微孔贯通型高温自润滑金属陶瓷的摩擦磨损性能研究

以TiH2和CaCO3为复合造孔剂,以硬质微细颗粒为惰性弥散质点,采用真空烧结法制备出具有贯通型微孔结构的Al2O3-Ni-Cr-Mo-Si-Fe系金属陶瓷烧结体,并在烧结体中浸渍Ag-Cu-Pb-Sn系浸渍型固体润滑剂制备出新型高温扩散自润滑材料.结果表明:该材料具有良好的高温自润滑和耐磨性;在600℃下与不同配对材料进行摩擦磨损试验时,摩擦系数变化范围为0.22～0.29,磨损率变化范围约为(6～7)×10-15m3/N·m;润滑膜主要由浸渍在贯通型微孔中的浸渍型固体润滑剂通过微孔向摩擦表面的扩散、并在高温摩擦条件下被软化或熔化而形成.     

含油轴承表面供油行为与自润滑机理分析

含油轴承是一类重要的减摩自润滑零件,轴承基体中油液的渗流特性对表面润滑性能有重要影响. 建立含油轴承孔隙渗流与表面油膜润滑的耦合力学模型,分析含油轴承系统中油液的渗流特性,探讨轴承表面油液的供油行为与自润滑机理. 结果表明:在含油轴承的收敛区内同时存在周向旋转流、径向伸缩流和法向渗析流,油液在各方向上的流动状况由该向流体压力梯度决定;受油膜压力影响,油液在接触区向多孔基体渗入,在接触区入口部位向多孔表面析出,由此构成了油液渗入和析出的闭环速度流线,增强摩擦界面间的泵吸效应. 油液在法向上的渗析速度随中心膜厚增加而减小,随转速升高而增大,渗析速度越大,对泵吸效应的增强作用越显著,接触区入口的油液也更易进入摩擦界面,保障含油轴承的良好自润滑效果. 研究结果对揭示含油轴承的供油自润滑机理具有重要意义.      

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.     

金属衬背的自润滑烧结材料在工业机械中的应用

由于自润滑复合材料具有节能和满足自动化工业机械中多种需求的双重能力,所以它的使用在日本日益引起人们的注意。 这些复合材料正作为滑动轴承,在定位装置、冲压模和汽车制造中的压力机中使用着。要求新型复合材料的工业性能与普通油浸渍的烧结金属及金属固体润滑剂的组合材料这样一类轴承材料相比,必须更加满足高的屈服强度,高的承载能力和高的耐磨性的特殊应用。同时,也必须满足商业上所要求的低的制备成本。因此,研究了由硬的金属衬背支承的Cu—Ni—Sn—P—石墨烧结材料组成的双层自润滑轴承。基体材料复合是用滚压金属粉末与扩散粘结相结合的方法制备的。从使用试验得到了这种新型复合材料体系的摩擦和磨损的满意结果。     

多孔聚酰亚胺含油材料的储油性能及摩擦学行为研究

通过冷压热烧结技术制备了多孔聚酰亚胺（PI）材料,利用其多孔结构分别浸渍不同性质的润滑油M1、M1001和P200得到3种PI含油材料.研究了多孔PI材料的微观结构,并考察了PI含油材料的储油性能和摩擦磨损性能.结果表明：多孔PI材料呈现＂墨水瓶＂型贯通孔结构,孔径分布较窄约为1.6μm,孔隙率为26%,3种PI含油材料的含油率只与所含润滑油密度相关,而油保持率大小则随着润滑油黏度的增大而增大;在摩擦过程中3种PI含油材料的摩擦系数均稳定且小于0.1,对于含润滑油M1和M1001的PI含油材料其摩擦系数随着转速的提高而增大,而含P200的PI含油材料的摩擦系数却随着转速的增大而明显降低.根据上述实验结果,提出多孔PI含油材料的纳米薄膜润滑模型.     

复层孔隙分布铁基粉末冶金材料的力学和摩擦学性能

采用粉末冶金工艺制备基体致密、表层多孔含油的复层铁基含油材料，利用SEM、EDX和XRD分析材料微观组织形貌、组元和物相组成及断口形貌，并基于HDM-20端面摩擦磨损试验机评价其摩擦磨损性能. 结果表明:在铁基粉末冶金材料中添加适量TiH₂可有效提高材料的孔隙率，同时在孔隙附近内生TiC硬质相，有效弥补孔隙对力学性能削弱；添加TiH₂后，材料的硬度提高，压溃强度有所降低，材料的断裂机理逐渐由韧性断裂转变为脆性断裂；随着TiH₂含量增加，材料的摩擦学性能呈现先变好后恶化趋势，含质量分数3%TiH₂材料的综合力学和摩擦学性能较好，能实现较高强度与良好自润滑特性的统一. 研究工作为研制高性能铁基含油轴承材料提供新的思路.      

填充MC尼龙自润滑材料及其应用的研究

本文报导了一种新近研制成的含有二硫化钼、石墨和氮化硼的填充MC尼龙自润滑材料的性能和浇铸工艺。这种填充MC尼龙自润滑材料具有低的摩擦系数和良好的耐磨性,可在少油或无油状态下使用。用它代替铸青铜做成轴承后,解决了开放式炼胶机不能满负荷运行、漏油、抱轴等问题,它的使用寿命比原用铸青铜轴瓦长六倍,也比尼龙6和纯MC尼龙轴瓦的摩擦磨损性能好。这种自润滑材料还在蜗轮减速器上得到了成功的应用。     

微载荷含油轴承摩擦性能研究Ⅱ.摩擦试验分析

采用自行研制的径向轴承微载荷摩擦试验机研究了微载荷下径向含油轴承的摩擦性能,采用小波方法对试验数据进行滤波降噪.结果表明,含油轴承在稳定微载荷状态下的瞬态摩擦系数不固定,且随着润滑剂、轴承转速、径向载荷与混合润滑状态等因素而变化.在微载荷状态下,当600 r/min、采用液晶添加剂(5CB)与46号机械油以体积比1%～2%配制的润滑剂润滑时,平均摩擦系数达到最小值;当转速从600 r/min增至3 000 r/min时,平均摩擦系数由小变大、再变小;瞬态摩擦系数随着载荷从0.5 N增至10.0 N呈现高-低-稳定的变化趋势.与混合润滑状态相比,充分润滑下的摩擦系数较大;当混合润滑时,在主轴转速为1 500～2 400 r/min下的摩擦系数出现不稳定.     

高温发汗润滑膜覆盖率预测模型的研究

本文基于高温发汗自润滑材料的特征,建立了其润滑膜的覆盖率模型.利用广义W-M函数产生的粗糙表面,讨论了摩擦表面粗糙度、环境温度及材料参数等因素对发汗润滑膜覆盖率的影响.研究表明:通过降低摩擦表面粗糙度、提高基体材料孔隙率,固体润滑剂熔浸深度和环境温度可以增加摩擦表面边界润滑膜覆盖率,改善摩擦副的摩擦学性能.研究为高温发汗自润滑材料润滑控制及其摩擦副的设计提供理论依据.     

碳酸钙纳米颗粒复合超分子凝胶润滑剂的摩擦学性能研究

采用碳酸钙纳米颗粒与全氟聚醚型超分子凝胶复合得到了一种新型的纳米颗粒复合超分子凝胶润滑剂. 超分子凝胶具有错综复杂的网络结构,有效地提高了碳酸钙纳米颗粒在全氟聚醚润滑油中的分散稳定性. 此外,碳酸钙纳米颗粒作为添加剂极大地提高了超分子凝胶的润滑性能,使其表现出较好的耐高温性能,以及较高的承载力. 采用差式扫描量热仪、热重分析仪和流变分析仪对该复合润滑剂的热力学性能进行表征,结果显示该复合润滑剂具有很好的热稳定性以及较好的力学性能. 最后,通过X射线光电子能谱(XPS)对其摩擦机理进行表征,结果表明碳酸钙纳米颗粒复合超分子凝胶润滑剂优异的摩擦学性能可归因于碳酸钙纳米颗粒在摩擦副表面形成了易剪切的薄膜,以及小尺寸的纳米粒子在摩擦过程中对摩擦表面进行的自修复效应.      

结构可控多孔聚酰亚胺含油薄膜的制备及性能研究

利用SiO2硬质微球作模板制备得到多孔聚酰亚胺薄膜,通过改变SiO2微球的含量可以实现聚酰亚胺薄膜孔隙率及内部孔结构的精确控制.利用多孔聚酰亚胺薄膜的多孔结构,真空浸油得到聚酰亚胺含油薄膜.分别对聚酰亚胺含油薄膜的热稳定性能、含油性能及摩擦磨损行为和寿命进行了考察.结果表明:含油薄膜最大含油率可达40.6%,其小孔径特点决定了含油薄膜具有较高的油保持率;润滑油自身的挥发温度决定了含油薄膜的使用工况,其浸入并未对多孔薄膜本身热稳定性能产生影响;润滑油的存在很大程度上提高了多孔聚酰亚胺薄膜的磨损寿命,并随着薄膜含油率的增加而延长;在低转速摩擦条件下,含油薄膜呈现干摩擦和油润滑2种摩擦方式.     

织构深度对不锈钢表面油润滑条件下摩擦学性能影响的试验和仿真研究

采用激光加工技术在不锈钢表面构造深度不同的沟槽型织构图案，通过UMT摩擦磨损试验机测试了不同织构深度的不锈钢表面在PAO6油润滑条件下的摩擦磨损性能，利用表面轮廓仪和扫描电镜(SEM)对摩擦前后的沟槽形貌进行表征分析，采用计算流体动力学(CFD)方法对试验进行模拟并计算，结合ANSYS Fluent软件模拟分析结果，探究了沟槽织构深度对不锈钢表面在油润滑条件下的摩擦学性能的影响机理. 研究结果表明:加工的沟槽织构及其织构深度显著影响不锈钢表面在PAO油润滑条件下的摩擦磨损行为，织构深度为10 μm的不锈钢表面获得最好的抗磨和减摩效果，与未织构表面相比，其摩擦系数与磨痕宽度降低了60%以上. 这主要是由于织构深度为10 μm的不锈钢表面在摩擦过程中，润滑油通过其收敛区域时产生了很好的楔效应，润滑油产生的升力较大，改善了该织构表面在摩擦过程的润滑状态，从而呈现很好的摩擦学性能.      

一种自润滑陶瓷摩擦磨损性能的研究

采用热压成型工艺制备了Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料,测试了其机械性能,并在MRH-3型摩擦磨损试验机上研究了其在室温下的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜观察分析了磨损表面形貌,进而研究了其摩擦磨损机理.结果表明:当CaF2含量为10%时,Al2O3/TiC/CaF2材料具有较好的力学性能;Al2O3/TiC/CaF2材料的摩擦系数随CaF2含量、载荷和速度的增加而降低;Al2O3/TiC/CaF2材料在高速摩擦条件下能够在磨损表面形成一层固体润滑膜,正是由于这层膜的存在使得其在高速、高载荷下具有较低的摩擦系数,而低速下其磨损机理主要是磨粒磨损,很难形成较完整的润滑膜,由于机械应力和热应力的共同作用,自润滑膜在反复摩擦下产生裂纹,从而导致其破坏.     

孔隙渗流对环面复层含油轴承润滑性能的影响

含油轴承基体中油液的渗流特性对轴承油膜润滑性能影响显著. 以不同孔隙率分布的环面复层含油轴承为研究对象，利用达西定律建立复层含油轴承基体中流体渗流的控制方程，在极坐标下建立环面复层含油轴承系统渗流润滑模型，研究复层环面副系统中油膜压力分布规律，分析轴承结构参数及孔隙渗流行为对油膜润滑性能的影响. 结果表明:复层含油轴承的流体动压力主要发生在环形摩擦面间，从摩擦界面到轴承底面，流体压力逐渐由外缘向圆心部位传导，流体动压力作用面积逐渐增大，压力峰值逐渐降低；随着倾角增大，摩擦界面间的油膜动压效应增强，油膜润滑性能变好；随着表层渗透率或厚度减小，摩擦界面间的油膜的渗流效应减弱，油膜润滑性能提高；与普通单层含油轴承相比，含致密表层的复层含油轴承能降低整体孔隙率，防止过多轴承间隙油液渗入多孔介质，提高轴承润滑性能. 研究工作为明晰环面复层含油轴承渗流行为及润滑机理提供一定理论依据.      

混合澄清槽搅拌装置滑动轴承设计及磨损性能研究

针对混合澄清槽搅拌装置运行工况的特殊要求,以改善其滑动轴承使用性能及寿命为目标,选用和研制WC-VC-Ni-Cr-Mo金属陶瓷复合材料(WN20)和铁-镍-铬-石墨-二硫化钼自润滑复合材料(FC13). 考察了复合材料的微观组织、力学和摩擦学性能,结果表明WN20金属陶瓷复合材料具有优异的力学性能,FC13金属基自润滑复合材料在干摩擦状态下具有良好的自润滑和抗磨损性能,是滑动轴承组件摩擦副轴瓦的合适材料. 根据固体润滑滑动轴承的设计原则,设计滑动轴承组件结构及相应的润滑方式. 采用C13金属基自润滑复合材料制造轴瓦,并通过嵌入特种润滑剂的方式进行辅助润滑,与WN20金属陶瓷轴组成摩擦副时,滑动轴承组件表现出优异的摩擦磨损性能,经过250 h摩擦试验,摩擦系数和轴瓦温度无显著变化,摩擦系数为0.08,轴瓦径向磨损量为3.8 μm,均满足混合澄清槽搅拌装置的使用要求.      

孔隙深度对多孔储液介质摩擦学性能的影响研究

多孔储液介质凭借其独特的孔隙结构可以储存并释放润滑介质,具备良好的自润滑性能. 利用计算流体力学(CFD)方法研究了孔隙深度对多孔储液介质摩擦界面流体压力分布的影响;考虑气-液界面的弯月面力作用,研究了不同孔隙深度的多孔储液介质气-液承载模型以及气-液二相的最小压差分布规律. 基于模拟计算结果,采用3D打印技术制备了不同孔隙深度的多孔储液介质,进一步考察了孔隙深度对其摩擦学性能的影响. CFD模拟结果表明合理设计孔隙深度能够增强多孔储液介质的流体动压润滑效应,孔隙深度较低会使得润滑升力不足,孔隙深度过高又会使得孔隙中流体产生回流循环,削弱楔形效应. 气体进入多孔储液介质摩擦副表面后,在孔隙中形成气-液二相受压承载,其最大承载力随着孔隙深度的增加先升高后趋于平稳,但孔隙深度越小,对润滑作用的积极效果越显著. 摩擦试验表明多孔储液介质的摩擦系数随着孔隙深度的增加呈先降低后增加的趋势,与模拟计算结果一致. 因此合理设计多孔储液介质的孔隙深度,能优化多孔储液介质的润滑性能.      

聚酰亚胺粘结MoS2基固体润滑涂层在油介质中的摩擦学性能

为了探讨聚酰亚胺粘结MoS2基固体润滑涂层在油介质中的摩擦学性能及其作用机理,采用MHK-500型摩擦磨损试验机对聚酰亚胺粘结MoS2基固体润滑涂层在4种油介质(RP-3煤油、SG 15W-40机油、0＃柴油和液体石蜡)中的摩擦磨损性能进行了评价,并对其机理进行了初步的探讨.结果表明：与干摩擦相比,涂层在此4种油介质中的摩擦学性能均得到显著提高,其中涂层在柴油介质中的抗磨性能的提高最为突出;同种油介质中,涂层在高速(2.56 m/s)、低载(1 120 N)下的耐磨性明显优于低速(1.54 m/s)、高载(2 120 N)下的耐磨性;在低速(1.54 m/s)、高载(2 120 N)下的煤油介质中,涂层表面的物理状态在摩擦过程中的变化最终导致涂层摩擦系数的起伏和较大的磨损率.