧 ,磨损机制亦发生变化 .