核环境下的摩擦、磨损与润滑

理解核环境下材料的摩擦、磨损与润滑问题对建设商用第三代核反应堆、发展新型四代堆以及验证未来先进聚变核能系统至关重要.服役于核岛尤其是核反应堆一回路的机械部件及材料,不仅承受运动过程中循环应力及摩擦磨损,而且还要面对高温、腐蚀和辐射等极端环境,本文中针对反应堆中核环境下结构材料摩擦磨损问题,以及核环境下润滑材料特殊需求,总结了本领域研究进展及面临的挑战,并对推进及解决核环境下材料的摩擦、磨损与润滑研究提出了展望.     

润滑条件下激光加工纹理的摩擦磨损

采用YAG纳秒激光器在45#钢平板试样表面制备纹理,考察了不同润滑状态下表面纹理对摩擦学性能的影响.45#钢表面纹理采用了不同间距的点、槽和网格形貌,并在UMT-Ⅱ试验机上与SiC钢球配副,分别在石蜡和机油润滑条件下进行往复摩擦试验,得出了试验条件下的Stribeck曲线.结果表明,在Hersey数较小时,纹理的引入不利于材料摩擦系数的降低,Hersey数的增加有助于摩擦学性能的提高.网格状纹理间距越小摩擦系数越大.网格状形貌试样相对于点和凹槽形貌试样,表现出更好的摩擦学性能.     

PFPE脂润滑2Cr13钢摩擦副的真空摩擦磨损行为研究

利用销-盘式摩擦磨损试验机对PFPE脂润滑2Cr13钢摩擦副进行了不同滑动时间的真空滑动摩擦磨损试验.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分别对磨损表面的形貌、化学状态及润滑脂的结构和成分进行了系统分析.结果表明:随着滑动时间的增加,由微切削磨损、轻微腐蚀磨损向严重腐蚀磨损、轻度局部剥落继续向严重黏着磨损、严重局部剥落的严重复合磨损转变.在真空摩擦过程中PFPE润滑脂主要以物理退化为主,即润滑脂中基础油和增稠剂的相对比例发生变化.同时,PFPE润滑脂与2Cr13钢在摩擦过程中发生化学反应,生成具有催化作用的Fe F3.但由于所生成的Fe F3量较少,并未使PFPE润滑脂发生化学降解.     

仿生人工软骨材料的摩擦磨损性能及润滑机理研究

采用原位复合法制备聚乙烯醇水凝胶(PVA-H),采用模板-滤取法制备多孔超高分手量聚乙烯(UHMWPE)材料,对比研究了这2种材料在相同条件下的摩擦磨损性能,通过改变试验转速和载荷获得Stribeck曲线,并对其润滑机理进行分析.结果表明:干摩擦条件下,多孔UHMWPE和PVA-H的摩擦系数和磨损量均较大;在水润滑和牛血清润滑条件下,二者的摩擦磨损性能均得以改善,且PVA-H具有更低的磨损量.Stribeck曲线分析表明:仿生UHMWPE具有的多孔结构使得在其一定的区域内可以形成混合润滑区域;PVA-H具有更好的亲水性能和多孔结构,对应的Stribeck曲线谷底较宽,能够形成较宽的混合润滑区域和流体润滑区域,从而降低了接触区域的磨损量.     

油润滑条件下弹性金属塑料复合材料的摩擦磨损特性研究

在MPA－2000型盘销式摩擦磨损试验机上评价了油润滑条件下弹性金属塑料复合材料与钢对摩时的摩擦学特性,用扫描电子显微镜观察试样磨损表面形貌并分析其摩损机理,并在试验基础上建立了弹性金属塑料材料与钢对摩时的等摩损率图。结果表明：在低载荷条件下摩擦系数较高,随着载荷数升高摩擦系数降低;当滑动速度小于3．52m/s时,摩擦系数基于稳定在0．030;弹性金属塑料材料的磨损率随滑动速度和载葆的升高而增加,结合等磨损率图分析发现,当载荷小于1515N而滑动速度小于3．52m/s时,弹性金属塑料复合材料的磨损率相对较低;当滑动速度泪地3．52m/s时,弹性金属材料的磨损机理以微切削、挤压变形和犁沟磨损为主,在摩擦副两表面形成转移－依附物;当滑动速度为5．24m/s时,弹性金属塑料材料的磨损以表层软化和熔融为主要特征,所建立的等磨损率图对弹性金属塑料材料的使用有一定的指导作用。     

扫描电镜中装上摩擦试验机观察固体润滑膜的磨损过程

对固体润滑膜的评价,过去多用栓/盘式摩擦试验机,这种试验机的试验结果和实际机械试验结果的相关性不太好。为此,虽发展了几种摩擦试验机,但仍不能说已经确立了固体润滑的评价方法。     

多功能摩擦磨损试验仪

正材料表面及薄膜摩擦磨损性能检测设备的多功能化、智能化、小型化、集成化以及高稳定性和高可靠性,将成为现代分析测试技术发展的必然趋势。由于实际摩擦环境可能千变万化,而进行摩擦试验要模拟实际摩擦系统,在实验室再现摩擦现象及其规律性,以便对各参数进行观察测量,因此,为了满足要求,我们研发了MS-M9000多功能摩擦试验仪。该仪器是集往复摩擦磨损测试、旋转摩擦磨损测试、环块摩擦磨损测试、冲击疲劳测试、电化学腐蚀摩擦磨损     

填充聚四氟乙烯复合材料在水润滑条件下的摩擦磨损特性研究

采用MPX-200型摩擦磨损试验机研究了水润滑条件下不同含量的炭纤维、二硫化钼和三氧化二铝填充聚四氟乙烯复合材料与不锈钢配副时的摩擦磨损性能,通过方差和极差分析方法对材料的耐磨性进行研究,并利用原子力显微镜观察分析磨损表面及其磨屑形貌.结果表明:采用模压法制备填充聚四氟乙烯复合材料是可行的,在水润滑条件下复合材料具有优良的摩擦磨损性能,其C∶MoS2∶Al2O3∶PTFE合适的配比为5∶5∶5∶85或15∶10∶5∶70.     

Cu14Al4.5FeNi合金等离子涂层边界润滑摩擦磨损特性

新型铜基模具材料的脆性比较大,导致了材料加工费用高、安装难,影响新型铜基模具材料在工业中的应用,这些问题可以通过热喷涂的办法来解决。采用等离子喷涂方法在45号钢表面制取Cu14Al4.5FeNi喷涂层,20#边界润滑条件下,与Cu14Al4.5FeNi合金进行摩擦性能及耐磨性对比试验。利用XRD分析喷涂层及合金的相结构,SEM和EDS 等技术分析合金与喷涂层表面组织及磨损形貌。结果表明, 等离子喷涂层由于快冷抑制了共析（α+γ2）相,组织均匀细化,晶粒中的γ2相和晶内析出的k相使合金及涂层硬化。边界润滑条件下,Cu14Al4.5FeNi合金及其喷涂层的磨损方式以磨粒磨损和黏着磨损为主。在低载荷条件下,喷涂层表现出了比Cu14Al4.5FeNi合金更加优越的耐磨性能;在高载荷条件下（压力大于等于6.4 MPa）,喷涂层的摩擦系数和磨损量增加。因此铁基体上等离子喷涂Cu14Al4.5FeNi铜合金粉末涂层可以替代低载荷摩擦环境下的Cu14Al4.5FeNi合金。     

润滑条件下短纤维增强镁基复合材料的摩擦磨损行为研究

采用挤压浸渍预制件工艺制备了氧化铝短纤维增强镁基复合材料,并探讨了纤维取向对润滑条件下复合材料摩擦磨损行为的影响.结果表明:挤压浸渍工艺制备的镁基复合材料具有纤维二维择向分布,不同纤维分布对复合材料在润滑条件下的耐磨性能和磨损机制有较大影响.滑动方向垂直于纤维排列方向时,复合材料的磨痕深度小于平行方向,但相对应的钢球的磨损量则高于平行方向.滑动方向垂直于纤维排列方向时复合材料的磨损机制主要包括纤维破碎和基体的磨粒磨损;滑动方向平行于纤维排列方向时复合材料的磨损机制主要表现为纤维剥落和磨粒磨损.     

金属压力加工中的摩擦与润滑

摩擦与润滑是金属压力加工中的重要因素。在金属压力加工范围内,关于摩擦与润滑的机理、影响摩擦的因素、固体润滑剂与其它润滑剂的联用效果等方面,都有许多问题需要予以重视,并进一步开展研究工作。本文试就这些问题作一粗浅的探索。     

纳米硬质合金摩擦磨损与切削性能研究

摩擦磨损性能、磨削性能、切削性能对纳米硬质合金实用化具有极其重要意义。应用摩擦磨损试验机研究了纳米硬质合金WC-7Co和WC-10Co的摩擦磨损性能,利用在线电解修整（Electrolytic in Process Dressing, ELID）磨削技术对纳米硬质合金刀具进行了刃磨,并且对Al/SiCp复合材料进行了切削试验,研究了纳米硬质合金刀具的切削性能与刀具磨损机理。结果表明：纳米硬质合金整体摩擦系数低,耐磨性好,WC-10Co的磨损机理表现为鱼鳞状塑性流动;纳米硬质合金磨削加工性较好,磨削机理以塑性去除为主;纳米硬质合金刀具磨损机理为Al/SiCP复合材料中SiC颗粒对刃口断续冲击,其切削实质是断续切削,刀具磨损形式是刃口破损及晶粒脱落。纳米硬质合金刀具适于低速断续切削。     

WC／Ti合金在水基润滑剂润滑下的摩擦磨损机理研究

通过分子改造在添加剂分子中引入亲水基团,制备出了水溶性润滑添加剂．在 Ｔｉｍ ｋｅｎ 试验机上考察了 Ｗ Ｃ／ Ｔｉ合金体系在水基润滑剂润滑下的摩擦磨损行为及其摩擦化学反应机理．采用扫描电子显微镜和 Ｘ 射线光电子能谱分析表征 Ｗ Ｃ 涂层磨损表面,结果发现在涂层表面有明显的 Ｔｉ转移,并形成多元氧化物．表明在水基润滑条件下摩擦过程中发生摩擦氧化反应,而多元氧化物层的性质是影响粘着磨损行为的主要因素     

N-油酰基谷氨酸水基润滑添加剂的合成及其摩擦磨损特性研究

将油酸酰氯和谷氨酸在碱性溶液中反应得到N-油酰基谷氨酸,用红外光谱仪对其结构进行表征;用四球摩擦磨损试验机考察了N-油酰基谷氨酸三乙醇胺盐在水溶液中的摩擦磨损性能,并用俄歇电子能谱仪分析其磨斑表面边界膜的化学组成和元素分布.结果表明,当N-油酰基谷氨酸三乙醇胺添加量为0.25%时,其水溶液表现出较好的抗磨和减摩特性.这可能是由于N-油酰基谷氨酸三乙醇胺盐中的极性基团吸附在钢球表面、长碳链疏水性烃基在金属表面形成较厚的保护膜、在较高载荷条件下发生化学反应并形成高强度摩擦化学反应膜的缘故.当添加剂的添加量为2.00%时,N-油酰基谷氨酸三乙醇胺盐的防锈性较好,经细菌性试验表明其具有一定的抗菌能力.     

无磨损摩擦的原子理论

对描述原子级光滑表面之间的无磨损界面摩擦的微观过程的2个理论模型进行了综述,探讨了Frenkel-Kontorova(FK)模型的非线性静态和动态性质的复杂性,根据FK模型,静态特性在很大程度上依赖于表面晶格常数间的公度性,而动态特性则可分为周期解、准周期解和混沌解加以讨论。     

高聚物的摩擦和磨损

高聚物的摩擦数据变化甚大,作者认为其主要原因是高聚物的粘弹性。利用弹簧-粘盘的力学模型描述了高聚物的粘弹性,根据高聚物的动态力学性能论述了高聚物摩擦性能与粘弹性的关系。并指出,当材料的摩擦系数随滑动速度的提高而下降时,摩擦体系将会发生振动、噪音和粘-滑现象。 在材料手册中至今尚无高聚物的磨损数据。目前设计者对PV值较感兴趣,作者认为手册中的PV值不能真实地表示材料的性能,只有在确定温度条件下的PV值才有意义。同时介绍了摩擦表面上温度升高值的经验公式和几种测量摩擦温度的方法,并对高聚物的磨损特性作了论述。     

“工业摩擦与润滑”专辑序言

<正>为深入贯彻落实党的二十大精神,大力实施《国家创新驱动发展战略纲要》,践行摩擦学科技工作者的使命和定位,提高装备运动与动力系统的效能及可靠性,研究工业用摩擦与润滑材料,解决包括装备润滑、润滑设备、润滑油和润滑脂、润滑添加剂及金属加工润滑液等问题已成为摩擦学科研工作者的主要目标之一,研发性能优异的新型工业用摩擦和润滑材料迫在眉睫.     

纳米化纯铁在干摩擦及油润滑条件下的磨损行为研究

利用往复摩擦磨损试验机研究了深度轧制纳米化纯铁及其退火态和普通轧态纯铁在干摩擦和油润滑下的磨损行为,采用冲击划痕法和声发射划痕法研究材料的塑性变形能力,并对纳米化影响纯铁磨损行为的原因进行初步探讨.结果表明,在干摩擦条件下深度轧制纯铁的抗磨粒磨损性能较普通轧态纯铁差,抗犁削能力也较弱;在油润滑条件下,深度轧制纯铁显示出优良的耐磨性;经深度轧制后,纳米化纯铁具有较高的表面活性,但同时由于塑性的丧失只能承受较小的剪切力.     

固体润滑滚珠轴承磨损的模拟

高速涡轮机中使用的固体润滑滚珠轴承磨损的计算机模拟是依据轴承元件的局部相互作用和综合动态特性考虑的。通过已给出的相互作用的轴承元件之间各个界面的磨损系数,用ADORE计算机模型获取滚珠、座圈和保持架的时间平均磨损牢,它是随典型的燃气轮机工作条件变化的。该模型提供了保持架球兜孔和导向面上磨损的分析评价,为优化固体润滑滚珠轴承保持架的设计提供了一些指导。     

氧化锆陶瓷的摩擦磨损行为与机理

氧化锆陶瓷的工程应用前景广阔，在许多场合都必须与水或水溶液接触，但有关这种陶恣在水中的摩擦磨损行为和机理的研究报道不多见，而且已有的工作也不够深入。因此，对氧化锆陶瓷分别在水润滑和干摩擦下的摩擦学特性及其磨损机理进行了考察。