磨粒积聚与磨损表面之间的分形维数关联性研究

在环端面接触磨损试验机上，采用45^#钢—铜配副进行磨损试验，收集不同磨损阶段的磨屑，用光学显微镜进行统计，分析磨粒积聚与磨损表面之间的分形维数关联性．结果表明，磨粒积聚数与其粒径之间存在显著的分段分形特征，第二分形维数同试验时间具有反抛物线函数关系．对磨损表面轮廓的分形测量表明，磨损表面的分形维数变化也具有相似的反抛物线函数关系．此外，磨损表面分形维数同磨粒积聚分形维数具有很好的相关性，但二者之间在磨合前后的对应关系稍有差别；磨粒积聚第二分形维数同磨损率变化成反比．     

分形理论在摩擦学研究中的应用

采用尺度独立的分形参数可使粗糙表面和磨屑形貌的表征简单明了，并使表征具有唯一性，易于识别；基于分形参数所建立的摩擦学研究模型的预测结果可望不受测量仪器分辨率和取样长度的影响，因而比传统的基于统计分析的模型更为合理和有效。综述了分形几何在粗糙表面的表征，接触，磨损预测和摩擦温度分布以及磨屑定量分析等方面的应用现状和发展，指出了用分形理论研究摩擦学问题时应注意的着重点。     

凸轮挺杆摩擦副磨屑的分析研究

本文用多种方法收集和制备了凸轮挺杆磨损过程中的磨屑样品,对磨屑的大小,几何形状及形貌特征进行了系统的扫描电镜观察分析,为不同形式磨损的形成机理提供了直接的证据。并表明磨屑的分析研究对监测磨损过程及研究磨损机理是一个十分重要的手段。     

三种典型磨粒磨损磨屑形成过程的研究

作者利用扫描电子显微镜、光学显微镜和计算机图象分析系统,对3种典型磨粒磨损磨屑的形成特点和典型试验条件下材料的磨粒磨损过程进行了研究。结果表明,在磨粒磨损条件下,典型的磨屑形态主要是切屑和块状屑,同时还有极少量的球状屑和花状屑。作者指出,切屑和块状屑分别是磨粒与被磨材料表面一次和多次相互作用的产物。在三体磨粒磨损条件下,切削是造成编号为2M和3M等硬质材料磨损的主要原因,也是4M和几种奥氏体锰钢在高载荷下磨损的重要形式;块状屑的形成是塑性较好的材料在各种磨损条件下磨损的主要形式。球状屑的形成是磨粒与被磨材料表面的接触点产生高温致使材料熔化的结果。球状屑一般是中空且表面有很多孔洞的球壳,其形成与气体有关。     

一对钢—钢摩擦副摩擦磨损的原位动态研究

摩擦磨损的扫描电子显微镜原位动态研究，可以跟踪观察磨屑形成和磨痕演变的全过程，以及材料表面在摩擦磨损中变化的真实情况。     

人工关节材料磨屑分离与表征的研究进展

人工关节长期磨损或离解产生的磨屑将引起一系列生物学反应,使关节假体产生无菌性松动进而影响人工关节置换术的长期疗效。研究人工关节假体运动过程中产生的磨屑形态、数量及其产生机理,对提高人工关节的耐磨性和使用寿命具有重要意义。本文中重点阐述人工关节材料磨屑分离与表征的研究进展,并对其发展趋势进行展望。     

一对钢－钢摩擦副摩擦磨损的原位动态研究

摩擦磨损的扫描电子显微镜原位动态研究，可以跟踪观察磨屑形成和磨痕演变的全过程，以及材料表面在摩擦磨损中变化的真实情况．在由国产台式扫描电子显微镜改装成的滑动摩擦磨损试验装置上，对１５＃钢－４５＃钢摩擦磨损过程所作的原位动态研究表明：１５＃钢在对摩过程中始终存在粘－滑现象，微切削是其主要磨损机理；１５＃钢磨痕形貌变化可分５个阶段——第１阶段出现与滑动方向垂直的横向裂纹，第２阶段产生大片状剥离，第３阶段产生小片状疲劳剥离，第４阶段产生块状磨屑并形成表面凹坑，第５阶段磨痕趋于平坦．这种滑动摩擦磨损试验装置不仅具有对摩擦磨损过程作动态跟踪观察的功能，而且可用于对摩擦学过程作准动态观察，这两种观察方法对研究摩擦磨损过程同等重要     

铸铁材料在边界润滑条件下形成薄片状磨屑的塑性流动机制

本文在铸铁材料油润滑线接触滑动磨损状态研究的基础上,对边界润滑区典型的薄片状磨屑之形成过程进行了考察。通过对磨损表面的几何形貌、磨屑的形态和内部显微组织变化的分析,提出了薄片状磨屑的塑性流动形成机制。作者认为,薄片状磨屑的形成是磨损表面材料在局部应力和摩擦热的作用下以3种方式发生塑性流动的结果:当摩擦方向垂直于磨削加工条纹时为单侧塑性流动;当摩擦方向平行于磨削加工条纹时为双侧塑性流动;而在峰顶平台(磨削加工粗糙条纹磨合后形成的微平台)较大且载荷较高时,则为平台上的材料沿着摩擦方向向前挤压流动。     

人工膝关节不同体外磨损周期的UHMWPE磨屑特征及细胞毒性研究

磨屑引起的假体无菌性松动已成为影响人工关节寿命的主要因素.基于UHMWPE (超高分子量聚乙烯)胫骨衬垫与CoCrMo合金股骨髁配副人工膝关节,按照ISO 14243标准完成了500万次体外磨损试验,获得了每间隔100万次磨损周期的磨损润滑液,利用酸处理法分离UHMWPE磨屑,并基于扫描电子显微镜(SEM)照片开展了磨屑数量、形状和分布特征的定量表征.结果表明：在形状方面,颗粒状磨屑数量占比可达62%,其次为占比12%的球状磨屑,片状、纤维状和杆状等类型磨屑则较少.磨损过程中纳米级磨屑数量占比始终在30%以上,且随着磨损周期增加,纳米级磨屑占比逐渐增加,最高可达80%以上,但总的磨屑数量呈先增多后减少趋势.此外,探究了不同尺寸和浓度的UHMWPE磨屑对小鼠成纤维细胞毒性的影响,结果表明：纳米级磨屑细胞毒性最强,随着磨屑尺寸从5μm增至25μm,细胞毒性逐渐减小.在UHMWPE磨屑浓度为0.1～2.5 mg/mL的范围内,细胞毒性基本遵循磨屑浓度越大毒性越强的规律.因此,人工膝关节不同体外磨损周期的UHMWPE磨屑具有不同数量、尺寸、形状和分布等特征,且磨屑尺寸和磨屑浓度等特性对细胞毒性...     

中碳钢/不锈钢磁场摩擦中磨屑的行为和作用

以45钢销/302不锈钢盘摩擦副为研究对象,采用自制的销、盘摩擦磨损试验机,研究了直流磁场作用下磨屑在摩擦过程中的行为及其对摩擦磨损性能的作用. 为此分析了有、无磁场作用下磨屑在磨损面上的分布特点,利用扫描电镜观察了磨屑及45钢销磨损面的形貌,采用三维形貌仪表征了磨损面特征区域的相对高度. 与无磁场时的摩擦磨损情况相比,磁场作用下45钢销的磨损量有所增大,而摩擦系数稍有减小. 摩擦过程中出现了302不锈钢盘向45钢销的材料转移并形成了不连续的转移层,该转移层相对高度较大,承担了主要的摩擦磨损并趋于平滑. 磁场作用下45钢销磨损面吸附少量磨屑并使之细化和氧化,该吸附磨屑在一定程度上减小了摩擦副的摩擦系数,并阻碍试样之间的材料转移,从而增加了45钢销的磨损量.      

钢—铜摩损过程中磨粒积聚的分形研究

在销-盘摩擦磨损试验机上考察45^#钢-铜合金摩擦副的磨损性能,按一定时间间隔收集磨损过程中积聚的金属磨粒,然后用光学显微镜对不同粒径范围内的磨粒进行计数和分形研究。研究结果表明：不同粒径的金属磨粒所对应的积聚数呈现明显的分形特征,小磨粒积聚和大磨粒积聚表现出不同的分形特征,并具有双重分形现象;磨损过程中的磨粒积聚分形特征对应于某一粒径尺度的分形转折点,该分形转折点的坐标位置与磨损状态相关,因此确定分形转折点有助于甄别磨损状态。     

碳酸钙晶须含量对聚醚醚酮复合材料摩擦磨损性能的影响

以碳酸钙(CaCO3)晶须为填料,利用热压成型方法制备含0%～50%(质量分数)碳酸钙晶须增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料,采用MM-200型摩擦磨损试验机研究碳酸钙晶须含量对复合材料与45#钢环配副的摩擦磨损性能的影响,利用扫描电子显微镜观察复合材料和钢环磨损表面形貌并分析其磨损机理.结果表明,碳酸钙晶须可以显著改善PEEK复合材料的减摩耐磨性能.随着CaCO3晶须含量增加,PEEK复合材料摩擦系数持续降低;磨损率随晶须含量增加呈先降后增趋势,并在晶须含量为15%时达最低值,相对纯PEEK降低86%.综合考虑,选择CaCO3晶须填充量为25%～30%时,复合材料具有最佳的摩擦磨损性价比.填充CaCO3晶须提高了复合材料承载能力,减少摩擦副表面粘着,阻止树脂的热塑性变形,提高复合材料的摩擦磨损性能.     

PTFE基超声电机摩擦材料磨合阶段摩擦磨损特性研究

在超声电机运行200 h时间内,对超声电机的运行参数进行监测,采用激光共聚焦显微镜对定、转子表面粗糙度、表面形貌和磨屑特征等进行观察分析,探讨超声电机磨合期的时间及磨合期、稳定期的摩擦磨损特性.结果表明:1经过80 h磨合后,超声电机性能基本稳定.2磨合初期,摩擦材料磨损形式以黏着磨损为主,在定子表面可观测到尺寸较大的片状磨屑,进入摩擦稳定期后摩擦材料表面出现大量点蚀凹坑,表面疲劳磨损成为磨损形式之一,磨粒磨损始终存在并占重要部分;定子表面可观测到明显犁沟,磨损形式以磨粒磨损为主.3由于超声振动的存在,摩擦产生的磨屑不易在摩擦表面停留,进入稳定期后在摩擦界面难以观测到磨屑的大量存在,超声振动有排除磨屑的作用.     

AZ91D镁合金滑移区域微动磨损机理研究

采用Deltalab-Nene7型电液伺服式微动磨损试验机研究了AZ91D镁合金在滑移区域的微动磨损机理;采用光学显微镜和扫描电子显微镜分析了微动磨损表面形貌.结果表明:镁合金的微动过程可以划分为4个阶段,镁合金的摩擦系数变化规律、微动损伤机制、微动损伤表面形貌及磨屑剥离机制等随微动磨损阶段的不同亦有所不同;镁合金微动磨屑主要由金属镁以及镁、铝和锌的氧化物组成.     

工程粗糙表面粘着磨损的分形学研究

建立了分形接触模型,并在Ａｒｃｈａｒｄ粘着磨损理论基础上,结合磨损过程中剪切应力对实际接触表面的影响,建立了弹、塑性接触条件下的粘着磨损分形模型,通过试验得出了磨损体积损失与分形参数的关系,为降低磨损与加工成本及确定表面最佳分形维数提供了实验依据．     

材料磨损研究的进展与思考

阐述了材料磨损理论和抗磨损技术研究的进展,分析了磨损损伤特征和复杂性,着重讨论了磨屑形成机制,指出疲劳机制研究具有重要意义,并就今后材料磨损研究提出了若干建议.     

电感式磨粒传感器中铁磁质磨粒的磁特性研究

在电感式磨粒传感器中,铁磁质磨粒主要通过磁化作用改变传感器线圈的磁场分布,进而改变线圈的等效电感.建立了线圈中含有铁磁质磨粒时的磁场模型,得出了磨粒磁化场关于退磁因子的磁感应强度表达式.以球磨粒为例,通过计算球磨粒磁化场,得到球磨粒引起线圈电感变化率的解析式,并用有限元法计算了线圈的磁场,分析后发现:理论计算解与数值分析解相符,所建模型可以反映客观实际;磨粒的磁化强度由其磁导率和退磁因子共同决定,球磨粒的磁化强度可近似认为与磁导率无关;球磨粒引起的传感器线圈电感变化率随线圈单位长度上匝数的增加而减小,并趋向于一极限值;传感器线圈的电感变化率与球磨粒半径的三次方成正比,球磨粒半径在100μm以内,电感变化率在10-7数量级.本研究结论可为电感式磨粒传感器的设计提供理论指导.     

聚合物摩擦系数的周期性降低现象

考察了聚醚醚酮（ＰＥＥＫ）,低密度聚乙烯（ＬＤＰＥ）及２０％ＣＦ增强ＰＥＥＫ等３种聚合物材料的摩擦系数的变化,发现其存在周期性降低现象,低熔点的ＬＤＰＥ的磨损量也呈现周期性的平台现象,发生此类现象的原因在于摩擦热作用下聚合物摩擦表面由玻璃态转变为粘流态而造成其软化及流动。