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.     

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.      

聚双环戊二烯自润滑材料的高速干摩擦行为

采用拟反应注射成型法制备了含油聚双环戊二烯(PDCPD)材料.利用MMS-1G型摩擦磨损试验机考察了PDCPD材料在摩擦速率处于中高速(5～20 m/s)下的摩擦学性能.结果表明:含油PDCPD材料在中高速干摩擦下,表现出比纯PDCPD更优良的减摩耐磨性能.纯PDCPD材料的耐磨性受摩擦速率的影响相对较小,而PDCPD含油复合材料对摩擦速率更为敏感.在较低的摩擦速率下,纯PDCPD的磨损模式呈现明显的磨粒磨损;较高摩擦速率下,纯PDCPD主要为黏着磨损和微坑损伤.含油PDCPD材料具有完全不同于纯PDCPD的磨损模式,表现为轻微的表面擦伤和疲劳磨损.     

石墨对铜基自润滑材料高温摩擦磨损性能的影响

通过基体多元合金化和选用不同粒度的石墨颗粒,采用常规粉末冶金方法制备了铜基石墨固体自润滑材料,在大越式OAT-U型摩擦磨损试验机上考察了复合材料从室温到500℃温度条件下的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌,进而探讨其摩擦磨损机理.结果表明:在室温条件下,石墨颗粒越小,则复合材料的摩擦系数越小,减摩自润滑效果越好;在室温至500℃条件下,选用合适的石墨粒度(0.3～0.5mm)和多元基体合金化,可使铜基石墨固体自润滑材料保持较好的自润滑特性.     

镀镍石墨粉与铜基自润滑材料摩擦磨损特性研究

采用粉末冶金复压复烧工艺制备铜基石墨复合材料,考察了不同载荷条件下铜基石墨复合材料的摩擦磨损性能.结果表明:在载荷20～60 N条件下,含6%(质量分数)石墨的铜基复合材料经历了轻微磨损、中等磨损到严重磨损3个过程;石墨颗粒表面镀镍可以提高石墨与铜合金基体的界面结合强度以及磨损过程中所形成的转移层与基体间的粘附性能,含6%镀镍石墨的铜基复合材料的自润滑性能得到改善,只经历了轻微磨损和中等磨损2个过程.     

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.     

三维网络SiC/Cu复合材料在15W油中的摩擦性能

在转速为1 500～7 000 r/min、比压为1.1～3.9 MPa条件下,以65Mn钢为对摩副,以15 W油为冷却介质,研究了三维网络SiC/Cu复合材料在油流量为8 mL/(min·cm2)时的摩擦性能.结果表明,三维网络SiC/Cu复合材料摩擦片的摩擦系数较粉末冶金摩擦片的摩擦系数有大幅度提高;粉末冶金片与三维网络SiC/Cu复合材料片具有不同的失效机制:粉末冶金片的失效机制是表面裂纹和"过铜"(对偶中铜的转移),三维网络SiC/Cu复合材料片的失效机制以"过铁"(对偶中铁的转移)导致的SiC骨架被覆盖而失去作用为主;2种摩擦片与65Mn钢对摩的过程中都伴随着不同程度的氧化磨损.但粉末冶金片的主要磨损机理为磨粒磨损,而三维网络SiC/Cu复合材料片的磨损机理主要表现为"材料转移"导致的黏着磨损.     

铜-石墨材料摩擦学行为的研究

采用粉末冶金技术制备了铜-石墨烧结材料,通过定速摩擦试验机,研究了石墨含量与第三体形态的关系及对材料摩擦性能的影响.结果表明:石墨含量小于15%时,石墨对材料的孔隙度及摩擦温度影响明显,表现出材料的摩擦磨损性能与石墨含量密切相关,这归因于干摩擦条件下摩擦表面形成的含有石墨粒子的第三体对摩擦性能作用明显.石墨含量低,形成的第三体金属成分高,硬质金属的犁沟作用导致摩擦系数和磨损率较高.随石墨含量增加,第三体中的石墨含量增加,这导致第三体致密程度和黏着程度降低,松散易流动的第三体有利于降低犁沟程度,从而起到降低和稳定摩擦系数、减少磨损率的作用.     

姿控飞轮用陶瓷球轴承失效特性分析

通过氮化硅陶瓷球混合轴承和钢球轴承在干摩擦条件下的高速(5000r/min)运转试验,对比分析了电机驱动电流的变化特性和轴承运行噪声等指标,利用立体显微镜、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪等分析混合陶瓷球轴承摩擦副的表面形貌,分析陶瓷球轴承的失效特征及其在无润滑条件下的长时间稳定运行机制.结果表明:陶瓷球轴承在临界失效阶段的电机驱动电流波动比普通钢制轴承小,在进入严重失效前可持续运行5h,比普通钢制轴承的运行时间长得多;陶瓷球以表面裂纹和表层剥离为主要破坏机制,滚道破坏机制主要表现为疲劳裂纹、点蚀及犁痕等多种形式;在运转过程中,陶瓷球轴承脱落的片状磨屑因脆性易形成微球体而被排出摩擦工作区,延迟了出现轴承运行卡死等现象.由于氮化硅陶瓷球混合轴承摩擦副的不同材质特性和损伤方式,使得其临界失效性能优于普通钢制轴承.     

聚酰亚胺多孔含油材料的摩擦磨损性能研究

采用冷压烧结工艺制备含聚α-烯烃润滑油、多元醇酯润滑油及锂基通用润滑脂3种聚酰亚胺(PI)多孔含油材料,研究了PI多孔含油材料的含油性能与耐热性能,考察了不同转速条件下3种PI多孔含油材料的摩擦磨损性能.结果表明:PI多孔含油材料的孔径主要集中于1～0μm范围以内;在摩擦过程中,PI多孔含油材料中的润滑油可以稳定析出并形成润滑膜,从而降低了摩擦系数,其中含聚α-烯烃润滑油PI多孔含油材料的减摩效果最好;在转速较高的条件下,由于PI多孔含油材料中的润滑油缺失,使其摩擦系数迅速上升,并产生大量的摩擦热而导致摩擦表面温度升高,黏着磨损加重,最终导致材料失效.     

用外加电压控制摩擦力的机理与技术

用外加电压控制金属摩擦学磨损是摩擦领域很有发展前景的新技术之一，能够有效地降低干摩擦下金属间的摩擦与磨损，但国内外有关的研究报道却还少见．因此，利用特制的球－盘式摩擦磨损试验机，对几种配对金属的摩擦自生电势和摩擦力进行了测量，揭示了摩擦自生电势与摩擦力的相关性，并且考察了外加电压对金属间摩擦力的影响，发现在外加电压与摩擦自生电势相抵消时的摩擦系数最低，比无外加电压时的摩擦系数低１２％～２６％     

碳质双层纸基摩擦材料的摩擦磨损性能研究

采用抄纸工艺制备碳质双层纸基摩擦材料,采用惯量摩擦试验方法研究双层纸基摩擦材料的摩擦磨损性能.结果表明:碳质层的摩擦力矩在制动初期上升较快,中间过渡区平稳,尾部翘起较小;在制动压力小于0.28 MPa时静摩擦系数小于动摩擦系数,且动、静摩擦系数均随制动压力增加而减小;相对纤维层而言,采用碳质层摩擦时摩擦力矩曲线形态更好,连续制动时摩擦系数波动较小,磨损率低且能够有效保护偶件,是1种静/动摩擦系数比较低且适用于高载荷工况条件下使用的摩擦材料.     

超声马达摩擦学及其摩擦材料研究进展

超声马达是一种新型原动机，与普通电磁马达不同，这是一种摩擦驱动马达．为了促进超声马达的发展，对其研究中关于定子与转子界面接触驱动特性和摩擦磨损特性，超声波振动对定子和转子接触界面摩擦学特性的影响，转子摩擦材料的选择及其寿命预测等，从摩擦学角度对国内外的研究进展进行了综合归纳与评述，并且针对超声马达摩擦驱动的特点，提出了当前值得重视的一些研究内容．     

Simulation of friction and stiction in multibody dynamics model problems

A continuous model of Coulomb friction is used with a tangent space formulation of differential algebraic equations of motion for simulation of multibody dynamic model problems. Characteristics of the model problems studied are similar to those encountered in broad classes of multibody systems, without the associated geometric and analytical complexities. An implicit trapezoidal numerical solution algorithm is used to simulate dynamic response that includes the onset of stiction, its progression, and its termination, avoiding stiff behavior that is reported in the literature when index 3 formulations are used. Analytical criteria for stiction are derived for a three mass Coulomb friction model problem that defines the onset of and departure from stiction events with redundant equations of constraint. The tangent space formulation with implicit trapezoidal integration is applied to this analytical model to compute dynamic response, determine ranges of constraint forces that may occur during periods of stiction, and demonstrate that dynamic response is a discontinuous function of model parameters when stiction occurs. Accuracy of the continuous model of Coulomb friction is established, through comparison of results with those of the analytical model. Cartesian coordinate models of higher dimension are presented for three and four mass model problems that encounter a higher degree of redundancy in constraints during periods of stiction. Simulation of the Cartesian coordinate models, which have characteristics similar to more general multibody systems, yields accurate solutions, without any indication of stiffness in the tangent space equations of motion. Methods successfully demonstrated in model problems provide a foundation for simulation of spatial multibody dynamic systems with friction.     

机械系统中摩擦模型的研究进展

摩擦现象在机械系统中的作用日益突出, 合理地解决机械系统中摩擦环节尤其是非线性摩擦环节的制约问题 已成为当前研究的重点. 由于摩擦的复杂性, 很难从机理上获得其准确唯一的数学模型, 迄今已提出的摩擦模 型有数十种. 鉴于目前机械系统中摩擦建模的发展状况, 首先描述了几种重要的摩擦现象, 如库仑摩擦、黏性 摩擦、Stribeck效应、预滑动摩擦、可变的静态摩擦力和摩擦记忆效应等. 其次, 系统地介绍了几种较为重要的、 常用的摩擦模型, 包括6种静态摩擦模型和7种动态摩擦模型, 并对每一种模型的构成, 特点和适用范围等 进行了较为详细地论述. 比较而言, 静态摩擦模型结构简单, 参数辨识容易, 但是无法描述摩擦的动态特性, 动态摩擦模型能够比较全面的描述摩擦现象, 但结构复杂, 参数辨识难度较大. 再次, 简要概述了摩擦建模 对机械系统动力学行为的影响, 以及在高精度定位系统的控制中的作用. 最后, 针对当前机械系统中摩擦建 模方面存在的一些不足提出了几点展望. 为今后摩擦模型的选用和新摩擦模型的建立提供了参考.     

摩擦速度对铜基摩擦材料摩擦磨损性能影响

采用粉末冶金技术制备了铜-石墨-SiO2烧结材料,通过定速摩擦试验机,在摩擦速度为7.8～47.1 m/s的范围内,研究摩擦速度、第三体与摩擦磨损性能的关系.结果表明,摩擦第三体的状态与摩擦速度密切相关,并明显影响摩擦磨损性能.在摩擦顺序从低速开始向高速进行的条件下,随摩擦速度的提高,摩擦表面第三体由颗粒状分布向密实状态转变,表面微观硬度提高,摩擦系数下降,磨损率变化不明显.这归因于低速条件下摩擦副间的啮合程度大,使摩擦系数处于较高值.随速度增加,致密状第三体的易流动性具有润滑和平滑作用,起到降低摩擦系数的作用;在摩擦顺序从高速开始向低速进行条件下,摩擦表面被高速摩擦形成的致密第三体所覆盖,致密第三体的稳定性具有降低摩擦系数波动的作用.但磨损率在摩擦速度较低时出现快速增加.原因在于随摩擦速度的降低,摩擦温度降低,致密第三体脆性增加,致密第三体的大面积破裂和剥落提高了磨损率.     

Identifying Coulomb and Viscous Friction from Free-Vibration Decrements

This study focuses on an algorithm for the simultaneous identification of Coulomb and viscous damping effects from free-vibration decrements in a damped linear single degree-of-freedom (DOF) mass-spring system. Analysis shows that both damping effects can indeed be separated. Numerical study of a combined-damping system demonstrates a perfect match between the simulation parameters and the estimated values. Experimental study includes two types of real systems. The method is applied to an experimental industrial bearing. Experimental results are compared with numerical simulations to illustrate the reliability of this method. An analysis provides conservative bounds on error estimates. An example of the effect of quantization error on the estimations is included.     

行波型超声波电机摩擦特性的实验研究

超声波电机是通过逆压电效应产生高频振动并通过摩擦实现驱动的电机,其定转子摩擦接触面的高频、微幅的行波振动有其特殊性,跟以往的摩擦接触显著不同,并对电机的换能效率、电机寿命和摩擦材料的选择等都有影响.本文建立了超声波电机定转子接触面摩擦系数测量装置,通过试验比较了摩擦接触面在常规、定子驻波振动以及行波振动下的动态摩擦系数,分析了定子相对转速(速度)、预紧力以及温度对定转子接触面摩擦系数的影响.根据摩擦二项式和电机定转子表面弹塑性接触状态对摩擦系数与预紧力等的对应关系进行了说明,分析了驻波振动和行波振动的超声减摩效果以及温度对摩擦系数的影响,确定了适合行波型超声波电机的摩擦系数计算模型.超声波电机的驱动摩擦特性是1项基础性工作,有助于行波形超声波电机设计、建模和驱动控制等.     

非组分黏接剂对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

为了研究黏接剂对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响,以改性酚醛树脂作为黏接剂,通过高精度天平测定涂胶量,由平板硫化机固定黏接压力得到不同涂胶量的试样.利用光学显微镜观察黏接剂的渗透情况,通过惯量摩擦试验机研究涂胶量对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响.试验结果表明:随着单位面积涂胶最的增加,黏接剂渗入摩擦材料的深度逐渐增大,对于厚度不大于1.0 mm的纸基摩擦材料,黏接剂可渗透材料并影响其摩擦磨损性能.随着渗透至摩擦面胶量的增加,摩擦材料的制动平稳性逐渐变差,动摩擦系数降低,静摩擦系数升高,磨损率先减小后增大.     

沟槽型织构化表面摩擦噪声特性试验研究

用电火花加工方法在制动盘蠕墨铸铁材料表面加工出不同沟槽宽度和间距的沟槽型表面织构,在自行研制的新型摩擦噪声试验装置上,采用球-平面接触方式,选取直径10 mm的GCr15球为对摩副,对沟槽型织构表面和光滑表面进行摩擦噪声对比试验,研究沟槽型织构对摩擦噪声的影响.结果表明:本试验条件下沟槽型表面织构的尺寸及分布对摩擦噪声具有重要影响,一定尺寸及分布的织构表面可明显降低摩擦噪声.本试验条件下的摩擦噪声产生主要归因于接触表面的不平顺、磨屑层不均匀分布以及犁削作用等界面因素,这些因素导致了界面摩擦力高频成分的产生,当其与系统的自然频率耦合时,将引起摩擦系统强烈的自激振动并最终产生摩擦噪声.而摩擦界面存在尺寸分布合理的沟槽型表面织构,将能提高界面排屑能力并打断摩擦界面连续的接触,扰乱摩擦系统的自激振动,抑制摩擦噪声的产生.