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。     

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     

基于原位和RNT技术的铜锌合金摩擦磨损性能

采用基于原位全息显微技术和放射性核素技术的摩擦磨损试验装置,在润滑条件下对Cu Zn36/100Cr6配对摩擦体系中Cu Zn36的磨损行为进行了研究.利用装置中的全息显微镜对Cu Zn36磨痕表面微观形貌和粗糙度进行原位分析,利用放射性核素磨损量测量系统精确测量Cu Zn36的实时磨损量;利用扫描电镜对Cu Zn36及100Cr6钢球磨面进行观察和分析,利用X射线光电子能谱分析仪对Cu Zn36磨痕表层的元素化合态进行定量分析.结果表明:在试验法向载荷为1.9~3.0 MPa范围内时,Cu Zn36表现出良好耐磨性,原因是Cu Zn36在试验过程中形成了具有高硬度和自润滑性的Zn O强化层,主要磨损方式为疲劳磨损.在较差磨合试验过程中,磨痕表面耐磨层一直处于"形成-破坏-再形成-再破坏"的动态过程,主要磨损方式为磨粒磨损和黏着磨损.     

含氢无定型碳摩擦转移膜结构演化规律研究

利用中频磁控溅射系统制备a-C:H润滑薄膜,并使用球-盘摩擦机考察了空气和干燥氮气(N₂)氛围中a-C:H薄膜摩擦行为的差异,讨论了随着摩擦时间增加,薄膜上磨痕及Al₂O₃对偶球上转移膜的结构变化对摩擦行为的影响. 试验结果显示:a-C:H薄膜在干燥氮气中摩擦具有比在空气中更低的摩擦系数和更长的磨损寿命. 微观结构分析表明,转移膜可以起到降低摩擦的作用,在干燥氮气中,随着摩擦进行,Al₂O₃对偶球上逐渐形成具有典型DLC特征的碳转移膜并稳定地存在,这是摩擦性能进一步提高的原因. 此外,在干燥氮气中摩擦,磨痕表面和对偶球上转移膜表面结构均趋于“石墨化”. 上述二者的共同作用使得a-C:H薄膜在N₂环境下比在空气中更低的摩擦磨损.      

摩擦表面无机保护膜摩擦学研究进展

就化学热处理表面无机化合物改性层以及润滑油添加剂在摩擦表面形成的摩擦化学反应膜的摩擦学研究现状进行了总结；分析了润滑油添加剂同化学热处理表面相互作用研究的重要性及其对低摩擦、长寿命复合材料制备科学和技术研究的促进作用；指出通过化学热处理可以在材料表面形成由无机化合物组成的表面改性层，从而有效地提高材料的承载和抗磨能力；而润滑油添加剂通过摩擦化学作用亦可在摩擦表面形成主要由无机化合物构成的表面保护膜，从而大幅度地提高摩擦副的减摩抗磨性能，并延长其服役寿命．从摩擦学特别是摩擦学表面改性领域的发展趋势来看，摩擦表面无机保护膜制备技术研究将成为减轻机械设备摩擦磨损和提高其使用寿命的主流热点．     

酰胺型改性菜籽油润滑添加剂对钢-钢摩擦副和钢-铝摩擦副摩擦磨损性能的影响

以三乙醇胺和菜籽油为原料,合成了一种环境友好的酰胺型改性菜籽油润滑添加剂(NRO),并利用红外光谱对其主要官能团进行了鉴定;分别采用四球摩擦磨损试验机和SRV摩擦磨损试验机考察了含NRO添加剂的菜籽油对钢-钢摩擦副和钢-铝摩擦副摩擦磨损性能的影响,用扫描电子显微镜观察和分析了钢球磨斑表面形貌,同时采用X射线光电子能谱仪分析了铝合金磨痕表面典型元素的化学状态,探讨了酰胺型改性菜籽油润滑添加剂的减摩抗磨机理.结果表明:含酰胺型改性菜籽油添加剂NRO的菜籽油对钢-钢摩擦副和钢-铝摩擦副均表现出良好的抗磨减摩作用;其作用机理在于,酰胺型改性菜籽油添加剂具有较强的极性、易在金属表面形成吸附膜,同时在摩擦过程中形成由含有机氮、亚硝基或硝酸根化合物组成的高强度聚合物膜.     

合成蜡粉改性聚四氟乙烯基粘结涂层摩擦学性能的研究

用合成蜡粉改善聚四氟乙烯基粘结涂层并考察了其摩擦磨损性能以及合成蜡粉添加盈对摩擦磨损试验结果重复性的影响。结果表明：合成蜡粉可明显改善聚四氟乙烯基粘结涂层的减摩耐磨性能;随着合成蜡粉添加量的增加,其摩擦磨损试验数据的重复性显著提高,通过对其磨痕形貌和磨痕表层转移物的分析发现,在摩擦过程中,合成蜡粉可阻止偶件金属元素向聚四氟乙烯基粘结涂层摩擦表面的转移和大尺寸磨屑的产生。     

金属橡胶隔振构件中不锈钢丝的微动摩擦磨损性能研究

以金属橡胶隔振构件疲劳试验数据为基础,将柱-块摩擦样品表面刻槽以嵌入并固定钢丝,在SRV高温摩擦磨损试验机上评价φ0.3 mm的冷拉拔1Cr18Ni9不锈钢钢丝在不同载荷下的微动摩擦磨损性能,用激光扫描共焦显微镜对其磨痕表面进行分析.结果表明:冷拉拔不锈钢丝的表面粗糙度Ra值为3.447μm;在磨损初期阶段,需要约28s打磨其表而的凹凸体;由不锈钢丝"微动单元"的摩擦曲线可以将其磨损过程划分为表面打磨、接触面黏着、第三体床形成以及稳定磨损4个阶段,其中稳定磨损阶段的摩擦系数相对平稳,磨痕表面光滑程度高于基体的原始表面,磨痕深度介于50～60μm之间.     

SUS304奥氏体不锈钢摩擦跑和阶段的摩擦表面层演变及其对摩擦行为的影响

跑合阶段材料的形变过程与组织变化对材料的摩擦行为有重要影响.试验以SUS304奥氏体不锈钢和WCCo硬质合金球为对摩副,采用50 N载荷进行干摩擦试验,对跑合初期磨痕表面粗糙度、氧含量、硬度、形貌、物相以及磨痕截面硬度等分布进行了观察与测量.结果显示:摩擦的最初4个周次,SUS304不锈钢表层发生剧烈的马氏体相变以及塑性变形,导致磨痕表面迅速粗化并生成磨屑,这对随后SUS304不锈钢跑合阶段的摩擦行为产生了重要影响.在后续的摩擦过程中,SUS304不锈钢表层和亚表层组织逐渐演化,形成较为稳定的结构,使得摩擦过程进入稳态.     

摩擦自激振动引起摩擦面波状磨耗的试验研究

在销-盘摩擦磨损试验机上进行金属干摩擦试验,研究摩擦自激振动对盘试件磨痕表面轮廓的影响,采用激光位移传感器测量盘试件摩擦表面轮廓尺寸,用加速度传感器测量销试件的摩擦自激振动.试验结果表明：在干摩擦状态下,销-盘系统容易发生持续的摩擦自激振动,当摩擦时间达到一定数值后,盘试件的磨痕表面轮廓会出现明显的波浪形磨耗,波浪形磨损机理主要是疲劳磨损.分析表明波浪形磨耗的波长近似等于摩擦自激振动的周期与滑动速度的乘积,由此推断摩擦自激振动引起了摩擦表面的波浪形磨耗.     

磷氮型极压抗磨添加剂对钢—铝摩擦副摩擦磨损性能的影响

采用ＳＲＶ摩擦磨损试验机评价了磷酸三甲酚酯（ＴＣＰ）、磷酸二丁酯（ＤＢＰ）、十二胺（ＤＡ）和磷酸胺盐（ＰＡＳ）抗磨添加剂在液体石蜡中对钢－铝摩擦副摩擦磨损性能的影响。采用Ｘ射线光电子能谱仪分析铝试磨痕表面边界润滑膜中的Ｐ和Ｎ元素的化学状态。结果表明,含Ｐ抗磨添加剂可以有效提高铝合金的耐磨性,而其中以磷氮剂的效果最好。其它含磷添加剂也可以有效地降低磨损。ＸＰＳ分析表明,在铝合金磨损表面形成了含磷酸铝     

滑动速度对磷酸盐激光玻璃摩擦磨损性能的影响

通过直线往复摩擦磨损试验机,采用氧化铝陶瓷球作为对摩副,分别在低载和高载下研究了潮湿空气中滑动速度对磷酸盐激光玻璃摩擦磨损性能的影响.结果表明:磷酸盐激光玻璃表面的摩擦系数随速度的增加而降低,这种降低在低载下表现得更为明显.低速滑动下,玻璃上的磨屑主要聚集在磨痕的端部;高速滑动下,由于接触粗糙峰的局部温升引发黏着磨损,磨屑更容易粘附于磨痕的中心,且载荷越大界面局部温升越大,黏着磨损更为显著.随着速度的增加,磷酸盐玻璃的磨损深度和体积减小,这是由于速度的增加导致水分子在接触界面的驻留时间变短,且高速滑动带来的温升使界面吸附水膜更难形成,因此水参与的摩擦化学磨损被削弱.相对于高载而言,低载下滑动速度对材料去除的影响更为明显,这是由于低载磨损时相对较低的摩擦温升更有利于界面水膜的稳定形成,因而水参与的摩擦化学反应对材料去除的贡献更大.     

含纳微米硼酸盐和二烷基二硫代磷酸锌液体石蜡润滑下钢—钢体系的摩擦磨损性能研究

在四球试验机上考察了含纳微米硼酸盐及二烷基二硫代磷酸锌（ZDDP）复配添加剂的液体石蜡润滑下钢－钢摩擦副的摩擦学性能。采用X射线光电子能谱仪和扫描电子显微镜分析了复配体系的作用机理。结果表明：纳微米硼酸盐／ZDDP复配添加剂对钢－钢摩擦副的抗磨作用产生对抗效应，在摩擦过程中的某一阶段摩擦系数突然升高，磨损加剧；在试验初期，磨斑表面较为光滑，相应的边界润滑膜为物理和化学吸附膜；随着试验时间的延长，钢球磨斑表面吸附膜表面破裂，磨斑表面变得粗糙并形成微小磨屑碎片，相应的摩擦系数突然升高；随着试验时间的进一步延长，添加剂同钢球磨损表面发生摩擦化学反应，并生成含B、N、S和P等元素的摩擦化学反应膜，从而使摩擦系数波动减小。     

一种可反应性纳米SiO2的制备和表征及其摩擦磨损性能研究

以正硅酸四乙酯为前驱体,以含不饱和双键碳链为修饰剂采用原位表面修饰法合成出1种可反应性纳米二氧化硅并对其结构进行表征;测定其透光率并得出在介质中的分散性;采用往复摩擦磨损试验机和四球摩擦磨损试验机考察纳米二氧化硅作为汽油机油添加剂的摩擦磨损行为,并用扫描电子显微镜及能量色散谱仪对其磨痕进行观察和分析.结果表明:SiO2 纳米微粒可以直接分散于基础油等油性介质中并具有良好的分散稳定性;作为润滑油添加剂表现出优异的抗磨减摩性能,并对磨损表面起到一定的修复作用.这是由于含双键有机物的存在,在摩擦过程中形成了聚合物膜而起到良好的减摩作用.     

不同金属基体上MoS2纳米微粒LB膜摩擦学行为研究

研究了Ｃｕ、Ａｇ及Ａｕ等金属基体上二烷基二硫代磷酸修饰ＭｏＳ２纳米微粒ＬＢ膜的摩擦学性能,用红外显微镜分析ＬＢ膜在摩擦过程中的结构变化,用电子探针分析考察不同金属基体上ＬＢ膜的磨痕形貌．结果表明：ＤＤＰ修饰ＭｏＳ２纳米微粒ＬＢ膜可有效降低Ａｇ和Ｃｕ与ＧＣｒ１５钢对摩时的摩擦系数;该ＬＢ膜极易向对偶转移并在摩擦过程中发生摩擦化学变化,主要包括无序化转变及修饰剂的部分分解;无机纳米核起主要承载和抗磨作用．Ｃｕ基体上的ＬＢ膜耐磨寿命较Ａｇ基体上ＬＢ膜的耐磨寿命高１００倍,这主要因ＬＢ膜与Ａｇ基体的结合较弱．     

氧化剂CrO3在MoS2润滑膜中的物理化学作用

通过在ＭｏＳ２粉末中加入氧化剂ＣｒＯ３来改变摩擦过程中表面氧化物和硫化物的形成状态，以期改善ＭｏＳ２润滑膜的寿命。利用接触角测定仪对摩擦表面的相对粘着表面能进行了计算，根据能量理论初步分析了ＭｏＳ２与ＭｏＳ２＋ＣｒＯ３摩擦系数的变化；由表面膜内产物的自由能和能量磨损理论，初步探讨了摩擦过程中表面氧化物和硫化物对磨损的影响。     

硫化菜籽油润滑添加剂的摩擦磨损性能研究

在菜籽油分子中引入硫,合成了一种新型环境友好润滑添加剂(SRO),并利用红外光谱仪对其主要官能团进行表征,通过四球摩擦磨损试验机考察SRO在菜籽油中的抗磨与极压性能,用X射线光电子能谱仪对其磨痕表面元素进行分析,探讨其极压抗磨作用机理.结果表明:硫化菜籽油润滑添加剂在菜籽油中具有优良的极压和抗磨减摩性能;其润滑作用机理为长链菜籽油分子的载体作用、硫的高反应活性以及二者协同作用,在摩擦金属表面形成高强度吸附膜和摩擦化学反应膜.     

双炔酸聚合LB膜结构及其摩擦磨损行为研究

采用垂直提拉法将单层双炔酸膜转移到云母基片上,同时将13层双炔酸膜转移到经过亲水处理的单晶硅片和石英片上,使双炔酸在紫外光照射下发生拓扑聚合制备双炔酸聚合LB膜,并对双炔酸和经紫外光照射后聚合双炔酸LB膜的结构及摩擦磨损特性进行研究.结果表明:双炔酸在可见区无吸收峰,但经紫外光照射后因双炔酸聚合后形成的共轭大π键在可见区出现了吸收峰;双炔酸LB膜均匀平整,厚度约为3.5 nm,聚合后其结构发生变化,厚度降至约1.5 nm;而聚合后双炔酸LB膜的减摩性能基本保持不变,聚合前后双炔酸LB膜的摩擦系数不随载荷而变化,符合阿芒顿定律,其抗磨特性得到明显提高;磨痕结果充分表明聚合双炔酸耐磨性能较好.     

P110油管钢表面镀Cu与镀Ni-P摩擦磨损性能的比较

在P110油管钢表面分别制备了Cu镀层和Ni-P镀层,采用SEM、EDS和STM等方法对比研究了P110油管钢基体、Cu镀层和Ni-P镀层的摩擦磨损性能,分析了磨痕形貌、磨损率和摩擦系数的异同,探讨了磨损机理.结果表明:Cu镀层和Ni-P镀层的耐磨性均明显优于P110油管钢基体,且Ni-P镀层的耐磨性优于Cu镀层;P110油管钢基体的磨痕呈磨坑形貌,磨损机理为剥层磨损和磨粒磨损;Cu镀层的磨痕表面附着Cu磨屑,磨屑受压发生塑形变形,磨损机理为疲劳磨损和黏着磨损;Ni-P镀层的磨痕呈细小的犁沟形貌,磨损机理为轻微磨粒磨损.     

关节软骨模拟运动摩擦磨损行为研究

采用牛关节软骨与不锈钢摩擦副在人工膝关节模拟运动试验机上进行模拟膝关节运动的摩擦学试验研究,探讨载荷和时间对摩擦磨损行为的影响并分析其作用机理,同时对软骨表面进行分析。结果表明：随着载荷从640增至1000 N,牛软骨表面磨痕的宽度的深度均增大;在同样载荷下,随着模拟运动时间从20增至60 min,牛软骨表面磨痕的宽度和深度增大。软骨磨损表面的磨痕和破损表面检测有铁元素的存在,表明不锈钢材料在摩擦过程中发生转移。试验后得到的磨粒包括长条形的金属磨粒和圆形的软骨成分磨粒。