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.      

油润滑状态下颗粒尺寸对PTFE/316L密封界面摩擦学行为的影响

磨粒磨损是许多流体机械中橡塑密封件常见的失效形式, 外部入侵的污染物或内部衍生的磨粒往往突破材料的耐磨强韧极限. 本文开展了聚四氟乙烯(PTFE)/316L不锈钢摩擦副在油润滑工况下的磨粒磨损实验. 评价了颗粒尺寸作用下密封副的摩擦学性能和磨损机制. 结果表明 除纯油润滑状态外, 摩擦系数与316L磨痕表面损伤程度与颗粒尺寸呈现负相关, 颗粒临界尺寸前后的颗粒运行行为和损伤机制差异显著. 在颗粒临界尺寸之上时, 完整的颗粒仅钉扎入PTFE磨痕边缘而未能穿越密封界面, 部分被碾碎的颗粒可进入接触区域中心; 随着颗粒尺寸的减小, 单个嵌入颗粒演变为堆积性“颗粒群”, 表现出明显的“砂轮效应”; 在颗粒临界尺寸之下时, 颗粒粒度小于润滑油膜厚度, 摩擦副维持流体动力润滑状态, 摩擦系数较小. 密封界面内的磨粒流不断冲蚀配副金属, 形成特殊的“PTFE-颗粒-316L”三体滚动磨损.     

表面机械滚压处理(SMRT)316L不锈钢梯度纳米层在腐蚀介质下的摩擦学行为研究

采用表面机械滚压处理(surface mechanical rolling treatment，SMRT)技术在316L奥氏体不锈钢表面构筑了梯度纳米结构层. 利用透射电子显微镜(TEM)和纳米压痕仪等分析其微观组织、力学性能等基础上，重点探讨了SMRT前后316L在1 mol/L HCl溶液(以纯水环境作为对比组)中的摩擦学行为. 结果表明:经SMRT加工后316L表面梯度纳米晶层厚度达200 μm以上，表面硬化层厚度超过1.5 mm，表面硬度提升至基体近2倍；SMRT大大减缓了材料磨损，与基体试样相比，SMRT试样在腐蚀介质下减摩效果比纯水环境更明显，且在腐蚀环境下表现出优异的耐腐蚀性能，其磨损机制由处理前伴随严重剥落特征的疲劳磨损和磨粒磨损转变为轻微疲劳磨损. 因此，316L不锈钢机械滚压梯度纳米层在腐蚀服役环境下具有较高的潜在工程应用价值.      

两种激光熔覆涂层对轮轨材料磨损与损伤性能的影响

选用钴基合金粉末和铁基合金粉末，利用CO₂多模激光器对轮轨材料进行激光熔覆处理. 分析了钴基合金涂层和铁基合金涂层的微观组织、成分、硬度与应力状态. 未处理试样表面残余应力为拉应力，激光熔覆处理后，涂层表面残余应力为压应力. 利用MJP-30A滚动接触疲劳试验机对激光熔覆处理前后轮轨试样进行滚动摩擦磨损试验. 结果表明:激光熔覆处理后轮轨试样磨损率明显降低，其中激光熔覆钴基合金后，轮轨试样磨损率分别降低96.7%和98.9%，激光熔覆铁基合金后，轮轨试样磨损率分别降低81.7%和93.5%. 未处理轮轨试样表面损伤为疲劳损伤；钴基合金涂层表面损伤最轻微，磨痕表面光滑，出现轻微的小块剥落；铁基合金涂层表面出现细小裂纹和犁沟.      

轮轨界面摩擦学转变结构层特性及其研究进展

摩擦学转变结构层是轮轨系统滚动接触过程中形成的典型损伤特征,其发生、发展及其演变过程对轮轨界面失效具有重要的影响. 本文作者分析了轮轨界面摩擦学转变结构层[TTS,包括白色浸蚀层(WEL)、棕色浸蚀层(BEL)以及塑性变形层(PDL)]的典型特征和微观结构,重点讨论了当前轮轨界面TTS的研究现状及在形成机制上的分歧和争论,并介绍了近年来国内外学者应用先进分析测试手段开展TTS研究的相关进展;归纳总结了TTS对轮轨界面损伤的主要贡献,最后重申了TTS在轮轨摩擦学研究中的重要性并提出了今后研究的发展方向.      

雷列台阶-环槽端面密封机理与性能研究

基于质量守恒的JFO空化边界条件建立了雷列台阶-环槽机械密封端面润滑理论模型,采用有限单元法求解Reynolds控制方程,获得了端面膜压、密度比与液膜流线分布,分析了其密封机理与性能规律.结果表明:密封环端面内径侧的圆环浅槽和端面中部的圆环深槽组合结构可造成合理的空化现象,达到空化减漏的目的.其中,端面中部的圆环深槽是端面高压侧雷列台阶和端面低压侧圆环浅槽的隔离带,使得端面低压侧压力分布受端面高压侧压力分布的影响极小.密封流体进入低压侧圆环浅槽时,端面间隙突然发散,压力低于该工况温度下的饱和蒸汽压,整个圆环浅槽区液膜空化,达到零泄漏并出现大量的回流现象.外径侧雷列台阶提供良好的动压承载能力,实现了端面的非接触.雷列台阶和环槽织构的组合应用使得该机械密封具有优良的综合性能.     

配副金属表面粗糙度对丁腈橡胶O型圈摩擦学特性的影响

UMT-3多功能摩擦磨损试验机上,以丁腈橡胶O型圈/316L不锈钢粗糙表面配副为研究对象,系统研究了配副金属表面粗糙度对丁腈橡胶摩擦学行为的影响,重点探讨了不同表面粗糙度下摩擦系数和磨损体积的变化规律、揭示了不同表面粗糙度下橡胶表面的损伤机制.结果表明:表面粗糙度对丁腈橡胶O型圈的摩擦磨损有重要影响;随着表面粗糙度的增加,稳定阶段的摩擦系数呈先降低后升高的变化趋势.当表面粗糙度在Ra为0.1μm左右时,丁腈橡胶表现出较低的摩擦系数和材料磨耗,磨损表面呈现出典型的花纹磨损特征;而过高或过低的表面粗糙度下丁腈橡胶均表现出较高的摩擦系数和材料磨耗,其磨损机制以黏着磨损和疲劳磨损为主.     

机械密封热力耦合有限元模型与密封性能分析

以接触式机械密封为研究对象,考虑密封环的热力变形和液膜温度、厚度等的耦合关系,建立了二维轴对称热力耦合计算模型,采用有限元与数值迭代技术实现了模型的数值解算,研究了密封端面热力变形规律,分析了不同密封压力下的密封性能.结果表明:热力耦合变形作用下,端面形成收敛型泄漏间隙,最小膜厚位于端面内靠近内径侧位置,最高温度位于最小膜厚处;随密封压力的增大,端面最小膜厚减小,端面最大温升、摩擦扭矩和泄漏率相应增大.采用的模型和计算方法可用于海洋装备用机械密封结构的优化设计.     

纯钛与Ti6Al7Nb合金氮离子注入层在小牛血清溶液中的扭动微动磨损试验研究

文中主要研究了纯钛、Ti6A17Nb基体以及经过氮离子注入后的改性层的扭动微动磨损行为.氮离子注入采用高能离子注入机及增强沉积系统,加速电压为50 kV,注入剂量分别为1×l017、5×1017和9×1017cm-2.采用球/平面接触模式,对纯钛和Ti6Al7Nb合金/(Zr2O球(直径为25.2 mm),接触副在小牛血清介质条件下进行了纯钛和Ti6Al7Nb合金及其改性层的了扭动微动磨损试验.借助X衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、三维形貌仪(3D)和扫描电镜(SEM)分析了两种材料及其改性层的化学成分、微动磨损磨痕形貌和微观组织结构,探讨了纯钛和Ti6Al7Nb合金基材和改性层的扭动微动运行行为和损伤机制.研究结果表明:用氮离子注入方法处理钛及其合金,生成的氮化物层能够改善材料表面的综合性能,提高其扭动微动磨损的耐磨性.纯钛和Ti6Al7Nb基体的磨损现象为氧化和剥落,其离子注入层的磨损现象为犁沟.     

橡胶材料摩擦学理论及试验研究进展

橡胶高分子聚合物因其良好的物化和力学特性而被广泛应用于工业领域. 本文首先综述了橡塑摩擦学的主要理论研究成果, 随后从改性、改形、磨粒磨损以及研究方法等方面介绍了近5年来橡塑试验摩擦学的一些研究进展, 最后对橡塑摩擦学可能聚焦的未来发展方向进行了展望.