添加剂与铝合金的相互作用研究 Ⅰ.静态反应膜及油润滑下的摩擦学性能

静态下分别于２５℃，９０℃及１８０℃下进行硫化异丁烯（ＳＯ）、亚磷酸二正丁酯（ＤＢＰ）、ＳＯ＋ＤＢＰ的混合物（质量比２０∶１）、二烷基二硫代磷酸锌（ＺＤＤＰ）及十二酸（ＬＡ）５种添加剂均以质量分数为２％的比例添加到液体石蜡（ＬＰ）中与铝合金进行油浸试验．用动－静摩擦系数精密测定仪评价了在铝合金表面上所形成的静态反应膜的摩擦磨损行为，并考察了上述添加剂在ＬＰ中对铝合金－钢摩擦副的润滑作用．结果表明：静态反应膜的摩擦磨损行为与添加剂的化学活性密切相关，其中ＤＢＰ最易与铝合金发生反应，故其反应膜具有最低的摩擦系数和最长的耐磨寿命；ＺＤＤＰ在１８０℃下的静态反应膜具有较低的摩擦系数和较长的耐磨寿命；ＳＯ、ＳＯ与ＤＢＰ的混合物及ＬＡ的静态反应膜则不具有减摩抗磨性能，预示这些添加剂在ＬＰ中不与铝合金发生较强的化学作用．含上述添加剂的ＬＰ润滑下的摩擦磨损试验显示，ＤＢＰ与ＺＤＤＰ具有较好的摩擦学性能．这表明添加剂在铝合金表面静态反应膜的摩擦磨损试验结果与其在常规润滑下的具有较好的相关性．     

氧化铝/钼自润滑结构陶瓷表面三维复合润滑层的制备与摩擦学性能研究

应用先进的激光表面加工技术,在Al_2O_3/Mo层状自润滑结构陶瓷表面制备了微坑型织构.将织构图案作为固体润滑剂的贮存槽,通过在其中引入固体润滑剂形成三维复合润滑层.考察了复配润滑剂对织构化氧化铝/钼复合陶瓷在室温至800℃连续加热过程中的协同润滑作用,并通过磨损表面分析探讨了其在宽温域下的润滑机理.结果表明:通过集成固体润滑剂优异的减摩抗磨性能和微织构特殊的结构特征,可使氧化铝/钼复合陶瓷在室温、中温区域的摩擦学性能得到显著改善,实现了材料在较宽温度范围内的连续润滑.复合Graphite/BaSO_4/CaF_2-BaF_2的表面在室温至800℃温度范围内的摩擦系数均保持在0.45以下.     

氮化硅陶瓷球与轴承钢的微动摩擦磨损特性与损伤行为研究

Si₃N₄陶瓷球具有高承载、轻质、减振降噪以及化学性质稳定等特点,作为滚动体广泛用于高速高精密轴承中. 针对轴承球与滚道间的微动摩擦磨损行为,以不同烧结工艺制备的具有不同烧结助剂配方的Si₃N₄陶瓷球为研究对象,开展其与轴承钢的微动摩擦磨损试验,分析比较了Si₃N₄陶瓷球烧结工艺和助剂配方对摩擦状态与损伤程度的影响. 结果表明:无润滑条件下,5AlEr和3AlY助剂配方的Si₃N₄陶瓷球具有更稳定的摩擦状态和更低的磨损程度;提高气压烧结温度可缓解微动损伤行为,降低损伤程度;热等静压工艺的引入虽然进一步缓解磨损行为,但总体减弱了Si₃N₄陶瓷球的耐磨性能,从而为轴承用Si₃N₄陶瓷球制备工艺的优化提供依据. 并进一步揭示了Si₃N₄陶瓷球摩擦损伤、剥落和疲劳裂纹的损伤行为与磨粒磨损、黏着磨损和疲劳损伤,以及摩擦化学反应相结合的损伤机制.      

钛合金表面自润滑复合耐磨结构的制备及其摩擦性能研究

本文中采用激光微加工法在TC4钛合金表面制备了不同形貌与分布密度的微观织构,将表面织构、热氧化膜与PTFE润滑薄膜相复合制备了自润滑复合耐磨结构,同时考察了滑动条件下织构形貌及织构密度对这一复合结构摩擦磨损性能的影响. 结果表明:与未织构面的润滑薄膜相比,织构面薄膜的结合力明显增大,表面织构与润滑薄膜的结合显著增强了材料的减摩抗磨性能. 在最优的织构密度下,含有薄膜的织构化钛合金表面的磨损率可降低至1.5×10?6 mm3/(N·m),较未织构面润滑薄膜的磨损率降低了99.3%. 而将经热氧化的织构表面与润滑薄膜的结合则进一步提升了材料的耐磨性,热氧化织构面润滑薄膜的磨损率最低可达8.0×10?7 mm3/(N·m),与未热氧化的织构面润滑薄膜相比,磨损率降低了46.1%. 在相同的织构间距条件下,线型热氧化织构面显示出低而稳定的摩擦系数与极低的磨损量,这主要得益于高密度微织构对润滑介质的有效补充以及高硬度热氧化膜的耐磨性起到了协同减摩抗磨的作用.      

45~#钢表面激光织构化及其干摩擦特性研究

采用声光调的固体Nd:YAG激光器在45#钢表面进行了织构化处理;采用栓盘摩擦试验机考察了织构化对其摩擦性能的影响;用三维轮廓仪及扫描电镜对摩擦试验前后试样的表面形貌进行了分析.研究结果表明:经过激光织构化的45#钢表面形成了较为规整的微坑型结构.在相同试验条件下与未织构面对比,织构面的摩擦系数均有不同程度减小且表现得更为稳定,并且磨损率也得到一定的降低,这是由于所制备的表面微坑起到了捕获磨屑的作用.对不同织构密度及织构尺寸样品摩擦性能的考察结果表明较大的织构密度及较大孔径更有利于减摩抗磨.     

油溶性羧酸镧的合成及其摩擦学性能研究

合成了1种不含硫磷的新型稀土化合物,该化合物在液体石蜡中具有较好的溶解性.热重分析(TGA)表明该化合物热稳定性较好.采用四球摩擦磨损试验机考察了其作为添加剂在液体石蜡中的减摩抗磨性能,结果表明当添加剂的含量为3.0%(w/w)时,与商业化的ZDDP相比具有更好的减摩抗磨效果.当与一定量的有机配体进行复配后,其性能可得到进一步提升.采用X射线光电子能谱(XPS)对磨斑表面进行了分析,结果发现La以羧酸镧和单质镧的形成存在,表明添加剂与金属表面发生了摩擦化学反应.俄歇电子能谱(AES)对元素的深度分布情况表明La向金属基体发生了渗透.含有羧酸镧的吸附膜和含有单质镧、羧酸亚铁的反应膜共同构成了高性能的边界润滑膜.     

咪唑啉硼酸酯的制备及其减摩抗磨机理研究

合成出4种咪唑啉硼酸酯润滑油添加剂,在四球摩擦磨损试验机和SRV微动摩擦磨损试验机上评价了4种添加剂在液体石蜡中的摩擦磨损性能,考察了其抗腐蚀性及热稳定性,并采用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪观察分析钢球磨损表面形貌及其表面膜中元素的化学状态.结果表明,所合成的添加剂具有良好的抗腐蚀性和热稳定性及极压抗磨减摩性能.这归因于含MBA-2的液体石蜡在摩擦过程中发生摩擦化学反应并生成由B2O3、氧化铁及含氮有机物等组成的混合膜.     

黏度、极性及配副因素在DLC薄膜固液复合设计中的影响

本文中系统研究了类金刚石(Diamond-like carbon,简称DLC)固体润滑薄膜与一系列不同黏度的烷烃、醇类液体润滑介质的复合润滑性能,并深入探讨了介质黏度、极性及摩擦配副在固液复合设计中的影响规律.我们发现所用DLC薄膜在所考察润滑介质中均表现出较好的稳定性及亲和性,而摩擦行为则呈现较大的差异:在非极性烷烃化合物润滑环境下,DLC/DLC和钢/钢摩擦副的摩擦系数随介质黏度的增加改变不大,钢/DLC摩擦副的摩擦系数则随着介质黏度的升高而逐渐降低;在极性的醇类介质中,钢/钢摩擦副的摩擦系数随着介质黏度的增大先下降后急剧上升,而钢/DLC和DLC/DLC摩擦副的摩擦系数随介质黏度的升高而降低.总之,介质黏度、极性和摩擦配副对体系润滑行为有很大影响,在进行固液复合润滑体系设计时,需综合考虑三者的相互作用关系.     

激光表面织构化对GCr15钢摩擦磨损性能的影响

本文利用Nd:YAG固体脉冲激光对GCr15钢样品表面进行了微坑织构化处理,考察了激光表面织构参数对其摩擦性能的影响,同时通过扫描电镜等对磨斑表面进行了分析.结果表明:与光滑面试样相比,经织构化处理的样品表面在干摩擦条件下虽然摩擦系数较高,但表现出了较好的抗磨性能;在贫油润滑条件下,织构面的摩擦系数与磨损均明显小于光滑面;在低载低速下较小孔径织构面摩擦系数较小,随着速度及载荷的增大,较大孔径织构面表现出更好的摩擦学性能.采用Stribeck曲线探讨了织构化表面与光滑面在贫油润滑下的润滑机理,结果表明织构面在试验条件下均保持油膜流体润滑状态.     

几种合成碳氢油的真空摩擦磨损行为研究

利用真空四球摩擦试验机系统考察了聚α-烯烃（PAO40,PAO10）和多烷基化环戊烷（MAC）2类合成碳氢油在空气、真空（压强小于6.0×10-4 Pa）和高纯氮气条件下的摩擦学性能,采用扫描电子显微镜（SEM）和非接触式三维表面轮廓仪观察了钢球摩擦表面的微观形貌,探讨2类合成碳氢油在空气、真空和高纯氮气中的润滑机理.结果表明：在空气中,由于连续的边界氧化膜和润滑油膜的存在,2类合成碳氢油的摩擦系数较低且能保持稳定,磨斑直径较小、磨痕表面光滑平整.在真空和高纯氮气中,由于润滑膜失效和剧烈温升,2类合成碳氢油的摩擦系数较高且剧烈波动,磨斑直径较大、表面可见明显的黏着磨损.