固体润滑透平轴承 第三部分:在316℃下与陶瓷对摩的复合材料的发展

将以前与M-50钢对摩进行过评价的三维石墨纤维编织物增强的聚酰亚胺基自润滑保持架复合材料,在316℃下与热压氮化硅对摩进行了摩擦磨损试验,以确定其与陶瓷材料对摩时在摩擦学性能方面的变化。这些材料将应用在固体润滑的采用高比强度陶瓷滚动元件的高速透平轴承中。试验结果表明,这些复合材料与热压氮化硅对摩时的摩擦和磨损都急剧增大。这是由于从氮化硅环上发生了细小磨屑的物理和(或)化学转移,以及这些磨屑转移到复合材料表面上的缘故。调整复合材料中纤维和聚合物基体的比例,以及用所研究过的两种固体润滑剂混合物之一都可以降低摩擦与磨损。     

固体润滑透平轴承 第二部分:在316℃下与钢对摩的复合材料的发展

对自润滑聚合物复合材料在316℃(600°F)下于空气中与AISI M-5C钢相对滑动时的摩擦学特性进行了测定。所有的复合材料均含有4种组分——聚酰亚胺树脂基体,增强用三维正交法织成的石墨纤维编织物、无机固体润滑剂填料和磷酸氢二铵[(NH_4)_2HP0_4]粘结剂。结果表明,被评价的15种配方中的8种都具有低摩擦系数、低磨损和好的转移膜。评价了各种复合材料中组分的改变对摩擦学性能的影响,并且发现纤维类型的影响最大, 为了实现气体透平发动机高速推力轴承的固体润滑,选定了一种机械和摩擦学综合特性最好的复合材料制作轴承保持器。     

固体润滑透平轴承 第一部分:在316℃下使用的自润滑复合材料和保持器的制备

研制了聚丙烯腈基石墨纤维的三维正交平板编织物和圆筒编织物,并且设计了织物增强的自润滑聚酰亚胺复合材料板和管的制造方法。一种带有加热装置的水压机、平面压板和心轴可扩张的模具可用于制备作为ASTM类试验和摩擦学筛选试验用的平板状和管状复合材料毛坯,也可用于制造自润滑球轴承保持器。这些保持器的主要作用是要在316℃(600°F)下进行固体润滑透平轴承试验过程中可给高速系统补充润滑剂。制造技术中的实际制约因素受编织设计中综合处理方法的支配。这些方法必然要改变环状毛坯各部分的最大尺寸和局部强度。合理的设计工艺是要在不明显降低保持器横档牢固性的情况下增加球-球兜孔部位的强度。已经制取了薄截面的、在室温下强度高达238.2×10~6Pa和密度仅约为1.6g/cm~3的聚合物增强的环形保持器。     

锡青铜镶嵌固体润滑剂轴承的摩擦学特性

在栓－盘式端面摩擦磨损试验机上于常温干摩擦条件下，对锡青铜轴承和镶嵌固体润滑剂（ＰＴＦＥ和石墨等复合物）的锡青铜轴承进行了摩擦学性能的对比试验研究．结果表明，几种固体润滑剂嵌入量不同的镶嵌轴承的摩擦系数都明显降低，耐磨性均比对照轴承的高２个数量级，其中以固体润滑剂嵌入面积分数为３０％的轴承的摩擦磨损性能最好．利用Ｘ射线微区分析仪、扫描电子显微镜和能量色散谱仪等，对磨损表面和磨屑的形貌、表面转移膜和元素的面分布等作了观察与分析，指出摩擦界面，尤其轴承金属摩擦表面固体润滑剂转移膜的形成是提高轴承性能的关键，锡青铜镶嵌固体润滑剂轴承以粘着磨损和疲劳磨损为主要磨损机理     

固体润滑概论(10)——10、复合材料和固体润滑膜以外的固体润滑滑动材料

10.1 前言 固体润滑膜的耐载荷能力优良,但其耐久性不佳,而自润滑复合材料的缺点则是承载能力差。因此,为了满足实际使用的要求,有的固体润滑滑动构件应兼备两者的优点。一种办法是将固体润滑剂浸渍在多孔性烧结金属或增强纤维织物中,使之作为表面覆盖物而粘结成固体润滑膜。为了提高其耐载荷能力,还可以加上背衬。另一种办法是在底材的各处钻孔或开槽,预先将固体润滑剂镶嵌于其中,借以在底材表面形成固体润滑膜。这些都是固体润滑剂的供给源,因而在固体润滑膜磨完之后还能继续保持润滑性。本文把前者称为背衬型轴承,而把后者叫做镶嵌型轴承。     

固体润滑概论(6)

开始使用固体润滑剂的人大都是把石墨或铅擦在滑动面上以减少摩擦。这种尝试的效果很好,因而又将它们掺混在润滑油或润滑脂中,或者因为膜的使用寿命短就加工成复合材料。本章叙述固体润滑法中应用最久     

镶嵌用固体润滑剂对锡青铜轴承摩擦学性能影响的研究

用端面摩擦试验机考察了几种镶嵌用固体润滑剂及添加剂在常温条件下对锡青铜轴承摩擦磨损性能的影响,并用X-射线衍射法、俄歇电子能谱法分析了摩擦表面转移膜的化学组成和结合情况。结果表明,几种固体润滑剂的嵌入均可提高轴承的耐磨性,并对减小摩擦系数有一定的作用;摩擦表面固体润滑剂转移膜的形成能够有效地减少摩擦副表面间的粘着现象,是改善轴承摩擦磨损性能的主要原因。     

石墨对聚四氟乙烯镶嵌轴承摩擦学性能的影响

作者利用端面摩擦试验机考察了几种石墨与聚四氟乙烯复合固体润滑剂镶嵌锡青铜材料的摩擦磨损性能，发现石墨的添加不仅可以提高聚四氟乙烯镶嵌铀承的耐磨性，而且还可以降低和稳定摩擦系数。通过Ｘ射线衍射、Ｘ射线光电子能谱和电子探针等对摩擦表面转移膜的化学组成和主要元素含量的变化及表面形貌的分析观察，作者认为石墨的减摩作用是其促进聚四氟乙烯向摩擦表面转移并使之在轴承表面形成均匀覆盖的固体润滑剂转移膜，从而有效地     

镶嵌固体润滑滑板的试制及其在三吨蒸汽锻锤上的应用研究

选用了一种以石墨为基料的固体润滑剂,在滑动面上能够形成均匀分布的转移膜,其在500℃高温下的润滑性能稳定,并能抵抗环境灰尘的干扰,具有良好的修补再生能力。这种固体润滑剂的热膨胀系数比钢的小,然而用其制作的镶嵌固体润滑滑板在3吨蒸汽锻锤上连续使用半年的月均磨损量仅为0.1mm,只是11~#汽缸油润滑时的1/10。这表明在高温场合下,镶嵌用固体润滑剂的热膨胀系数不一定要比金属基材的大。     

含硫代锑酸锑、二硫化钼和石墨的粘结固体润滑膜的摩擦学性能之研究

作者评定了含有硫代锑酸锑、二硫化钼和石墨的粘结固体润滑膜之摩擦学性能,表明双组分粘结膜的性能优于单组分膜,三组分粘结膜的性能最佳。 评定了操作条件对粘结膜寿命的影响,並作出了一系列寿命为定值的速度与负荷之间的关系曲线。 测定和观察了几种粘结膜在摩擦过程中粘结膜厚及转移膜的变化及磨痕表面气泡的形成,分析了粘结膜的失效机理,探讨了润滑剂之间的协同效应。 试探了用数学式来描述粘结固体润滑膜的耐磨寿命与负荷和速度的关系。     

固体润滑滚动轴承—第五部分:汽轮发动机用高速高温轴承的发展

应用三种互相促进的研究方法研制了高温(316℃)、高速(40000～50000r/min)固体润滑轴承。为了得到可在恶劣环境中使用的最优设计的轴承,同时应用了基本材料科学研究、计算机辅助设计和组件检验等方法。 在40000r/min的条件下,轴承的性能从3分钟提高到38分钟。所有轴承的失效都是由于球与兜孔严重磨损而引起球保持器的结构失效或间隙被闭合。用层状过渡金属二硫属化合物填充的石墨复合材料的球保持器、溅射二硫化钼的钢座圈和烧结碳化硅球得到的性能最好。     

固体润滑概论(11)

在此之前,我们阐述了以干燥状态使用固体润滑剂的情况,而与固体润滑膜及复合材料相比,商品化规模最大的还是添加了固体润滑剂的润滑油、润滑脂和润滑油膏(以下简称为添加固体润滑剂的油脂)。之所以添加固体润滑剂,是希望它在低速、高温、     

硬脂酸钾固体润滑薄膜的制备及其摩擦磨损性能研究

采用浸渍-提拉法制备出硬脂酸钾薄膜,用DF-PM型静-动摩擦磨损试验机和UMT-2MT型摩擦磨损试验机考察了在低速滑动和高速滑动条件下硬脂酸钾薄膜的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪观察分析了薄膜及偶件磨损表面的形貌及其典型元素的面分布情况.结果表明,以GCr15钢球为偶件在高速滑动和以氮化硅球作为偶件在高、低速滑动条件下,薄膜具有较好的摩擦磨损性能.由于钢球和氮化硅陶瓷球表面粗糙度及其化学状态存在差异,硬脂酸钾更容易在氮化硅球表面形成转移膜,从而具有更低的摩擦系数和更长的耐磨寿命.     

混合式陶瓷轴承的研制及其台架试验研究Ⅱ．滚珠轴承的运行和润滑试验

混合式陶瓷轴承的性能优异，是一种应用前景十分广阔的新型高速轴承。但是，目前对其研究还不够充分，特别在这种轴承的润滑试验研究方面几乎还是个空白，因此，对混合式陶瓷轴承进行了运行和润滑试验，并且利用扫描电子显微镜对试验后的陶瓷球表面进行了观察。在同种润滑剂润滑下的温升对比试验表明，陶瓷球轴承的温升比钢球轴承的低，可见前者的高速运行性能比后者的好；在其它试验条件相同的情况下，利用２０＃机械油和含３％（ｗｔ）超细石墨金刚石粉的２０＃机械油等６种润滑剂分别进行的润滑试验表明，润滑剂的粘度越大，陶瓷球轴承的温升越高；纯水对陶瓷球轴承的润滑性能良好，利用其润滑时的轴承温升很低。这种结果除与水的粘度非常低有关以外，还同Ｓｉ３Ｎ４陶瓷与水发生的摩擦化学反应有关。扫描电子显微镜观察发现，在含３％（ｗｔ）超细石墨金刚石粉的２０＃机械油润滑下，试验后的个别陶瓷球表面有相当深的麻坑出现，这是陶瓷球毛坯内部气孔等缺陷经过金刚石微粉“抛光”作用而显露出来的结果。     

表面涂敷聚四氟乙烯固体润滑薄膜的混合式陶瓷球轴承与全钢轴承性能对比分析

以受轴向载荷的三点接触球轴承为研究对象，采用Heathcote轴承滚动滑动理论，计算了轴承球与套圈之间的表面滑动，并根据固体表面受力变形，计算了固体薄膜润滑情况下轴承球与滚道间的牵引力，对比分析了混合式陶瓷球轴承和全钢轴承在高速下产生的热量、表面剪应力、旋滚比以及接触角等重要轴承性能参数．结果表明：在PTFE固体薄膜润滑下，陶瓷球轴承在40 000r／min、3000N载荷下所产生的热量仅为钢轴承的62．6％，旋滚比为钢轴承的18％．试验结果对特殊工况下陶瓷球轴承的设计和应用具有参考价值．     

聚酰亚胺复合材料与不同对偶材料滑动摩擦磨损性能

本文考察了碳纤维（CF）和固体润滑剂（LW）填充热塑性聚酰亚胺（TPI）复合材料与45^#钢、镍铬合金以及铜对摩时的摩擦磨损性能,利用SEM和光学显微镜观察磨损表面形貌.研究表明：与硬度高的钢和镍铬合金摩擦时,由于CF的增强和承载作用降低了材料的摩擦系数与磨损率,LW的加入增强了转移膜与对偶面间的结合力,进一步降低TPI的摩擦系数;与较软的铜摩擦时,由于铜偶件存在较大磨损,破坏了转移膜的稳定性,TPI及其复合材料的摩擦性能较差;TPI与钢和镍铬合金摩擦时以黏着磨损为主,与铜摩擦时以磨粒磨损为主.薄而均匀的转移膜有利于摩擦系数与磨损率的降低.     

高温用镶嵌型固体润滑材料的研制及其摩擦磨损性能的考察

研制了几种可以在大气中直至300℃下使用的镶嵌型固体润滑材料,考察了胶粘剂、添加剂、湿度和温度等对固体润滑剂热膨胀性能及镶嵌材料摩擦磨损性能的影响。作者采用的“栓(球)-盘”试验方法,可以定性地比较固体润滑剂对金属的转移性能,加快了镶嵌用固体润滑剂配方的筛选进程。试验结果表明,3号配方的镶嵌试样在250和300℃时的比磨损分别为7.8×10~(-13)mm/Pa·m和16.2×10~(-13)mm/Pa·m,最大摩擦系数为0.42。通过X-射线衍射分析认为,这种材料在高温下的高摩擦现象应归因于摩擦表面氧化产生的Cu_2O。     

用XPS对银基自润滑复合材料摩擦磨损特性的考察

作者用X-射线光电子能谱(XPS)考察了几种制备工艺对银比二硫化钼为90比10的自润滑复合材料表面的硫、钼、银等化学元素的价态的影响,并用XPS和光学显微镜重点考察了不同温度下的上述自润滑复合材料与两种对摩偶件的摩擦、磨损特性。结果表明:对摩偶件摩擦面上的转移膜的固体润滑剂中钼的价态变化是影响该自润滑复合材料摩擦磨损特性的主要因素。     

SiC和石墨混杂增强铜基复合材料的高温摩擦磨损特性研究

采用MMU-5G型端面摩擦磨损试验机研究了SiC和石墨颗粒混杂增强铜基复合材料在250～400 ℃与GCr15钢对摩时的高温摩擦磨损特性,并与SiC/Cu复合材料进行对比分析.结果表明:加入石墨颗粒可以降低复合材料和偶件GCr15钢的磨损率,获得低而稳定的摩擦系数;同时,有效防止高温条件下严重粘着转移现象的发生,使得在400 ℃下混杂复合材料仍具有较低的磨损率.这是由于在混杂增强铜基复合材料的高温磨损表面上通过"磨屑机械混合→热压"的机制形成了连续的富石墨机械混合层,而对磨损表面起到良好的固体润滑作用,使得SiC和石墨混杂增强铜基复合材料具有良好的高温摩擦磨损特性.     

高温微型球轴承的干膜润滑初探

作者用D23XY_2T_5微型球轴承在350℃的热空气中,转速为25000转/分的条件下,对润滑剂和使用方法进行了试验评价。在球滚道上的滚压膜和在保持架的内壁上喷涂干膜都获得了良好的润滑效果。一种WS_2加无机粘结剂的滚压膜在上述试验条件下可使微型球轴承得到有效的润滑,可在高温气体流量计上成功应用。