三元乙丙密封材料不同工况下的摩擦性能

采用SRV摩擦磨损试验机对用于核主泵副密封的三元乙丙橡胶材料与具有DLC涂层的钢配偶件进行摩擦性能试验,获得该橡胶密封材料的摩擦系数随润滑状态、载荷、温度和相对滑动速度等的变化规律,并通过摩擦表面的形貌分析揭示了其摩擦机理,可为核主泵机械密封性能分析及副密封选材提供依据.     

水润滑条件下磨粒尺寸对橡胶密封副摩擦学行为的影响

磨粒磨损是各类机械橡塑密封装备的一种典型失效形式. 本文中开展了水润滑条件下磨粒尺寸对O型橡胶密封配副摩擦学行为的影响研究，分析了不同颗粒尺寸下的摩擦系数时变特性，探讨了不同运行阶段下的磨损形貌、颗粒运动特性和损伤失效机制. 结果表明:颗粒尺寸对橡胶/金属密封副的摩擦学性能有重要影响；研究发现了影响摩擦系数和损伤机制的两个颗粒尺寸临界值；当颗粒尺寸大于临界值约75 μm时，颗粒难以穿过密封界面，但少数颗粒能嵌入到摩擦副的接触区两侧，犁削作用下的金属表面产生较深的犁沟；当颗粒尺寸介于两临界值内时，接触副两侧形成“颗粒嵌入带”，颗粒以单独或颗粒群形式嵌入到橡胶内，尽管犁削了配副金属但也起到了良好的承载作用，表现出较低的摩擦系数并减缓了橡胶的磨损；当颗粒尺寸约小于另一临界值12.5 μm时，颗粒能较自由地通过摩擦界面，对配副金属表面起到了抛光效应，但也加速了橡胶的冲蚀磨损，橡胶磨损表面呈现“突脊-犁沟-突脊”交替特征，因此工程上应尽量避免此类现象的发生.      

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.     

接触式机械密封端面摩擦系数影响因素分析与试验

通过理论模拟计算和试验,研究并分析工作参数和端面形貌分形参数对接触式机械密封端面摩擦系数的影响.依据接触式机械密封端面摩擦系数分形模型,并考虑端面摩擦系数与端面平均温度的相互耦合关系,通过模拟计算,对B104a-70型机械密封端面摩擦系数的影响因素进行分析.计算结果表明,端面摩擦系数随着弹簧比压的增大而增大,随着密封流体压力的增大而减小;当转速较小时,端面摩擦系数随着转速的增大而增大,当转速增大到一定数值后,端面摩擦系数则随着转速的增大而略有减小;端面摩擦系数随着软质环端面分形维数的增大和特征尺度系数的减小而增大,且端面越光滑增大的幅度越大.通过在不同的弹簧比压、密封流体压力和转速下的试验对理论计算结果进行了验证,试验密封流体为15℃清水.结果表明:随着弹簧比压、密封流体压力及转速的变化,摩擦系数理论计算值与试验值的变化规律相同;当转速和密封流体压力均较小时,最大相对误差为21.74%;而当转速达到正常工作转速2 900 r/min时,最大相对误差为5.08%.     

聚乙烯醇水凝胶/钛合金摩擦磨损特性的正交试验研究

利用冷冻-解冻法制备聚乙烯醇(PVA)水凝胶,运用正交试验法在球-盘摩擦磨损试验机上研究滑动速度、载荷和润滑状态对PVA水凝胶/钛合金摩擦副摩擦系数的影响及在不同载荷下的磨损性能.结果表明:滑动速度、载荷和润滑状态3种因素对PVA水凝胶/钛合金球摩擦副的摩擦系数影响显著程度由高到低依次为载荷＞滑动速度＞润滑状态;在干摩擦和水润滑状态下,摩擦系数变化甚微,平均摩擦系数随滑动速度的增加而下降,随着载荷增加而升高;当转速从110 r/min升至220 r/min时,平均摩擦系数从0.038降至0.031,降幅达19.4%;当载荷从5 N增至10 N时,平均摩擦系数从0.027增至0.042,增幅达51.8%;PVA水凝胶的磨损率随载荷增加而降低且载荷对磨损率影响的显著程度逐渐降低;当载荷从5 N增至10 N时,磨损率降幅高达2.6倍,当载荷从10 N增至15 N时,仅下降35%.     

传动装置密封环摩擦磨损性能研究

为分析车辆传动装置密封环在高速高压工作环境下的磨损失效,利用自主研制的试验台研究了速度、接触压力和介质油温对密封摩擦副摩擦磨损特性的影响;利用扫描电子显微镜观察了磨损程度不同的密封环端面的表面形貌,并探讨了其磨损机理.结果表明,在设定的试验条件下,密封摩擦副的摩擦系数随着压力的增大和转速的升高先急剧减小再降幅减缓后趋于稳定,而压力对摩擦状态的影响要比转速显著.密封环端面温度与摩擦状态之间存在相互影响的特征.密封介质性质同样影响着密封环的摩擦状态.在稳定磨损阶段,密封环的磨损机理以磨粒和黏着磨损为主导,当进入到剧烈磨损期后,磨粒磨损和疲劳磨损的影响更为突出.     

接触式机械密封混合润滑状态摩擦演化规律研究

接触式机械密封在运转中主要处于混合润滑状态,为探究其混合润滑状态下摩擦机理,结合粗糙面弹塑性模型,求解考虑密封端面粗糙度效应的雷诺方程,探究了转速和介质压力等工况条件对密封混合润滑状态密封摩擦参数的影响,推导了密封声发射波能量公式,将密封混合润滑状态分为磨损期和稳定期,应用1.5维谱理论提取密封特征频率,探究混合润滑状态摩擦演化规律.研究结果表明摩擦参数影响密封声发射波能量幅值且密封摩擦形式随混合润滑状态发生变化：在磨损期,微凸体接触特征频率幅值较大,密封端面间摩擦以微凸体接触为主;在稳定期,流体膜黏性剪切摩擦特征频率幅值变大,黏性剪切效应增强,密封端面只存在局部微凸体接触.所得结论对接触式机械密封混合润滑状态摩擦机理的研究具有一定的理论指导意义.     

环境气氛对C/C复合材料载流摩擦学性能的影响

在HST-100销盘式高速载流摩擦磨损试验机上,以电流、速度、载荷为试验参数对C/C复合材料/QCr0.5摩擦副进行载流摩擦磨损试验,分别分析空气、氮气对C/C复合材料磨损率和摩擦系数的影响.试验结果表明:相较于空气气氛,氮气气氛下摩擦系数较高,磨损率较低.通过扫描电子显微镜和能谱仪对不同气氛下材料磨损表面形貌和成分进行观察,从微观上解释了两种气氛对C/C复合材料磨损率和摩擦系数的作用机理.     

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.     

ZCuPb20Sn5合金耐磨性能研究

ZCuPb₂₀Sn₅合金作为柱塞泵转子内衬材料，因其含铅量高，而具有良好的减摩耐磨性能，可避免转子在工作中的磨损失效问题. 选用销盘式摩擦磨损试验机，以ZCuPb₂₀Sn₅和45钢为摩擦副，研究了不同PV值和油润滑条件下，ZCuPb₂₀Sn₅合金的摩擦磨损性能. 结果表明:随着PV值的增加，ZCuPb₂₀Sn₅合金的摩擦系数先增加后减小，而磨损率呈增加趋势. 在载荷50 N和线速度2.410 m/s条件下，摩擦系数和磨损率最低，摩擦系数最低能达到0.010，平均摩擦系数达到1个最低峰值点0.063；在载荷250 N、线速度3.610 m/s以及PV值为126 MPa·m/s的条件下，摩擦系数达到另一低峰值0.070，磨损率为2.972×10?7 mm3/(N·m). PV值最大时，摩擦系数和磨损率最大. 载荷小于150 N时，在油润滑的作用下，主要磨损机制为轻微黏着磨损；载荷大于150 N时，在铅和油的协同作用下，以黏着磨损为主，少量磨粒磨损；当载荷大于250 N时，摩擦系数与磨损率均偏高，以磨粒磨损为主，局部有少量氧化磨损.      

Si_3N_4陶瓷/冷激铸铁的摩擦学性能研究

采用块 -盘摩擦磨损试验机考察了陶瓷与冷激铸铁在干摩擦条件下的摩擦磨损行为 .通过研究发现 ,该摩擦副的摩擦系数随载荷和速度的增大而减小 ,当载荷和速度较大时 ,陶瓷的磨损严重 ,而由于摩擦温度升高引起的冷激铸铁材料的转移也会使陶瓷出现负磨损 .对磨损表面的形貌分析和化学成分测试结果表明粘着磨损和疲劳磨损在磨损过程中占主导地位 .     

不同配副下ZrB2-SiC复相陶瓷的摩擦学性能

以微米级ZrB_2和SiC粉末为原料,采用热压烧结制备ZrB_2-SiC复相陶瓷,考察了SiC含量,摩擦对偶,速度和载荷对ZrB_2-SiC复相陶瓷摩擦磨损特性的影响.结果表明:ZrB_2-SiC复相陶瓷的摩擦系数和磨损率对SiC含量和摩擦对偶的变化较为敏感,速度和载荷变化,摩擦系数和磨损率的波动较大;以WC为对偶,速度0.1 m/s,载荷5 N时的ZrB_2-SiC复相陶瓷的平均摩擦系数和磨损率分别仅为0.4和2.41×10–4 mm3/(N·m).ZrB_2-SiC复相陶瓷的磨损机制以机械磨损为主,伴有轻微摩擦氧化,摩擦层的形成有利于摩擦系数的减小.     

关节软骨与髋关节陶瓷材料往复旋转运动摩擦行为研究

针对半髋置换的磨损问题,采用天然关节软骨与髋关节陶瓷材料在往复运动试验机上进行摩擦学试验研究.将关节材料测试领域常见的往复运动方式变为往复旋转运动方式以更加接近仿生.研究中还对摩擦时间、负载、速度和润滑的影响进行了研究,对材料形貌进行观测和分析.结果表明:随着载荷的增大摩擦系数相应减小,随着载荷从10 N增至22 N,软骨与陶瓷球头之间的摩擦系数从0.068降至0.049.随着速度增大摩擦系数增大,载荷为10 N时,速度从10 mm/s增至20 mm/s时,配副摩擦系数从0.068增至0.093.经过长时间试验,往复旋转运动方式下关节软骨表面出现磨损.透明质酸溶液作为润滑剂可以有效降低摩擦.试验后软骨表面粗糙度有小幅度增大,磨损形式是磨粒磨损和表面疲劳磨损两种方式.     

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.     

填充聚醚醚酮复合材料在水润滑下的摩擦学特性研究

研究了水润滑下炭纤维、石墨及聚四氟乙烯填充聚醚醚酮复合材料与不锈钢对摩时的摩擦磨损性能，利用扫描电子显微镜观察分析了磨损表面和磨屑形貌，利用X射线能量色散谱仪分析了磨损表面的元素组成．结果表明：炭纤维含量对摩擦副的摩擦系数影响不大，磨损率随着炭纤维含量的增加而减小；随着载荷增大，摩擦系数先降低而后升高，当载荷较小时，填充聚醚醚酮复合材料的磨损率随载荷增大而缓慢增加，当载荷超过一定值后，磨损率急剧增加；填充聚醚醚酮复合材料在较低载荷下主要呈现疲劳磨损特征，在较高载荷下主要呈现微切削特征．     

基于端面振动测量的机械密封摩擦学行为试验研究

针对接触式机械密封在运行过程中端面磨损引起性能退化缺乏有效的状态监测方法的问题,提出了用端面振动加速度测量机械密封摩擦学行为的方法.搭建了机械密封试验台,开展了机械密封摩擦学行为测试试验,采集了密封端面振动信号,提取了端面振动特征参数,探究了端面振动敏感特征参数随机械密封摩擦学状态的演变规律,基于试验数据构建了机械密封性能退化评价准则.结果表明：利用端面振动的监测方式可以实现机械密封的摩擦学状态监测;端面振动敏感特征参数模糊熵、均值和排列熵对摩擦学状态敏感;在密封介质压力一定的情况下,密封端面振动信号的模糊熵、均值和排列熵幅值随着机械密封转速的升高而升高,随着机械密封端面磨损程度的升高而升高;通过端面振动敏感特征参量可以表征机械密封的摩擦学状态.     

汽液两相流机械密封的研究进展

液体润滑端面机械密封是流程工业用机泵轴端密封的主要形式，且大量应用于航空航天、海洋工程装备和高端制造装备中，实际运行过程中其端面间液体膜常常发生相变，由此产生端面变形、干磨和密封失稳等现象，甚至完全失效，严重影响了有关设备或整个装置的安全可靠与稳定运行，因此开展汽液两相流端面机械密封研究具有重要意义. 本文中综述了近50年来汽液两相端面机械密封的研究现状，归纳出了机械密封的典型热源及其热传播途径，阐述了机械密封的相变原理，总结了端面流体膜参数的测量技术与方法；在试验研究方面，提出机械密封的端面液膜汽化主要与操作工况、几何尺寸和表面形貌或表面织构有关，其中端面液体入口和出口工况、平衡比和端面变形程度等受到关注，但缺少关于端面形貌或织构的深度研究，也缺少端面摩擦副合理配对的系统研究；在理论研究方面，提出了机械密封相变稳定性判据，以及间断沸腾模型、连续沸腾模型和薄膜均相沸腾模型等3种理论模型，比较了3种模型的优缺点并指出其适用范围. 指出建立合理的相变理论模型，实现相变密封的稳定运行，突破相变密封监控关键技术，构建智能型液体润滑机械密封是未来两相流机械密封的研究重点.      

激光多孔端面气体非接触机械密封稳定性分析

基于气体润滑理论,采用与螺旋槽端面密封的对比分析方法,研究了均匀分布激光加工多孔端面气体非接触机械密封的稳定性,数值分析了密封间隙、不对中角度和外界扰动对开启力、泄漏量、气膜刚度以及密封间隙扰动振幅等密封参数的影响规律.结果表明:多孔密封中的动压效应微弱,开启力与气膜刚度与转速无关,密封端面开启时容易发生接触磨损;多孔密封端面压力分布均匀,不对中引起的开启力波动幅度小,但是角向容易产生自激振动,密封环外侧容易发生接触磨损;多孔密封轴向气膜刚度较小,具有更小的扰动振幅,密封端面开启后有利于保持密封间隙的稳定,减少密封端面的接触摩擦.     

高速干摩擦条件下铝基复合材料的摩擦磨损行为研究

在MMS-1G型高速干滑动摩擦磨损试验机上,采用铝基复合材料和蠕墨铸铁作为销试样,研究了速度和接触压力对摩擦副摩擦磨损特性的影响.结果表明:摩擦副的摩擦磨损特性受控于所产生的摩擦热、材料的导热能力以及材料保持一定塑性变形抗力的温度条件三者之间的耦合作用;随着速度与接触压力的增加,摩擦副的摩擦系数显著降低;不同材料表现出不同的磨损行为;接触压力愈高,材料的摩擦磨损性能差异愈小;在本文试验条件下,当摩擦速度较低(＜100 m/s)时,蠕墨铸铁表现出良好的摩擦磨损特性,而速度较高(＞100 m/s)时, 铝基复合材料表现出较优良的摩擦磨损性能.     

规则多孔铜基自润滑材料的干摩擦磨损性能

采用液态金属浸渗法制备了以规则多孔铜为基体,纯铅为润滑相的新型自润滑材料,利用MMU-5G高温端面摩擦磨损试验机测试了新型自润滑材料在不同载荷下的摩擦系数与磨损率,并借助SEM、EDS、XRD等表征手段分析了新型自润滑材料试样在不同载荷下的摩擦磨损机理.结果表明:新型自润滑材料的整体摩擦磨损性能优于同等铅含量的铸造铜铅合金;新型自润滑材料在载荷大于200 N时,摩擦系数小于0.08,磨损率仅为铸造铜铅合金的1/10～1/5;增大铅含量,能够进一步降低摩擦系数;随着试验载荷的增加,磨损机制从磨粒磨损转变为塑性变形和粘附作用.