自润滑纤维织物复合材料及其在关节轴承中的应用研究现状与展望

自润滑关节轴承是1种球面滑动轴承,因其结构简单、承载能力强、可靠性高以及免维护(不需要润滑油脂)等优异性能受到广泛关注.目前,自润滑关节轴承已广泛应用于飞机发动机、起落架、机体襟副翼以及直升机旋翼系统,其在航天飞行器、汽车、核电和水利水电等领域中的应用也越来越多.随着高端装备极限性能不断提升,对自润滑轴承的服役性能及寿命要求越来越高.因此,自润滑关节轴承寿命提升、损伤失效机制和轴承寿命预测等方面的研究变得尤为重要.本文中从摩擦学视角出发,总结了自润滑关节轴承用自润滑纤维织物复合材料的研究现状,包括织物坯布组织结构、增强纤维、树脂基体、功能增强材料以及纤维-树脂界面改性等内容.此外,文中还介绍了自润滑关节轴承寿命评价方面的研究进展,包括自润滑关节轴承试验规范及产品标准、轴承寿命试验及预测、轴承寿命及可靠性影响因素.最后对关节轴承用自润滑纤维织物复合材料的重点研究方向进行了展望.     

捷变频磁控管用自润滑滚动轴承的研究

本文报导了一种利用滚动轴承自润滑保持架来实现高温高真空滚动轴承自润滑的方法。文中详细介绍了速度、负荷与温度对几种自润滑复合材料摩擦磨损性能的影响。通过实验室试验与模拟试验,作者认为自润滑保持架材料在高真空中的良好润滑性,是保证轴承在高温高真空中能否运行的先决条件,而它在高温下好的耐磨性,是决定轴承在高温高真空中寿命长短的主要因素。试验结果证明:利用银-二硫化钼体系的自润滑复合材料制作滚动轴承保持架可实现高温高真空滚动轴承的自润滑。     

石墨对铜基自润滑材料高温摩擦磨损性能的影响

通过基体多元合金化和选用不同粒度的石墨颗粒,采用常规粉末冶金方法制备了铜基石墨固体自润滑材料,在大越式OAT-U型摩擦磨损试验机上考察了复合材料从室温到500℃温度条件下的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌,进而探讨其摩擦磨损机理.结果表明:在室温条件下,石墨颗粒越小,则复合材料的摩擦系数越小,减摩自润滑效果越好;在室温至500℃条件下,选用合适的石墨粒度(0.3～0.5mm)和多元基体合金化,可使铜基石墨固体自润滑材料保持较好的自润滑特性.     

高温高真空滚动轴承自润滑保持架材料的研究

作者报导了一种银-二硫化钼-石墨三元体系的自润滑复合材料。文中介绍了速度、负荷与温度对该材料摩擦磨损性能的影响。试验结果证明:利用该材料制作滚动轴承保持架,可实现高温高真空滚动轴承的自润滑。轴承寿命可达600小时以上。     

AI2O3＋Cf／ZL109干摩擦磨损行为及其人工神经网络分析

采用挤压铸造法制备了氧化铝及碳短纤维混杂增强ＺＬ１０９合金复合材料,考察了复合材料的干擦磨损行为。结果表明：该复合材料的摩擦磨损性能随纤维总体积分数的增加而降低;当纤维总体积分数一定时,随碳纤维含量的增加复合材料摩控磨损性能降低,采用人复合材料的干摩控磨损试验结果进行了综合分析,其结果与试验值吻合较好,分析表明：纤维总全积分数如何变化,碳纤维含量对复合材料摩擦系数均有较大的影响,「这是其自润滑作用     

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。     

Al_2O_(3f)+C_f/ZL109干摩擦磨损行为及其人工神经网络分析

采用挤压铸造法制备了氧化铝及碳短纤维混杂增强 Ｚ Ｌ１０９ 合金复合材料,考察了该复合材料的干摩擦磨损行为．结果表明：该复合材料的摩擦磨损性能随纤维总体积分数的增加而降低;当纤维总体积分数一定时,随碳纤维含量的增加复合材料摩擦磨损性能降低．采用人工神经网络技术对该复合材料的干摩擦磨损试验结果进行了综合分析,其结果与试验值吻合较好．分析表明：纤维总体积分数较小时,碳纤维含量对复合材料耐磨性的影响较大,随纤维总体积分数的增大其影响减弱;无论纤维总体积分数如何变化,碳纤维含量对复合材料摩擦系数均有较大影响,这是其自润滑作用的结果;载荷较小时,该复合材料摩擦磨损的跑合时间较长;随载荷的增大摩擦系数减小;磨损达到稳态后载荷对复合材料摩擦系数的影响不大     

Al2O3f+Cf/ZL109干摩擦磨损行为及其人工神经网络分析

采用挤压铸造法制备了氧化铝及碳短纤维混杂增强ZL109合金复合材料,考察了该复合材料的干摩擦磨损行为.结果表明该复合材料的摩擦磨损性能随纤维总体积分数的增加而降低;当纤维总体积分数一定时,随碳纤维含量的增加复合材料摩擦磨损性能降低.采用人工神经网络技术对该复合材料的干摩擦磨损试验结果进行了综合分析,其结果与试验值吻合较好.分析表明纤维总体积分数较小时,碳纤维含量对复合材料耐磨性的影响较大,随纤维总体积分数的增大其影响减弱;无论纤维总体积分数如何变化,碳纤维含量对复合材料摩擦系数均有较大影响,这是其自润滑作用的结果;载荷较小时,该复合材料摩擦磨损的跑合时间较长;随载荷的增大摩擦系数减小;磨损达到稳态后载荷对复合材料摩擦系数的影响不大.     

碳钢-自润滑复合材料万向节的试验研究

本文是在含油聚甲醛钢背复合自润滑材料作汽车万向节轴承应用研究的基础上进行的以碳钢代替合金钢制造万向节零件的可行性分析和试验研究。通过静力扭转强度试验和扭转疲劳试验的结果表明,碳钢-自润滑复合材料万向节的性能优于合金钢万向节的,预计不仅可提高使用寿命一倍,而且可节约制造成本20％和大量合金钢材,以取得良好的社会和企业经济效益。     

仿生微胶囊复合水润滑轴承材料的摩擦性能研究

水润滑尾轴承在低速重载的工况下常出现严重磨损的情况.为降低润滑不良造成的尾轴承磨损,本文中通过观察铁犁木表面结构,分析其自润滑机理,设计出仿生微胶囊复合水润滑轴承材料.复合材料以高密度聚乙烯为基底材料,含基础油的仿生微胶囊为添加剂,采用共混的方式加工成型.使用CBZ-1船舶轴系摩擦磨损试验机研究了仿生微胶囊复合材料在不同试验工况下的摩擦性能.通过分析复合材料的磨损量和表面形貌参数,得出复合材料的磨损机理.结果表明:试验工况条件下,仿生微胶囊复合材料能够提升材料的摩擦学性能,其中当仿生微胶囊质量分数为3%时提升效果最明显.该研究为仿生水润滑材料的结构设计以及性能提升等提供试验依据.     

混合澄清槽搅拌装置滑动轴承设计及磨损性能研究

针对混合澄清槽搅拌装置运行工况的特殊要求,以改善其滑动轴承使用性能及寿命为目标,选用和研制WC-VC-Ni-Cr-Mo金属陶瓷复合材料(WN20)和铁-镍-铬-石墨-二硫化钼自润滑复合材料(FC13). 考察了复合材料的微观组织、力学和摩擦学性能,结果表明WN20金属陶瓷复合材料具有优异的力学性能,FC13金属基自润滑复合材料在干摩擦状态下具有良好的自润滑和抗磨损性能,是滑动轴承组件摩擦副轴瓦的合适材料. 根据固体润滑滑动轴承的设计原则,设计滑动轴承组件结构及相应的润滑方式. 采用C13金属基自润滑复合材料制造轴瓦,并通过嵌入特种润滑剂的方式进行辅助润滑,与WN20金属陶瓷轴组成摩擦副时,滑动轴承组件表现出优异的摩擦磨损性能,经过250 h摩擦试验,摩擦系数和轴瓦温度无显著变化,摩擦系数为0.08,轴瓦径向磨损量为3.8 μm,均满足混合澄清槽搅拌装置的使用要求.      

尼龙自润滑性与表面织构协同作用对HDPE基水润滑轴承摩擦磨损性能的影响

传统的船舶尾轴油润滑轴承的润滑油泄露造成了严重的海洋污染,逐渐被水润滑轴承取代,但水较差的承载能力要求水润滑轴承具有良好的减磨耐磨性能. 通过HDPE与PA66的共混材料研究尼龙润滑填料和表面织构协同作用对水润滑轴承摩擦磨损性能的影响,利用超景深三维显微系统测量共混材料试样浸泡后的表面纹理结构,利用CBZ-1摩擦磨损试验机对试样进行摩擦试验并记录摩擦系数,利用表面轮廓仪和扫描电镜(SEM)观察试样磨损形貌并分析其磨损机理. 试验表明:PA66的添加能优化共混材料的摩擦学性能. PA66的水溶胀性使共混材料表面形成微凸织构,降低摩擦系数和减轻表面磨损;PA66的存在可使共混材料在摩擦过程中在对摩铜盘表面形成转移膜,有效保护摩擦副表面,减轻磨损.      

镀镍石墨粉与铜基自润滑材料摩擦磨损特性研究

采用粉末冶金复压复烧工艺制备铜基石墨复合材料,考察了不同载荷条件下铜基石墨复合材料的摩擦磨损性能.结果表明:在载荷20～60 N条件下,含6%(质量分数)石墨的铜基复合材料经历了轻微磨损、中等磨损到严重磨损3个过程;石墨颗粒表面镀镍可以提高石墨与铜合金基体的界面结合强度以及磨损过程中所形成的转移层与基体间的粘附性能,含6%镀镍石墨的铜基复合材料的自润滑性能得到改善,只经历了轻微磨损和中等磨损2个过程.     

氮化钛硬质薄膜在不同种类润滑油下的摩擦学性能研究

采用球-盘摩擦试验机分别考察了氮化钛硬质薄膜与轴承钢和氮化硅陶瓷组成的摩擦副在不同种类润滑油条件下的摩擦学性能,并表征了其磨痕表面形貌与元素成份.结果显示:与Ti N硬质薄膜干摩擦性能相比,润滑油可显著降低摩擦系数,延长磨损寿命,且具有较长烷基碳链的润滑油性能较优;当上试球材料不同时,其油润滑条件下的性能亦不同.相同润滑油条件下,氮化硅球作为摩擦副时,其润滑性能优于轴承钢球.磨痕表面形貌及能谱分析结果表明:具有较长烷基碳链的润滑油在摩擦副研磨滑动过程中起到油性剂的作用,而短碳链硅油分子结构中含有氯元素,虽通过摩擦化学反应生成边界润滑膜,但不完整致密,以致短时间内润滑失效.     

等温淬火球墨铸铁的滚动接触磨损性能研究

将2种等温淬火球墨铸铁(Austempered Ductile Iron, ADI)和合金钢车轮材料分别与合金钢钢轨材料匹配,研究各摩擦副的滚动接触磨损性能.结果表明:与合金钢车轮材料相比,2种ADI材料的磨损性能均有大幅度的改善.硬度低、石墨球直径小且密度大的ADI材料自润滑效果好,相对应的摩擦副抗磨损性能最好;硬度高、石墨球直径大且密度小的ADI材料自润滑效果较差,相对应的摩擦副抗磨损性能居中;合金钢车轮材料不具备自润滑能力,相对应的摩擦副抗磨损性能最差.     

Cr12MoV钢离子渗氮和硫、碳、氮复合共渗层摩擦学性能研究

采用离子渗N和S、C、N复合共渗技术在Cr12MoV钢表面制备了由硫化物组成的改性层，考察了改性层在不同润滑条件下的摩擦磨损性能，并采用扫描电子显微镜观察分析试样磨损表面形貌。结果表明：Cr12MoV钢表面经复合共渗处理后形成具有良好储油能力的多孔硫化物层，硫化物层在油润滑条件下可以显著提高Cr12MoV钢表面的摩擦磨损性能。     

羟基硅酸镁复合粉体润滑油添加剂对钢-钢摩擦副的抗磨自修复机理

以羟基硅酸镁复合矿物粉体作为润滑油添加剂,采用MM-200型环-块摩擦磨损试验机研究了45^#钢摩擦副的减摩抗磨性能;采用扫描电子显微镜观察了钢环磨损表面和润滑油所含添加剂颗粒的形貌,采用能谱仪分析了钢环磨损表面成份,采用表面形貌仪测定了钢环磨损表面粗糙度,进而探讨了复合矿物粉体添加剂的抗磨自修复机理.结果表明:羟基硅酸镁复合矿物粉体添加剂对钢-钢摩擦副具有良好的减摩抗磨作用.在基础油(46^#机油)润滑条件下,随着载荷的增加,磨损机制由轻微擦伤转变为严重擦伤和黏着磨损.在含添加剂的油润滑条件下,较低载荷下钢环磨损表面发生轻微擦伤,且擦伤程度比基础油润滑下的更轻;而在较高载荷条件下钢环磨损表面非常光滑,呈现轻微的黏着磨损迹象.其原因在于在较低载荷条件下,添加剂在摩擦过程中可发生团聚形成大小不一的球状团聚体,球状团聚体可起到微球轴承的作用,使钢-钢摩擦副由滑动接触状态转变为滚动接触状态,从而显著降低摩擦系数,提高抗磨性能.而在较高载荷下,羟基硅酸镁复合矿物粉体添加剂易在钢-钢摩擦副磨损表面形成自修复抗磨层,从而隔离金属表面的直接接触,起到良好的减摩抗磨作用.     

基于图像传感器的在线铁谱仪的实验研究

介绍了一种新型在线铁谱仪的原理、性能和试验结果 ,该仪器通过 DSP计算遮光面积百分比、磨损指数以及分类特征大磨粒 ,能够判断被监测机器的磨损状态并预报异常磨损 .试验结果表明 ,所研制的仪器能较好地满足在线磨损检测的要求     

混合式陶瓷球轴承在液氮中的摩擦学性能研究

研究了由ＳｉａｌｏｎＳｉ３Ｎ４陶瓷球,９Ｃｒ１８内外环以及由ＰＴＦＥ和玻璃纤维制成的保持架组合成的混合式陶瓷球轴承在液氮气氛和重负荷条件下的摩擦磨损性能,结果表明,通过９０ｍｉｎ的－１９６℃超低温台架试验后,混合式陶瓷球轴承仍可以正常工作,对试验后的陶瓷球进行显微镜观察未发现大面积的接触疲劳破坏,但在内外环滚道表面有轻微疲坑,混合式陶瓷球轴承的摩擦功耗明显低于钢制球轴承。     

碳纤维毡增强铝基复合材料的摩擦磨损性能研究

采用压挤渗透工艺制备了新型碳纤维毡增强铝基复合材料,在MG－2000型高速高温摩擦磨损试验机上考察了其摩擦磨损性质,结果表明：碳纤维毡增强铝基复合材料的摩擦磨损特性明显估于基体合金;复合材料经历由稳定磨损向严重磨损的转化;在稳定磨损阶段,复合材料的磨损表面存在由金属氧化物和碳膜共同构成的复合固体润滑膜,从而有效地改善复合材料的摩擦磨损性能。