ATP改性UHMWPE水润滑轴承材料的摩擦学特性研究

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)轴承材料在低速重载工况下常发生严重磨损,通过添加改性填料能够显著提升其摩擦学性能. 凹凸棒土(ATP)作为一种改性填料能够增强基体材料的机械性能进而改善其摩擦特性,但是ATP作为填料往往会因为团聚效应而降低材料的补强效果. 通过对ATP进行表面改性处理可克服团聚效应,实现ATP与基体间的均匀共混. 通过表面化学包覆改性法制备由硅烷偶联剂KH570改性处理的ATP与UHMWPE共混制成复合材料,并与纯UHMWPE材料作对照试验. 利用RTEC摩擦试验机研究复合材料在水润滑条件下摩擦系数随载荷和转速的变化,以及材料填充含量对复合材料在低速重载(v=0.55 m/s、F_z=55 N)工况下磨损性能的影响. 利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)与电子万能材料试验机分别对ATP改性效果、熔融结晶行为及复合材料的重要力学性能进行表征测试. 试验结束后,利用表面轮廓仪与激光共聚焦显微镜观察复合材料表面形貌并分析其磨损机理. 结果表明:硅烷偶联剂KH570对ATP的改性效果良好,填充改性ATP能提高材料的邵氏硬度,且材料的拉伸性能随填充含量的提高呈下降趋势;对比纯UHMWP材料,复合材料的摩擦系数更低,适量的ATP填充能改善材料磨损性能,减小体积磨损率;试验中改性ATP质量分数为1%的复合材料其摩擦学性能最优,在低速重载时的摩擦系数及体积磨损率与纯UHMWPE相比分别降低了52.45%和37.58%.      

尼龙1010在水润滑下的摩擦学特性与磨损机理

利用往复式摩擦磨损试验机，研究了尼龙１０１０在水润滑条件下与Ａ３钢对摩时的摩擦学特性，同时还利用扫描电子显微镜，付里叶变换红外光谱仪和Ｘ射线光电能谱仪，分别对试样磨损表面和磨屑的形貌及化学结构进行了显微观察与分析。结果表明：在给定的试验条件于干摩擦过程中的高约１个数量级，在水润滑条件下，尼龙１０１０的磨损机理除有干摩擦时的机械微切削外，还由于这种尼龙分子中酰胺基的水解和水分子的作用，削弱了尼龙表层     

原子力显微镜在纳米摩擦学中应用的进展

近年来，原子力显微镜在纳米摩擦学研究中获得了越来越广泛的应用，已经成为进行纳米摩擦学研究的重要工具之一，有力地促进了纳米摩擦学的发展．因此，对应用原子力显微镜研究纳米摩擦、纳米磨损、纳米润滑、纳米摩擦化学反应和微型机电系统的纳米表面工程等方面所取得的主要进展作了系统的综合归纳与阐述，并且提出了原子力显微镜在纳米摩擦学应用中亟待解决的几个主要问题．     

MWCNTs复合物纳米流体的摩擦学性能

将油性剂油酸(OA)填充进多壁碳纳米管(MWCNTs)的空腔内制备复合物,再以复合物为添加剂制备一种纳米流体,考察了复合物的质量分数、MWCNTs的酸处理时间以及摩擦测试条件等对纳米流体摩擦学性能的影响,并分析了复合物的润滑机理.结果表明:油酸被成功填充到经酸处理的MWCNTs管内,填充率约20%;摩擦过程中,复合物制备的纳米流体的摩擦系数有不断减小趋势,其减摩效果甚至优于同等含量的油酸乳化液;当复合物的质量分数为0.1%左右时,纳米流体可获得最佳的减摩、抗磨效果;随着酸化处理时间的增加,复合物制备的纳米流体的减摩、抗磨性能会有所提高.摩擦过程中,复合物可释放出油酸并形成润滑膜,MWCNTs则能够在油酸形成的润滑膜上发挥"微轴承"的作用,从而使复合物获得更加优良的减摩、抗磨效果.     

纳米二氧化硅的表面处理对纳米二氧化硅改性氰酸酯树脂摩擦学性能的影响

采用模塑成型法制备氰酸酯树脂(CE)/纳米二氧化硅(nano-SiO2)复合材料,通过磨损率和摩擦系数测试、扫描电子显微镜(SEM)表征,分别考察了nano-SiO2及其经两种偶联剂KH-560和SEA-171表面处理后对CE摩擦学性能的影响.测试结果表明,经偶联剂表面处理后的nano-SiO2能够更加有效地改善CE的摩擦磨损性能,两种偶联剂相比,SEA-171的改性效果较好.SEM分析表明,不同性质的nano-SiO2形成的复合材料,其磨损方式主要表现为磨粒磨损,黏着磨损则随着nano-SiO2未表面处理、KH-560和SEA-171分别表面处理的顺序依此减轻.     

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．     

聚合物基复合材料摩擦学改性研究新进展

总结了国内外近几十年来聚合物基复合材料摩擦学改性方面的研究新进展情况.通过介绍聚合物摩擦学改性方法包括聚合物共混改性、纤维增强改性,以及纳米材料改性和多元复合改性等,讨论了其对聚合物摩擦学性能的影响,分析了其摩擦磨损机理.分析认为功能性纳米材料及多元复合填料的协同效应能更加有效地改善聚合物基复合材料的摩擦磨损性能,并且在聚合物摩擦学改性方面起着越来越重要的作用.     

CdS纳米粒子的合成及其对PTFE基粘结固体润滑涂层摩擦学性能的影响

采用液相沉淀法制备了N,N-二辛基二硫代氨基甲酸修饰的Cd S纳米粒子,利用FTIR、XRD和SEM对其形貌与结构进行了表征,并利用MHK-500A环-块摩擦磨损试验机研究了Cd S纳米粒子含量和不同润滑条件对聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂层摩擦学性能的影响.结果表明:所合成的Cd S纳米粒子大小均匀,粒径为20~30 nm;且Cd S纳米粒子能够改善涂层的摩擦学性能,当Cd S纳米粒子的添加质量分数为5%时,涂层的摩擦学性能最佳,摩擦系数和耐磨寿命分别为0.256和490 m/μm;与干摩擦相比,RP-3航空煤油润滑下涂层具有较低的摩擦系数和较长的耐磨寿命,且航空煤油有益于涂层承载能力的提高,使涂层在1 000 N的载荷下仍具有较好的摩擦学性能.     

几种PTFE基自润滑复合材料轴承在油润滑条件下的摩擦学特性

本文利用MPV-1500摩擦试验机对几种PTFE基自润滑复合材料轴承在干摩擦和20~#机械油润滑下的摩擦学性能进行了系统研究,发现其在20~#机械油润滑下的摩擦系数和磨损量都比干摩擦下的低1—2个数量级,并可使其极限PV值提高1—2个数量级。在所研究的几种PTFE基自润滑复合材料轴承中,钢背-青铜粉-(PTFE+Pb)复合材料非标准轴承E_2在一次性加油润滑和滴油润滑下的极限PV值分别大于120MPa·m/s和135MPa·m/s,是常用巴氏合金轴承在同样润滑条件下极限PV值的数倍,而且它的摩擦学性能良好,故其是一种具有广泛应用前景的高PV值滑动轴承。     

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.     

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75μm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12.5μm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.     

铜-石墨材料摩擦学行为的研究

采用粉末冶金技术制备了铜-石墨烧结材料,通过定速摩擦试验机,研究了石墨含量与第三体形态的关系及对材料摩擦性能的影响.结果表明:石墨含量小于15%时,石墨对材料的孔隙度及摩擦温度影响明显,表现出材料的摩擦磨损性能与石墨含量密切相关,这归因于干摩擦条件下摩擦表面形成的含有石墨粒子的第三体对摩擦性能作用明显.石墨含量低,形成的第三体金属成分高,硬质金属的犁沟作用导致摩擦系数和磨损率较高.随石墨含量增加,第三体中的石墨含量增加,这导致第三体致密程度和黏着程度降低,松散易流动的第三体有利于降低犁沟程度,从而起到降低和稳定摩擦系数、减少磨损率的作用.     

炭纤维增强聚四氟乙烯复合材料在干摩擦和水润滑条件下的摩擦学行为对比研究

对比考察了炭纤维增强聚四氟乙烯(PTFE)复合材料在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能，并探讨了其磨损机理。结果表明：在水润滑条件下，纤维增强PTFE复合材料的摩擦系数和磨损率均明显比干摩擦下的低，水起到了润滑和冷却作用；复合材料磨损表面可见明显的裸露纤维及纤维局部磨平，无明显微观裂纹，基体和纤维结合较好，磨损表面存在转移自偶件的铁，表现出犁削磨损特征；在干摩擦下，复合材料磨损表面存在大量的微观断裂裂纹，纤维发生断裂和破碎，表现出疲劳磨损特征。     

热氧化改性TC4合金在液体润滑条件下的摩擦学行为研究

应用热氧化表面处理技术,在TC4表面制备了金红石型的TiO_2氧化膜.考察了热氧化改性TC4合金分别在去离子水和PAO10润滑条件下的摩擦学特性,并通过磨损表面分析讨论了其在不同条件下的减摩抗磨机理.结果表明:经过热氧化改性的TC4合金,无论在PAO10润滑条件还是去离子水润滑条件下,都表现出优异的摩擦学性能.相较于未处理的TC4表面,改性TC4合金在PAO10和去离子水润滑条件下磨损率分别下降了99%(50 N,5 cm/s)和98%(10 N,9 cm/s).     

仿生猪笼草结构的水润滑轴承摩擦学性能有限元分析研究

水润滑轴承的轴瓦结构设计对其摩擦磨损和润滑性能有着重要影响. 为提升其摩擦学性能,设计一种轴瓦布置有仿生猪笼草结构的水润滑轴承,主要为蜡质区的月牙形结构和唇部的径向脊形结构两类. 利用ANSYS Fluent对简化后的轴承润滑水膜模型进行流场分析,改变不同转速、载荷和不同织构形状、尺寸,探究水膜承载能力和减摩性能的优化情况并进行机理分析. 结果表明:通过比较不同织构形状、尺寸下的轴承水膜最大压力与摩擦系数,发现型号CC1006的月牙形织构和型号DR0102的径向脊形织构的水膜承载能力和减摩性能综合优化最佳. 通过改变不同载荷,发现轴瓦布置有仿生猪笼草结构的水润滑轴承更适合应用于中速中载的条件下,此时其拥有优异的水膜承载能力与减摩性能. 该研究为仿生表面结构的水润滑轴承设计及摩擦学性能提升等提供了分析方法和理论依据.      

船舶水润滑尾轴承当量半径等效计算及其摩擦学性能研究

水润滑尾轴承摩擦磨损性能是影响船舶工作性能的主要因素之一,合理预测水润滑尾轴承工作过程中的摩擦系数对其性能评估具有重要意义.目前对于水润滑尾轴承摩擦系数的理论计算公式已经存在.但由于销盘试验下无法有效获取当量半径,公式在销盘试验条件下的实用性不佳.对此在总结了边界润滑条件下,水润滑尾轴承摩擦机理的基础上,通过在CBZ-1销盘试验机上进行大量试验来进行当量半径等效参数计算公式的总结与摩擦系数经验公式的验证.研究结果表明:(a)在使用理论摩擦系数计算公式的前提下,当量半径等效参数公式拟合合理,具备较高准确性;(b)试验材料的理论摩擦系数与实际摩擦系数误差较小,为同类型试验摩擦性能研究提供了理论与试验基础;(c)水润滑尾轴承材料在工作过程中的摩擦力来源主要分为滞后摩擦力、犁沟摩擦力以及黏着摩擦力.当其处于边界润滑状态下时,滞后摩擦力为主要的摩擦力来源.该研究为水润滑尾轴承的等效当量半径在销盘试验条件下的应用提供了试验基础.     

摩擦副材料对二烷基二硫代氨基甲酸钼添加剂摩擦学特性的影响

选择等离子喷涂钼合金层、渗氮层以及镀铬层为摩擦副材料 ,以全配方矿物基发动机油 SJ/ 5 W- 30作为基础润滑油 ,研究了上述 3种摩擦副材料对油溶性二烷基二硫代氨基甲酸钼 (Mo DTC)添加剂摩擦学特性的影响 .结果表明 :Mo DTC的摩擦学特性与摩擦副材料类型有关 ;采用喷钼层、渗氮层及镀铬层作为摩擦副材料 ,Mo DTC均表现出减摩和抗磨作用 ,对渗氮层的减摩抗磨效果最佳 .X射线光电子能谱分析表明 :摩擦副材料类型对添加剂中的 Mo和 S的化学状态和相对含量均有影响 ;摩擦副材料类型不同时 ,Mo DTC摩擦学行为的差异与其在磨损表面形成的 Mo S2 以及 Mo O3 、Fe S和磷酸盐等物质的含量有关     

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.     

Sand Erosion in Axial Flow Conditions

A mathematical model of sand erosion in axial flow conditions is presented. The basic mass balance equations and sand erosion constitutive equation were given in Vardoulakis et al. (1996). As opposed to reference Vardoulakis et al. (1996), we consider here the extreme case where convection is null and hydrodynamic dispersion dominates. In addition, Brinkman's extension of Darcy's law is adopted to account for a smooth transition between channel flow and Darcian flow. The set of governing PDE's is presented in dimensionless form and is solved numerically. In concordance with the basic constitutive equation for erosion kinetics, the analysis shows that erosion progresses in time as a front of high transport concentration. This result is justified by the highly non-linear character of the erosion source term which dominates in the diffusion-like governing equation.