球形金属表面球磨制备石墨烯薄膜摩擦特性研究

采用球磨的方法实现了在钢球表面制备大面积连续的石墨烯薄膜,考察其随球磨时间变化,石墨烯薄膜在钢球表面的包裹程度、形貌变化、结构演变过程、结合性能及摩擦学性能. 研究表明:随着球磨时间的增加,石墨烯在钢球表面团聚减少,包裹更加均一,结构趋于有序;当球磨时间达到50 h时,在钢球表面形成分布均匀且大面积连续的石墨烯薄膜,使与含氢类金刚石碳薄膜组成配伍的平均摩擦系数从裸钢球的0.043降至0.022,磨痕深度和宽度都显著降低. 经胶带粘取100次或乙醇中超声清洗30 min后球磨制备石墨烯薄膜仍然粘附于钢球表面,在氩气环境下石墨烯薄膜表现出优于钢球的摩擦磨损性能.      

基于电泳法的石墨烯涂层制备与摩擦学性能研究

采用电泳沉积方法在硅基体上制备石墨烯涂层,研究了不同电压对石墨烯涂层表面形貌、微观结构与摩擦学性能的影响,并在往复式球盘摩擦磨损试验机上研究了石墨烯涂层在不同载荷(1~9 N)下的摩擦学性能,采用扫描电子显微镜、能谱仪、光学显微镜、拉曼光谱仪和X射线光电子能谱仪分析石墨烯涂层的表面形貌、结构特征、磨损表面形貌及石墨烯结构成分的变化.结果表明:石墨烯涂层可将硅基体的表面摩擦系数从0.6降至0.1;在低压(15~60 V)条件下电泳制备的石墨烯涂层具有更加致密的微观结构,表面承载能力强,减摩性能优异.本研究中揭示了基于电泳法制备的石墨烯涂层作为固体润滑涂层应用的可行性.     

Si3N4—高速钢摩擦副在不同润滑剂润滑下的摩擦磨损性能研究

氮化硅陶瓷材料在航空技术和工程领域中的应用前景广阔，自其在本世纪五十年代问世以来日益受到普遍关注，尽管这种材料的干磨损率远比金属材料的低，然而还是比大多数实际应用的要求高几个数量级。因此，陶瓷用润滑剂的开发及其作用机理的考察已经成为目前摩擦学研究的前沿课题之一，虽然人们已经以在这方面进行了一些研究，但在润滑剂对Ｓｉ３Ｎ４－高速钢摩擦副的摩擦磨损性能的影响方法却还未见文献报道，为了开发适用于混合式滚     

固体润滑剂对稻壳基陶瓷材料干摩擦行为的影响

为实现稻壳资源的综合利用,本文作者以稻壳粉为原料,酚醛树脂为粘结剂,石墨和二硫化钼为固体润滑剂,制备出稻壳基陶瓷复合材料,并研究其摩擦学性能,为稻壳基陶瓷材料在滑动轴承和电机电刷领域的应用奠定基础.在可控氛围微型摩擦磨损试验仪上,研究了不同载荷和转速下,石墨和二硫化钼对稻壳基陶瓷颗粒复合材料的摩擦学行为的影响.结果表明:添加质量分数10%石墨(或二硫化钼)于稻壳基材料中,材料的抗磨和减摩性能均得到明显的改善.在一定的载荷和速度下,添加石墨的稻壳基陶瓷复合材料的摩擦学性能优于添加二硫化钼稻壳基陶瓷复合材料.其中,石墨复合材料容易在低载荷(或转速)下,形成致密的摩擦膜起到一定的抗磨减摩功效;而二硫化钼的复合材料摩擦过程容易形成磨屑,致使材料表面形成微坑,使得抗磨性能降低.在高载荷或高转速时,两者均会因摩擦力诱导材料表面发生疲劳磨损,出现大量的坑槽,加剧磨损.     

多层石墨烯水分散体系的摩擦磨损性能研究

采用液相超声直接剥离法制备了不同厚度的纳米石墨烯片,用SEM、TEM对其形貌进行了表征,利用多功能往复摩擦磨损试验仪考察了石墨烯水分散体系的摩擦磨损性能.通过SEM、EDS、XPS等手段,分析了磨损表面的形貌、元素组成和典型元素的化学状态,初步探讨了石墨烯水分散体系的润滑机理.结果表明:所制备的石墨烯为厚度不一的多层石墨烯混合物,厚度范围为10~180 nm;石墨烯作为水基添加剂具有良好的减摩抗磨性能,使纯水的磨损机理发生转变,由严重的黏着磨损和腐蚀磨损转变为磨粒磨损,主要原因是在石墨烯水分散体系润滑下,磨损表面形成吸附减摩层和摩擦化学反应膜,两者协同作用,抑制Fe的氧化,减轻摩擦磨损.     

非公度接触石墨烯层间摩擦对压入深度的依赖性

近年来,以石墨烯为代表的层状二维纳米材料的摩擦力学行为受到广泛关注,许多新的纳尺度摩擦现象、规律及机理被陆续报道,推动纳米摩擦学取得了重要进展.然而,由于纳米级摩擦十分复杂,在建立摩擦力与影响因素之间的直接关联方面依然进展非常缓慢.论文利用分子动力学模拟方法,研究了衬底支撑石墨烯基底与石墨烯滑片之间的摩擦行为,着力考察了非公度接触情况下的摩擦规律.结果表明,石墨烯滑片和基底之间的摩擦力与压入深度直接相关,说明压入深度可作为纳尺度摩擦力的重要度量指标.特别地,法向载荷和衬底刚度对石墨烯摩擦的影响,都可通过压入深度归一化处理.该结果对理解二维材料表面弹性影响的摩擦规律具有重要的理论意义.     

45#钢表面复合润滑结构的制备及其摩擦性能研究

采用激光微加工技术在45#钢表面制备了微坑型织构,将激光表面织构化与MoS2固体润滑剂相结合在45#钢表面制备了复合润滑结构.研究了其在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,考察了织构面密度及织构化微坑大小对其摩擦性能的影响.通过扫描电镜与能量色散谱仪对磨斑表面进行了分析.结果表明:与未织构面相比,织构面具有低而稳定的摩擦系数和高的耐磨寿命;对同一孔径织构面,随着织构密度的增加其表面摩擦系数随之减小,较适宜的织构密度为20%～35%;对同一织构面密度,当织构面密度小于20%时,较小孔径织构面的摩擦系数更低;织构面密度增至35%后,织构面摩擦系数则随孔径增大而减小;由于织构面复合润滑结构中的微坑有效地储存了润滑剂从而在摩擦过程中维持表面润滑薄膜的形成.     

仿生叠层构型石墨烯对铝基复合材料的纳米摩擦性能的影响

利用纳米压痕和纳米划痕试验表征了仿生叠层构型铝基石墨烯复合材料(Bio-inspired laminated graphene reinforced aluminum martrix composite, BAMC)与纯铝的力学性能和摩擦磨损性能. 鉴于摩擦力由黏着作用和犁沟作用两分量共同组成,对比探究了BAMC与纯铝在微观摩擦磨损过程中的弹塑性转变过程,分析了黏着作用与犁沟作用在摩擦力中的贡献度,揭示了其微观摩擦磨损机制. 结果表明:相较于纯铝,BAMC的纳米硬度提高了约24%,总摩擦系数(Friction coefficient)降低了约28%,黏着作用分量和犁沟作用分量分别降低了32%和16%. 换言之,复合材料中的异质界面产生异质变形诱导强化,进而增强了应变硬化,使仿生叠层石墨烯铝基复合材料的硬度得到明显提升,并且仿生叠层构型的石墨烯主要通过降低黏着作用来实现减磨. 从微纳米尺度揭示了BAMC的力学性能和摩擦磨损性能显著提升的机理,可为提升其摩擦磨损性能提供理论依据. 目前的工作通过纳米划痕和纳米压痕强调了叠层结构石墨烯的添加对块体复合材料的摩擦性能的影响,并表明仿生叠层构型铝基石墨烯是搭建仿生叠层结构的小尺寸理想增强体.      

微喷射物质作用下脉冲信号电探针的放电机理

针对脉冲信号电探针在微喷射物质作用下出现的“非正常”放电现象,提出了微喷射物质K+R_x等效电路模型,用以解释微喷射物质导通电探针放电机理。开展爆轰实验,联合X射线测试技术,确定了电探针放电区域处于微喷射区与微层裂区的过渡地带,并发现电探针的3类“非正常”放电现象。建立电路仿真模型,将微喷射物质等效成K+R_x电路,调节K+R_x等效电路模型参数,模拟电探针的3类“非正常”放电现象。仿真结果表明,K+R_x等效电路模型很好地解释了微喷射物质作用下脉冲信号电探针的放电机理。     

缺陷对石墨烯摩擦性能影响的分子动力学研究

采用分子动力学方法模拟硅探针在空位缺陷和Stone-Wales(SW)缺陷石墨烯上的滑移过程,研究空位缺陷和SW缺陷对石墨烯摩擦力的影响.研究结果表明:两种缺陷石墨烯摩擦力大于完美石墨烯,空位缺陷使石墨烯界面势垒增大导致能量耗散增加,摩擦力增大;SW缺陷使石墨烯表面形成凸起,阻碍探针滑移,摩擦力增大.空位缺陷石墨烯平均摩擦力随缺陷浓度的增加而增加,Y向空位缺陷石墨烯平均摩擦力大于X向,这都是由空位陷处能量势垒和缺陷与探针切向作用距离共同决定的.SW2型缺陷石墨烯摩擦力大于SW1型,X向SW2型缺陷石墨烯摩擦力大于Y向SW2型,因为存在相邻五边形碳原子环结构的石墨烯表面更容易产生凸起,摩擦力较大.以上研究结果完善了缺陷石墨烯的摩擦机制,对设计和开发石墨烯微纳器件提够了理论依据和指导.     

非公度接触石墨烯层间摩擦对压入深度的依赖性

近年来, 以石墨烯为代表的层状二维纳米材料的摩擦力学行为受到广泛关注, 许多新的纳尺度摩擦现象、规律及机理被陆续报道, 推动纳米摩擦学取得了重要进展. 然而, 由于纳米级摩擦十分复杂, 在建立摩擦力与影响因素之间的直接关联方面依然进展非常缓慢. 本文利用分子动力学模拟方法, 研究了衬底支撑石墨烯基底与石墨烯滑片之间的摩擦行为, 着力考察了非公度接触情况下的摩擦规律. 结果表明, 石墨烯滑片和基底之间的摩擦力与压入深度直接相关, 说明压入深度可作为纳尺度摩擦力的重要度量指标. 特别地, 法向载荷和衬底刚度对石墨烯摩擦的影响,都可通过压入深度归一化处理. 该结果对理解二维材料表面弹性影响的摩擦规律具有重要的理论意义.     

摩擦因素对不同形状压头微压痕测试的影响

本文基于低阶应变梯度塑性有限元,分析了摩擦因素在不同形状压头的微压痕测试中的影响.结果表明对于目前普遍采用的Berkovich 压头(简化为半后顶角为70.3°并具有一定球头半径的圆锥),摩擦的影响并不重要,可以简化为无摩擦情况.而对于Cube-corner压头(简化为圆锥半后顶角为 42.3°),摩擦不可以忽略.同样压深情况下,相对于较钝压头,尖锐压头下材料变形更加激烈,几何必需位错密度更大,同时受摩擦因素影响更加明显.模拟结果还显示,摩擦对卸载曲线的影响可以忽略不计.     

不同边界条件下拉索振动的主动控制研究

拉索由于质量轻、柔性大、阻尼小,在风荷载作用下,容易产生横向振动.一般情况下,想要通过安放在拉索锚座附近的被动、半主动控制装置来抑制这种振动有一定的困难.而在拉索的锚座处沿拉索轴向实施主动控制却是一种很好的方法.由于某些情况下拉索的抗弯刚度对振动频率有一定的影响,本文在考虑拉索抗弯刚度的基础上,建立了不同边界条件下拉索振动主动控制模型.本文通过线性二次型最优控制(LQR)策略对拉索振动实施了主动多模态控制仿真分析.计算结果表明,轴向主动多模态控制能够有效地抑制拉索的振动.     

石墨结构层包覆铜纳米粒子的摩擦磨损性能研究

在硼氢化钠/乙二胺体系中还原一阶CuCl2石墨层间化合物前驱体制备石墨结构层包覆铜纳米粒子复合材料(GECNP),采用MQ-800型四球摩擦磨损试验机和XP型销-盘摩擦磨损试验机测定GECNP作为润滑油添加剂的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌,采用X射线能量色散谱仪分析磨损表面元素组成.结果表明,GECNP的鳞片厚度为几十纳米,直径≤5 μm.GECNP添加剂可以提高润滑油的承载能力,降低其摩擦系数,提高耐磨性.在载荷1 667 N下,当GECNP质量分数为3%时,其摩擦系数和磨斑直径达到最小值,并且在摩擦副表面检测出铜元素沉积,形成了磨损自修复层.     

Effect of Free-Stream Turbulence on the Reduction of Surface Friction in a Turbulent Boundary Layer Behind LEBU-Devices

The effect of increased free-stream turbulence on the reduction of the surface friction coefficient c _f in a turbulent boundary layer behind large-eddy break-up (LEBU) devices is investigated using a gravimetric method. The turbulence level was ε ≈ 1.9–4.9 % and the turbulence scale L _e ≈ 40–110 mm. The boundary layer Reynolds number Re** was varied from 2300 to 7500, with the boundary layer thickness being varied on the range δ = 33–44 mm. It is shown that an increase in the turbulence level ε has almost no impact on the relative reduction of friction behind LEBU-devices, whereas, under similar conditions of elevated free-stream turbulence, for another method, namely, the use of surface riblets, the friction reduction may be more strongly expressed.     

摩擦速度对铜基摩擦材料摩擦磨损性能影响

采用粉末冶金技术制备了铜-石墨-SiO2烧结材料,通过定速摩擦试验机,在摩擦速度为7.8～47.1 m/s的范围内,研究摩擦速度、第三体与摩擦磨损性能的关系.结果表明,摩擦第三体的状态与摩擦速度密切相关,并明显影响摩擦磨损性能.在摩擦顺序从低速开始向高速进行的条件下,随摩擦速度的提高,摩擦表面第三体由颗粒状分布向密实状态转变,表面微观硬度提高,摩擦系数下降,磨损率变化不明显.这归因于低速条件下摩擦副间的啮合程度大,使摩擦系数处于较高值.随速度增加,致密状第三体的易流动性具有润滑和平滑作用,起到降低摩擦系数的作用;在摩擦顺序从高速开始向低速进行条件下,摩擦表面被高速摩擦形成的致密第三体所覆盖,致密第三体的稳定性具有降低摩擦系数波动的作用.但磨损率在摩擦速度较低时出现快速增加.原因在于随摩擦速度的降低,摩擦温度降低,致密第三体脆性增加,致密第三体的大面积破裂和剥落提高了磨损率.     

温度对炭纤维增强纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

以自制炭纤维增强纸基摩擦材料和45#钢为摩擦副,采用惯量试验方法研究了温度对摩擦副摩擦性能的影响.结果表明:温度不仅影响其摩擦力矩曲线的形态,也影响动、静摩擦力矩和摩擦系数的大小;在较低温度下,摩擦力矩曲线形态较为对称,动、静摩擦系数较高,随着温度升高,摩擦力矩曲线尾部翘起程度增大,动、静摩擦系数减小,制动拖曳时间延长;试验结果对纸基摩擦材料的性能设计和自动变速器工作参数设计具有指导意义.