水分对核废料硼硅酸盐玻璃摩擦磨损性能的影响

使用环境可控的摩擦磨损试验机,以不锈钢球作为对摩副,探究了不同水分环境下(干燥、相对湿度RH20%、RH50%、RH70%和液态水) 核废料硼硅酸盐玻璃的磨损规律和机理. 研究发现:硼硅酸盐玻璃基底和不锈钢球的稳态摩擦系数、磨损量和次表面损伤随着环境湿度的增加逐渐减小,而在液态水环境中,玻璃界面的稳态摩擦系数、磨损量以及次表面损伤深度均远小于干燥和潮湿空气. 核废料硼硅酸盐玻璃在干燥环境下的磨损形式以黏着磨损和磨粒磨损为主;在潮湿和液态水环境下,玻璃的磨损行为由水分诱导的摩擦化学磨损主导. 玻璃表面吸附水分子诱导的摩擦化学作用和润滑作用,造成了玻璃在液态水环境中的磨损量和次表面损伤均远小于干燥和潮湿环境下.      

干燥气氛下速度对钠钙玻璃磨损性能的影响

以硼硅酸盐玻璃球为对摩副,在摩擦磨损试验机上研究了干燥气氛下滑动速度和载荷对钠钙玻璃表面磨损性能的影响规律与作用机理. 研究发现,随着滑动速度从0.25 mm/s逐渐增大到8 mm/s,钠钙玻璃在高载下(2 N)的稳态摩擦系数略微降低,当载荷降低为1 N时,速度对钠钙玻璃摩擦系数的影响并不明显. 随着滑动速度的增加,钠钙玻璃表面的磨损深度和磨损体积逐渐增加,钠钙玻璃在低载下(1 N)的磨损体积增大了21.5倍,而在高载下(2 N)的磨损体积增大了12.5倍. 低速时,钠钙玻璃接触界面温升较小,磨损机理以磨粒磨损和黏着磨损为主,并伴有少量脆性剥落. 随着速度的增加,磨屑逐渐转移到对摩副pyrex球表面并参与到磨损过程,钠钙玻璃的磨损机理转变为黏着磨损和犁沟去除. 相对于高载而言,低载下滑动速度对钠钙玻璃材料去除的影响更为显著,这是由于随着速度的增加,低载下玻璃界面的温升增长率大于高载下.      

强酸侵蚀对钠钙硅玻璃表面改性及其磨损性能研究

使用水接触角测量仪、红外光谱仪、纳米压痕仪和显微硬度计,探究了侵蚀处理时间对钠钙硅玻璃在强酸(pH=1,HCl溶液)和纯水侵蚀条件下机械化学性能的变化规律. 采用多功能往复式摩擦磨损试验机,以SiO₂球为对摩副,分析了钠钙硅玻璃在不同侵蚀条件下的磨损行为. 研究发现:经去离子水侵蚀24和50 h后,钠钙硅玻璃的机械化学性能变化不明显,而经强酸侵蚀的钠钙硅玻璃的断裂韧性显著增大,但其纳米硬度、等效弹性模量、维氏硬度和在潮湿空气(RH=50%)下的磨损性能降低. 酸性液体对钠钙硅玻璃性能的影响与Na+析出后玻璃表面形成的侵蚀层密切相关. 与纯水环境相比,钠钙硅玻璃表层Na+在强酸侵蚀时更易被析出,表面化学结构变成“富SiO₂”,同时玻璃表面变得更亲水,磨损过程产生的磨屑易于吸附在摩擦界面,从而导致界面磨损形式由摩擦化学磨损转化为黏着磨损,最终使钠钙硅玻璃的耐磨性降低.      

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.     

洛伦兹力与温度场作用下枢轨摩擦磨损特性

电枢与轨道间摩擦磨损直接影响着枢轨接触状态,进而影响着电磁轨道发射装置的使用寿命和发射效率. 因此针对焦耳热与摩擦热作用下接触面温度纵向扩散特性,建立温度作用下Archard磨损模型分析温度对枢轨间磨损的影响. 结果表明:枢轨间磨损量主要发生在电枢表面,且最大磨损量集中在电枢尾翼边缘区域. 随着电枢运动过程,枢轨表面温度逐渐升高,接触区域材料的弹性模量和硬度降低,枢轨间磨损量增大. 接触表面磨损量增大也反映出了枢轨接触面温度升高加速了电枢表面的烧蚀.      

摩擦材料应用方式对超声波电机驱动特性的影响

摩擦材料是超声波电机的关键零件,其应用方式直接影响超声波电机的驱动特性.以行波超声波电机为研究对象,将摩擦材料分别应用到转子和定子上,与相应的定子和转子组合,模拟超声波电机的接触方式,研究了超声波电机的负载和磨损特性随摩擦材料应用方式的变化规律.借助于阻抗仪测试了摩擦材料应用到定子齿面前后的阻抗特性,采用精密粗糙度仪和金相显微镜评价了超声波电机定子和转子接触界面磨损前后的形貌变化及其磨损模式.结果表明:当摩擦材料应用到定子齿面时,定子的谐振频率略微降低;当2台超声波电机空载转速相同时,摩擦材料应用到定子齿面与金属转子配副时可获得较大的堵转力矩,定子摩擦材料表面呈现抛光的磨损特征,而当摩擦材料应用到转子表面与金属定子配副时,转子摩擦材料表面呈现较严重的犁沟磨损.     

316L不锈钢在Saline溶液中的微动磨蚀行为研究

采用球－平面接触微动磨损试验设备考察了轧制固溶３１６Ｌ不锈钢在Ｓａｌｉｎｅ溶液中的微动磨蚀行为。研究表明,３１６Ｌ不锈钢的微动过程存在显著的阶段性;微动初期为磨合期,第一稳定阶段摩擦副处于高摩擦应力状态,伴随着不锈钢表面缝隙腐蚀与弹塑性损伤的积累;第二过渡阶段和第二稳定阶段不锈钢表面呈微断裂剥层特征,腐蚀引起的微断裂不可忽视,不锈钢微动损伤表面形貌同微动损伤速率之间存在对应关系。     

摩擦磨损的接触界面势垒理论研究

根据系统和能量的观点,从摩擦界面的微观相互作用出发,提出摩擦磨损的接触界面势垒理论,研究接触界面势垒和标准接触界面势垒的计算方法,并推导出摩擦力、摩擦系数以及粘着磨损量的计算公式.研究表明,界面的摩擦磨损性能取决于接触界面势垒的大小和分布,用标准接触界面势垒作为表征摩擦副材料摩擦磨损特性的指标具有较好的独立性和稳定性.利用已有的实验数据进行计算,结果与超高真空原子力显微镜实验结果基本符合,验证了所提出理论和方法的可行性.     

激光表面织构对不同材料干摩擦特性的影响

采用环-块线接触摩擦磨损试验,研究了经激光处理后不同织构面密度的45钢和12Cr凹坑形织构试件的干摩擦磨损特性.借助高精度天平分析了试件磨损量,采用三维形貌仪和扫描电镜对试件表面形貌进行了分析.研究结果表明:激光表面织构化使得45钢试件表面形成可以改善摩擦性能的高硬度质点;在相同试验条件下,与无织构试件相比,45钢织构环试件磨损量明显降低,而12Cr织构环试件磨损量却有所升高;织构试件的磨损量在一定范围内随着织构面密度的增加而降低;激光织构化对摩擦系数的稳定值影响不大.     

钝化处理1Cr18Ni9Ti不锈钢在H2O2 水溶液中的摩擦学性能初探

为研究1Cr18Ni9Ti不锈钢钝化膜在H2O2水溶液中的摩擦学性能,对1Cr18Ni9Ti不锈钢表面进行了酸洗钝化处理,利用CS300电化学测试系统和XPS对不锈钢表面钝化膜的电化学行为、元素组成和化学状态进行了分析;用SST销-盘式摩擦磨损试验机研究了1Cr18Ni9Ti不锈钢盘与GCr15钢球摩擦副在不同浓度H2O2水溶液中配副时的摩擦学性能;用TR240形貌轮廓仪和扫描电子显微镜(SEM)观察分析了盘试样磨损处的轮廓形貌、磨痕面积和微区结构.结果表明,1Cr18Ni9Ti不锈钢经钝化工艺处理后,耐腐蚀性能显著提高,且表面形成一层富氧、富铬、贫铁的钝化膜,其主要成分是Cr2O3;钝化后的1Cr18Ni9Ti不锈钢在过氧化氢溶液中的摩擦系数较钝化前均出现不同程度的降低,耐磨性提高;钝化或未钝化的1Cr18Ni9Ti不锈钢在过氧化氢溶液中的磨损机理均表现为黏着磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损,但在90%H2O2水溶液中,盘磨损表面的黏着作用明显减轻.     

盾构滚刀刀圈材料的冲滑复合磨损性能研究

盾构滚刀的磨损极大影响了隧道工程的掘进效率,滚刀主要发生冲击-滑动(冲滑)复合磨损,而刀盘与地层之间的相对刚度对滚刀的磨损行为存在显著影响,因此本文中在自主研制冲滑复合摩擦磨损试验机上对滚刀刀圈材料H13钢进行不同结构刚度下的磨损试验,并采用光学显微镜、扫描电镜和白光干涉仪等微观分析设备对不同结构刚度下H13钢的冲滑复合磨损特性和机理进行了分析和揭示. 结果表明:随着结构刚度的增大,压载荷作用时间增长并逐渐起主导作用,摩擦副在滑动区接触时间增长,H13钢损伤最严重区域有沿着冲滑方向移动的趋势,相应地,磨损机制由磨粒磨损变为磨粒磨损与黏着磨损混合形式. 在本研究中再现了盾构滚刀冲滑复合磨损的界面微观工作状态,深入探究了滚刀刀圈材料的微观磨损机理,可辅助了解滚刀与不同软硬程度地层间的相互作用,并为滚刀刀圈材料的磨损性能评价提供了新的研究方法和手段.      

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.     

等离子喷涂Al2O3/TiO2陶瓷涂层在液态石蜡润滑下的摩擦磨损性能研究

利用纳米和微米结构Al2O3/TiO2喂料制备出2种陶瓷涂层,考察了这2种涂层在液体石蜡润滑下与不锈钢球摩擦副的摩擦磨损性能,并探讨了2种涂层的磨损机理.结果表明:液态石蜡润滑能有效降低纳米Al2O3/TiO2涂层与不锈钢球摩擦副的摩擦系数和磨损率,但是对微米涂层的润滑效果不明显.纳米涂层的摩擦系数仪为微米涂层的1/3,而磨损率则降低了70倍以上.纳米涂层的磨损机制在低载荷下是轻微的黏着磨损,高载荷下则是摩擦抛光,而微米涂层的磨损机制是晶粒脆性断裂.     

激光熔敷Cr3Si／Cr2Ni3Si金属硅化物涂层耐磨性与耐蚀性研究

以 Cr- Si- Ni预合金化粉末为原料 ,采用激光熔敷技术在 1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备出以金属硅化物 Cr3Si为增强相、以复杂多元金属硅化物 Cr2 Ni3Si为基体的快速凝固金属硅化物冶金涂层 ,在滑动磨损条件下评价了其耐磨性能 ,并采用阳极极化方法分别评价了该涂层在 0 .5 mol/L 的 H2 SO4 及 3.5 % Na Cl溶液中的电化学耐蚀性能 .结果表明 ,在滑动磨损条件下 ,所研制的涂层具有优异的耐磨性能 ,在 0 .5 mol/L的 H2 SO4 及 3.5 % Na Cl水溶液中具有优良的电化学耐蚀性能 ,这归因于其组成相 Cr3Si及 Cr2 Ni3Si的优异耐磨耐蚀性 ,以及非平衡快速凝固过程导致的组织细化、致密化和均匀化 .     

Cu/Ni-P多层膜的制备及其摩擦学性能研究

用电沉积方法制备了软硬层交替的Cu／Ni-P多层膜，用原子力显微镜观察分析了多层膜的表面形貌，用X射线衍射仪测定了其相结构；采用动一静摩擦系数精密测量装置考察了多层膜的摩擦学性能和摩擦磨损机制；采用扫描电子显微镜观察分析了其磨损表面形貌．结果表明：Cu／Ni-P多层膜与钢球对摩时具有较好的抗磨减摩性能；在低载荷和低滑动速度下，多层膜的磨痕表面存在擦伤痕迹和较浅的犁沟；在高载荷下多层膜发生严重粘着磨损和剥落。     

激光熔覆Cuss/Cr5Si3金属硅化物复合涂层组织及耐磨性的研究

利用激光熔覆技术在奥氏体1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备出由Cuss增韧铜基固溶体(Cr5Si3)金属硅化物新型耐磨复合涂层,分析了其显微组织,并在室温干滑动摩损条件下评价其耐磨性能.结果表明:涂层中高硬度耐磨相Cr5Si3得到Cuss基体的有力支撑,同时由于Cuss的高导热、低摩擦及自润滑效果,使得复合涂层在室温干滑动磨损条件下具有优异的耐磨性能;随着铜基固溶体体积分数增加,涂层的硬度和耐磨性明显降低.     

常用实木地板的摩擦磨损性能研究

用UMT-2MT摩擦试验机测试了9种常用实木地板对橡胶和440C不锈钢的摩擦磨损性能.结果表明：橡胶对多数地板的摩擦系数大于0.5,满足安全标准,且均大于钢球对地板的摩擦系数.钢球对地板漆层的摩擦系数介于0.1～0.6之间,而钢球对地板木材的摩擦系数基本相同,处于0.55左右.橡胶对地板磨损试验未能得到可测的磨损量（试验时间为1 h）.钢球对地板漆层和木材层的磨损不同,漆层的抗磨损能力普遍高于木质层.每种地板都有临界载荷,载荷小于临界载荷时,随着载荷的增加磨损量几乎不变;载荷大于临界载荷后,随着载荷的增加磨损明显加快.