转速对水环境下纯铜滚动载流摩擦损伤的影响

使用滚动载流摩擦试验机研究了水环境下转速对纯铜滚动载流摩擦性能和表面损伤的影响. 转速从30 r/min增至480 r/min,水下摩擦系数从1.06降低至0.49,且水下摩擦系数远高于干态摩擦系数;水下接触电阻从0.57 Ω升高至6.4 Ω,且水下接触电阻比干态下更高. 分析可能的机制如下:低转速时水主要表现出毛细作用,导致摩擦系数较高,材料表面发生明显的层片状剥落;高转速时水体现出部分润滑作用,摩擦系数降低,但“水压”作用导致材料表面发生疲劳剥落. 不同转速下疲劳损伤形式转变是摩擦系数降低和水压作用增强竞争的结果. 本文试验条件下表面损伤形式转变的临界转速在200~240 r/min之间. 载流摩擦表面发生了电化学氧化,但由于低转速表面剥落严重,导致表面O: Cu原子个数比较低,接触电阻较低.      

环境湿度对碳/铜滑动接触副载流摩擦学行为的影响

弓网系统依靠受电弓滑板与接触网导线间的滑动电接触为电力列车输送电能,作为1个开放的摩擦学系统,外界环境对其服役行为具有显著影响. 本文中利用往复式载流摩擦磨损试验机,通过加装湿度控制模块,在滑动电接触条件下,以碳棒和铜棒为摩擦配副,研究了环境湿度对碳/铜载流滑动接触副摩擦学行为的影响. 结果表明:载流条件下的摩擦系数高于无电流工况;无电流工况下,平均摩擦系数均随环境湿度的增加而单调降低;但由于累积电弧放电能量、平均接触电阻与相对湿度的正相关性,导致载流条件下在35% RH后的摩擦系数几乎不受环境湿度的影响. 进一步发现,无电流工况下,碳棒上的黏着磨损和氧化磨损随相对湿度的增加逐步减缓,载流工况下,存在1个黏着磨损程度最低的最佳湿度值,出现在55% RH附近. 高湿环境下,加速了碳/铜载流滑动过程中碳棒磨损表面分子结构的变化.      

织构化表面NbSe2涂层的真空载流摩擦学行为

针对航天器滑动电接触部件特殊的真空载流服役要求,利用建立的真空载流摩擦试验平台,探索铜基材织构化表面喷涂NbSe₂涂层作为空间新型导电润滑材料的可能性.研究条状和网状不同织构以及各自在不同织构密度条件下喷涂NbSe₂涂层的真空载流摩擦学性能和影响作用规律;对比现役电镀金涂层,探讨其在真空载流条件下摩擦学和电接触行为优势.结果表明：网格状较条状织构表面喷涂NbSe₂涂层的载流摩擦学性能更好,而且随织构密度的增加,减摩耐磨性能得到提高.织构间距为200μm的网格状织构表面喷涂的NbSe₂涂层展现出最佳的真空载流摩擦学性能.相较于现役的金电镀层,其在真空载流摩擦条件下展现出更加优异的摩擦学和电接触性能,摩擦系数由0.25降至0.05,接触电压与现役材料处于同一量级,电噪音波动明显改善,由0.09V降至0.04V.     

反应烧结Ti3SiC2材料的载流摩擦磨损性能

采用HST-100型摩擦磨损试验机,研究了载流条件下法向载荷和电流对Ti3SiC2材料摩擦磨损性能的影响,同时借助JSM-6700F型扫描电子显微镜研究了Ti3SiC2材料的磨损机理.结果表明:当电流为0 A时,Ti3SiC2材料磨损主要以机械磨损为主,随着载荷的增加,摩擦系数逐渐减小,在120 N时达到最小值0.32.在载流条件下,Ti3SiC2材料磨损主要以电弧烧蚀和机械磨损为主,随法向载荷的增加摩擦率逐渐减小,在120 N时磨损率接近于非载流条件下单纯的机械磨损量2.2×10-6mm3/(N.m).在高载荷和不同电流条件下,Ti3SiC2材料均表现出良好的载流摩擦磨损性能.     

微载荷含油轴承摩擦性能研究Ⅰ.摩擦试验机设计

研制了1种针对径向轴承的微载荷摩擦试验机,介绍了其工作原理及结构,即利用外加载荷抵消浮动测试架重量以施加微小载荷,并利用激光位置传感器(PSD传感器)实现无接触位移测量;同时测量了摩擦副的转动角度并计算出摩擦系数;采用摩擦转角测量法和外加力矩平衡摩擦法测量微载荷下的摩擦性能,以测量时间末端位置作为位置基准,通过极限偏载平衡进行载荷标定.结果表明:微载荷摩擦试验机可应用于径向轴承在微小载荷下的摩擦力测量;可以通过在较大范围内设置结构参数来研究径向轴承的摩擦特性;并可利用数据采集技术研究速度和载荷连续变化条件下的摩擦性能.     

外加直流电场对DLC/PAO固液复合润滑体系摩擦学行为的影响

本文中利用球-盘式载流摩擦试验机研究了DLC/PAO固液复合润滑体系在外加直流电场中的摩擦学行为,考察摩擦副滑动速度、加载电压以及回路电流的影响,结果表明:外加直流电场对复合润滑体系摩擦磨损行为的影响与摩擦副的滑动速度密切相关,这源于不同润滑状态时DLC薄膜的电气损伤行为以及薄膜的结构、成分变化.根据润滑状态和外加电压的不同,DLC薄膜的电气损伤可以表现为线状隆起或烧蚀坑,其中线状隆起型损伤源于载流摩擦界面的焦耳热,烧蚀坑损伤则源于摩擦对偶之间的拉弧放电及PAO油膜的击穿.Raman光谱显示电气损伤区DLC薄膜发生显著的石墨化转变,且石墨化程度取决于回路电流的大小.外加电场条件下DLC薄膜的石墨化转变虽然在一定条件下可使复合润滑体系的摩擦系数降低,但削弱了DLC薄膜的抗磨性能,使薄膜的磨损表现为电气损伤和机械磨损的耦合.     

载流条件下碳纤维细编穿刺织物增强铜复合材料摩擦磨损性能研究

本文采用低压辅助熔渗法制备碳纤维细编穿刺织物增强铜(3D-Cf/Cu)复合材料,研究了载流条件下该复合材料的摩擦磨损特性.结果表明:载流条件下,由于电弧的作用,3D-Cf/Cu复合材料表面产生氧化磨损;载荷和速度一定时,随着电流的增大,3D-Cf/Cu复合材料的摩擦系数逐渐降低,磨损率逐渐增大.相同实验条件下,3D-Cf/Cu复合材料的摩擦磨损性能优于纯Cu.     

电弧能量对浸金属碳滑板材料载流摩擦磨损性能的影响

在销盘式高速载流摩擦磨损试验机上,通过正交试验考查了电弧能量对浸金属碳滑板材料载流摩擦磨损性能的影响;利用统计学相关系数理论和非线性回归分析,对电弧能量与摩擦系数、比磨损率进行定量比较分析,发现电弧能量与摩擦系数间存在一定的相关性,并与比磨损率间存在幂函数的关系;借助扫描电子显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪结合摩擦表面宏观温度的测量,分别对销试样电弧侵蚀后的表面膜微观结构、相组成及磨屑进行分析.结果表明:电弧能量严重影响摩擦副的载流摩擦磨损性能;电弧热效应使得局部接触表面温度超过熔点,浸渗金属熔融渗出摩擦表面,并使基体碳气化沉积于摩擦盘上,使得电弧侵蚀机理表现为材料转移和熔融喷溅.     

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.     

不同载荷和速度下氧化锆/不锈钢摩擦副电控摩擦行为的实验研究

在十二烷基硫酸钠水溶液润滑条件下,利用球盘摩擦试验机研究了滑动速度及载荷对正向?反向和开路3种电压控制模式下ZrO₂ 球/不锈钢盘的电控摩擦行为的影响.结果表明:在正向控制电压和开路模式下,摩擦系数均随滑动速度增加而迅速降低,但开路模式下的摩擦系数显著低于正向控制电压时的摩擦系数;而在较低的反向电压作用下,摩擦系数低于前两种控制模式下的值,并且随速度降低或载荷升高变化很小,保持了较低的摩擦系数.基于不同电压控制模式下十二烷基硫酸根阴离子在摩擦表面上的不同吸附行为对所观测到的摩擦行为进行了机理分析和解释.     

摩擦与滚阻对被动行走器步态影响的研究

本文研究了圆弧足被动行走器支撑足与地面间的摩擦系数和滚阻系数对被动行走器步态的影响. 首先分别利用扩展的 赫兹接触力模型和LuGre摩擦模型描述了支撑足与地面接触点处的法向支撑力和切向摩擦力,并考虑了行走过程中支撑足 所受的滚动摩阻;其次利用第二类Lagrange方程推导出了该系统的动力学方程,并通过与已有成果的对比确定 了合适的LuGre摩擦模型参数;最后仿真分析了摩擦系数和滚阻系数对被动行走器步态的影响. 研究发现:摩擦系数的改变 虽然对被动行走器行走的平均速度、步幅,以及支撑足接触点处的最大法向接触力的影响较小,但摩擦系数的减小 会改变其行走步态类型,如发生倍周期分岔甚至混沌现象;然而,滚阻系数的改变会对行走器行走的 平均速度、步幅,以及支撑足接触点处的最大法向接触力的影响较大,尚未发现滚阻系数的改变会引起其行走步态的变化.      

考虑摩擦因素的结合面切向接触刚度分形预估模型及其仿真分析

为建立更完善和精确的结合面接触刚度模型,本文根据分形理论和摩擦学原理,从微观角度建立了考虑摩擦因素的结合面切向接触刚度分形预估模型.通过数值仿真分析研究了接触载荷、分形维数、摩擦系数和接触面积等因素对结合面切向接触刚度的影响.分析结果表明:结合面切向接触刚度随法向载荷和分形维数的增加而增大,而随分形尺度参数的增大而减小;摩擦系数对结合面切向接触刚度的影响较大,不同实际接触面积下的切向刚度相差较大;当分形维数较小时,摩擦系数对结合面切向刚度的影响将降低.这些研究对于进一步开展结合面的动力学特性研究具有重要意义.     

粉末冶金Cu-Fe复合材料的摩擦磨损行为

研究了 Ｆｅ 含量、施加载荷和滑动速度对粉末冶金 Ｃｕ Ｆｅ 复合材料摩擦磨损性能的影响,并用电子显微镜和 Ｘ 射线能谱分析了 Ｃｕ Ｆｅ 复合材料的磨损机理．结果表明：载荷和滑动速度对摩擦系数影响不大, Ｃｕ Ｆｅ 复合材料的摩擦系数随 Ｆｅ 含量的增加略有增加;在低载荷下,随 Ｆｅ 含量的增加, Ｃｕ Ｆｅ 复合材料的耐磨性提高;当载荷大于 ２００ Ｎ 时,含 Ｆｅ 量高的复合材料的耐磨性反而降低;在低载荷高速滑动条件下,随滑动速度的增加, Ｃｕ Ｆｅ 复合材料磨损率下降     

天然关节软骨与医用不锈钢摩擦磨损行为研究

采用天然关节软骨与不锈钢摩擦副在往复运动试验机上进行关节软骨的摩擦学试验研究,探讨载荷、速度、润滑和作用时间对摩擦磨损行为的影响并分析其作用机理,并对摩擦磨损前后的软骨表面进行分析.结果表明:随着载荷从10 N增至22 N,软骨与不锈钢间的摩擦系数从0.147降至0.117;在同样的润滑和压力下,速度越大软骨和不锈钢的摩擦系数越小;透明质酸溶液可以有效降低软骨与不锈钢之间的摩擦,长时间试验后摩擦系数基本保持在0.23左右.试验后软骨表面出现磨损并伴有大量磨损颗粒,表面有明显的划痕出现,磨粒的粒径大小分布范围较窄,小尺寸的磨粒数目较多.     

不同润滑材料对轮轨磨损与滚动接触疲劳的影响

通过轮轨滚动接触模拟试验研究了干态、施加轨顶摩擦调节剂、润滑油和润滑脂工况下的轮轨摩擦、磨损和损伤行为,分析了不同润滑材料对轮轨滚动接触疲劳损伤的影响. 结果表明:施加轨顶摩擦调节剂可将轮轨摩擦系数调控至0.1~0.3范围内,车轮和钢轨试样磨损率较干态下分别降低了54.9%和26.3%,轮轨表面损伤、塑性变形和滚动接触疲劳损伤明显降低;施加润滑油和润滑脂具有更加显著的润滑和减磨效果,摩擦系数降低至0.1以下,磨损率降低85%以上,但润滑油和润滑脂会进入裂纹内部产生“油楔效应”,导致严重的滚动接触疲劳损伤,而轨顶摩擦调节剂的固体润滑特性则避免了该问题的产生.      

接触应力对轮轨材料滚动摩擦磨损性能影响

利用MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机研究了接触应力对轮轨材料的滚动摩擦磨损性能影响.结果表明：随接触应力的增加,滚动摩擦系数呈增加趋势,车轮和钢轨试样磨损加剧;相同接触应力水平下,车轮试样磨损量大于钢轨试样,表面损伤严重;随接触应力的增加,车轮试样表面从犁沟且轻微剥落向严重剥落损伤转变,钢轨试样表面损伤主要表现为犁沟效应并伴随有剥落现象,但相比车轮试样的剥离损伤要轻微.     

激光离散处理车轮钢-钢轨钢摩擦副的摩擦学性能研究

将激光离散处理前后的车轮试样分别与钢轨试样匹配,利用滚动接触摩擦磨损试验机测试各摩擦副的摩擦系数和磨损率,研究激光离散处理对轮轨摩擦副滚动接触摩擦磨损性能的影响.结果表明:车轮试样经过激光离散处理后,其抗磨损性能大幅增加,对应的轮轨试样摩擦副的摩擦系数小幅增加,其对摩钢轨试样的磨损加剧.未处理车轮试样主要发生剥层磨损并伴随轻微的疲劳磨损;处理后的车轮试样主要发生疲劳磨损并伴随轻微的剥层磨损.这是由于激光离散处理提高了车轮试样表层材料的抗塑性变形能力,从而抑制了材料的剥层磨损.各钢轨试样均发生剥层磨损,但是车轮试样经激光离散处理后,对应钢轨试样的剥层磨损加剧.     

基于表面织构技术改善摩擦学性能的研究进展

利用表面织构技术改善材料表面摩擦学性能已被大量应用于许多工程领域. 然而,通过表面织构技术提高材料表面的减摩耐磨性能的确切机理仍不清楚,因此,研究人员进行了大量表面织构几何特征和工况条件的优化来研究表面织构技术的机理及应用范围. 本文作者回顾了近年来表面织构技术在控制摩擦方面的主要研究成果,从不同润滑条件下的减摩机制与理论模型展开讨论,重点从表面织构的几何特征和实际工况条件两个方面来评述改善材料表面摩擦学性能的最新进展,其中,几何特征包括表面织构的纹理形状、直径、深度、面密度和排列方式;实际工况条件取决于摩擦形式及操作条件,根据摩擦系数、磨损量、承载能力、阻力系数及升力系数等体现摩擦学性能的参数,对改善表面摩擦学性能的参数和条件进行分析和总结. 深入研究精确的理论模型和普适性的模拟方法并开发改善摩擦学性能的参数优化方法是未来的研究重点和方向.      

钢轨短波长波浪形磨损的安定性分析

针对轮-轨滚动接触的短波长波浪形磨损现象,采用有限元法分析了三维实体模型的接触状态,通过计算分析了高频力作用下接触表面的塑性变形过程.结果表明:在一定的运动条件下,由于重复滚压作用,接触表面发生硬化并达到安定极限状态,生成有规律的短波长变形;钢轨表面塑性变形受枕木间距的影响;就具有随动硬化特性的钢轨材料而言,当摩擦系数μ<0.3时,屈服现象发生在材料表层下方;随着摩擦系数的增大,接触表面的切向力增大,安定极限的临界接触压力Po降低,屈服点移向接触表面,材料失效加快.