界面润湿性和粗糙度对橡胶滑动摩擦行为的影响

当黏弹性体接触界面介于湿和干之间时，总是捕捉到1个高于干摩擦的润湿状态，称为黏着态.该状态下最大摩擦系数称为摩擦峰.本文中利用涂覆不同材料的载玻片探究了界面润湿性(θ)和粗糙度(Ra)对摩擦峰的影响.摩擦试验发现，干燥条件下，Ra相近时，PDMS半球与θ较小的表面，摩擦更大；θ相近时，与Ra较小的表面，摩擦更大.润湿转变试验中发现，黏着态下摩擦系数最大增长百分比(Δμ%)与滞后位移增长百分比(ΔS%)之间呈较好的线性关系.摩擦系数与滞后位移的增长与接触表面间残余液滴有关.试验发现：光滑载玻片表面的Ra相近时，θ较小的表面，摩擦峰较低；θ相近时，Ra较小的表面，摩擦峰较低.该结果表明，黏着态下接触区域内微液桥的数量和形状对摩擦峰具有重要影响.     

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.     

微液滴在PDMS软基体表面的动态摩擦行为研究

通过固液界面摩擦力测试装置研究了微液滴在PDMS软基体表面运动时的动态摩擦学行为,并对微液滴体积、滑动速度及软基体力学性能对固液界面动态摩擦行为的影响进行了分析. 结果表明:微液滴在软基体表面运动时表现出最大静摩擦力和动态摩擦力. 最大静摩擦力与微液滴黏度和速度梯度呈正比,动态摩擦力与微液滴体积、滑动速度和基体力学性能有关. 随着微液滴体积的增加,三相接触线长度增加,动态摩擦力增加;随着相对滑动速度增加,三相接触线长度及接触角滞后增加,动态摩擦力增加;随着软基体弹性模量降低,固液界面黏附力增加,固液界面运动能量耗散增加,动态摩擦力增加. 研究结果可为PDMS软基体表面微液滴的精确驱动和运动参数优化提供理论指导,也可进一步丰富固液界面摩擦理论.      

高含量SiC颗粒增强铝基复合材料的增摩特性研究

汽车轻量化是当今汽车工业发展的主旋律.针对制动盘的轻量化,研究了SiC颗粒增强铝基复合材料与摩擦材料干滑动的摩擦行为,并探讨了其增摩的机理.结果表明:随SiC质量百分数从50%增加到55%,最大静摩擦系数增大了约80%.两对摩擦副的静摩擦系数随压力增大均明显增大,随滑动速度提高则呈先增后减的趋势.干滑动摩擦导致的摩擦表面温度升高造成基体软化,增强相脱落,且使得磨损机理由磨粒磨损向黏着磨损转变,从而严重影响摩擦系数的稳定性.     

表面形貌对滑动接触界面摩擦行为的影响

为了研究表面形貌对拉延形成的滑动接触界面摩擦行为的影响,设计了一种新型的摩擦试验装置.在油润滑条件下,针对具有单向沟槽、规则圆形凹坑和随机表面的铝合金试样,以不同滑动速度与接触压力进行一系列摩擦试验.利用非接触式三维轮廓仪测量出试验前后试样的三维表面形貌参数,并选取表面高度算术平均偏差Sa,表面支承指数Sbi,中心区空体体积Vvc和谷区空体体积Vvv来分析滑动接触界面表面形貌的变化规律.结果表明:规则圆形凹坑表面比单向沟槽表面和随机表面具有较低的摩擦系数;在相对低的接触压力下,3种表面的摩擦系数随着接触压力的增大而减小,但在高的接触压力下,3种表面的摩擦系数随着接触压力的增大而增大;在接触压力一定的情况下,3种表面的摩擦系数对滑动速度有显著依赖性;表面形貌、滑动速度和接触压力是影响滑动接触界面摩擦行为的重要因素.     

表面形貌变形对塑性成形滑动接触界面摩擦的影响

为了更好地理解塑性成形滑动接触界面的摩擦行为,构建了一种新型的摩擦试验装置,运用表面纹理化技术制备了两类表面形貌的1050铝材试件,在不同的接触压力和滑动速度条件下进行一系列拉伸摩擦试验.对试验前后试件三维表面形貌进行了测量;提取真实接触面积比、封闭空体面积比和开放空体面积比等三维表面参数,来描述试件表面形貌的变化.试验发现:摩擦系数随名义接触压力和滑动速度增加而逐渐减小;试件初始表面形貌对摩擦有明显的影响;试件表面形貌和参数随接触条件出现了规律性变化.基于机械流变模型的分析表明:随着试件表面形貌变形,不同的机理决定界面摩擦行为,摩擦系数对名义接触压力和滑动速度的依赖性可分别归因于微观塑性流体动压润滑效应和入口区流体动压牵引效应.     

Schiff碱铜(Ⅱ)配合物改性超高分子量聚乙烯的低速滑动摩擦研究

采用微摩擦试验机,在干摩擦和植物油润滑条件下分别考察了法向载荷、滑动速度和试验持续时间对含质量分数5%、10%及15%乙二胺缩水杨醛西佛碱(Schiff碱)铜(Ⅱ)配合物的改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE)与铬钢(100Cr6)配副在50~1 600μm/s滑动速度范围的摩擦系数的影响,并与纯UHMWPE进行了对比.结果表明:在低速滑动条件下,含质量分数5%~15%乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜(Ⅱ)配合物的改性UHMWPE在植物油润滑或干摩擦时的摩擦系数与法向载荷无关,摩擦系数明显小于纯UHMWPE,尤其是在干摩擦时的摩擦系数均较纯UHMWPE降低29%;当改性UHMWPE中乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜(Ⅱ)配合物含量足够大(如15%)时,可减小植物油润滑时的滑动速度对摩擦系数的影响;而含5%~15%乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜(Ⅱ)配合物的改性UHMWPE在干摩擦时的摩擦系数基本与滑动速度、试验持续时间无关.乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜(Ⅱ)配合物改性的UHMWPE在干摩擦条件下稳定的低速滑动摩擦特性,符合纳米定位对摩擦副材料所期望的性能.     

环境湿度对碳/铜滑动接触副载流摩擦学行为的影响

弓网系统依靠受电弓滑板与接触网导线间的滑动电接触为电力列车输送电能,作为1个开放的摩擦学系统,外界环境对其服役行为具有显著影响. 本文中利用往复式载流摩擦磨损试验机,通过加装湿度控制模块,在滑动电接触条件下,以碳棒和铜棒为摩擦配副,研究了环境湿度对碳/铜载流滑动接触副摩擦学行为的影响. 结果表明:载流条件下的摩擦系数高于无电流工况;无电流工况下,平均摩擦系数均随环境湿度的增加而单调降低;但由于累积电弧放电能量、平均接触电阻与相对湿度的正相关性,导致载流条件下在35% RH后的摩擦系数几乎不受环境湿度的影响. 进一步发现,无电流工况下,碳棒上的黏着磨损和氧化磨损随相对湿度的增加逐步减缓,载流工况下,存在1个黏着磨损程度最低的最佳湿度值,出现在55% RH附近. 高湿环境下,加速了碳/铜载流滑动过程中碳棒磨损表面分子结构的变化.      

干气密封滑动摩擦界面切向接触刚度分形模型

为揭示干气密封滑动摩擦界面高频微幅自激摩擦振动规律,用分形参数表征摩擦界面形貌特性,根据重新建立的微凸体接触变形方式,以及对非协调弹性体在切向力作用下初始滑动问题的研究,建立了干气密封滑动摩擦界面切向接触刚度分形模型. 通过数值对切向接触刚度的影响因素进行了分析,研究结果表明:切向接触刚度随分形维数、真实接触面积和材料特性系数的增大而增大;切向接触刚度随特征尺度、摩擦系数的增大逐渐减小. 相比于分形维数、特征尺度和材料特性系数对切向接触刚度的影响,摩擦系数的影响相对较小. 这些研究结果为进一步研究干气密封高频微幅自激摩擦振动奠定了基础.      

GM-3摩擦衬垫动态滑移过程中的摩擦机理研究

采用GM-3摩擦衬垫与高强度透明钢化玻璃为摩擦副,在Rtec摩擦磨损试验机上进行往复滑动摩擦试验,使用高速显微摄像仪(VW9000)对接触摩擦界面进行实时原位观测,并利用灰度法计算接触界面的实际接触面积,探究GM-3摩擦衬垫的磨损机理.结果表明:GM-3摩擦衬垫的摩擦系数与实际接触面积呈正相关关系;其初期磨损机理主要为磨粒磨损和黏着磨损,后期为疲劳磨损和黏着磨损;初期磨粒磨损会导致摩擦系数增加;卷筒状磨屑生成过程中摩擦系数变大,随后细小的磨屑聚集尺寸变大,数量变少,摩擦系数趋于稳定.     

Ti_3SiC_2/Cu摩擦副的载流摩擦学性能

本文中考察了Ti3SiC2/Cu摩擦副在干摩擦和微量离子液体润滑条件下的载流摩擦学特性.在干摩擦条件下,Ti3SiC2/Cu摩擦副的摩擦系数值为0.6~0.75.当滑动速度从0.11增至0.33 m/s时,接触电阻降低小,在Ti3SiC2栓磨损表面有Cu的转移膜形成.当滑动速度为0.44和0.56 m/s时,栓/盘接触不稳定并且产生电火花,表明在机械磨损和电磨损共同作用下Ti3SiC2栓发生了严重磨损.在微量离子液体润滑条件下,Ti3SiC2/Cu摩擦副处于边界润滑状态,随着滑动速度的提高,摩擦系数由0.08增至0.2.当滑动速度高于0.33 m/s时,产生长约数厘米、平均直径53μm的弯曲缠绕的铜丝,这是相对较硬的Ti3SiC2对Cu盘犁削作用的结果.铜丝将离子液体"扫离"了摩擦表面,并且对摩擦学性能和电性能造成不利影响.     

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.      

滑动速度对铝合金-石墨复合材料磨损特性的影响

作者研究了滑动速度对铸造铝合金-石墨颗粒复合材料在干摩擦下滑动摩擦磨损特性的影响,指出这种复合材料在与钢干摩擦滑动时,摩擦系数和磨损速率有一个共同的滑动速度临界值。在临界值以下的摩擦系数和磨损速率都比较低且变化不大,当超过临界滑动速度时则二者都明显升高。文章还就滑动速度影响摩擦磨损性能的机理和对摩方式可能产生的影响进行了分析。     

熔融渗硅法制备C/C-SiC复合材料的干态摩擦磨损行为及机制

本文以针刺炭纤维整体毡为预制体,采用化学气相渗透法和熔融渗硅法制得炭纤维增强双基体炭/碳化硅(C/C-SiC)摩擦材料;研究了C/C-SiC的干态摩擦磨损行为及机理.研究结果表明:C/C-SiC摩擦材料和30CrMoSiVA合金钢配对摩擦副制动性能稳定,当制动速度从5 000 r/min升至7 500 r/min,摩擦系数由0.33降至0.29,C/C-SiC线磨损率相应由2.01μm/次升至3.40μm/次;C/C-SiC与对偶件的摩擦是犁沟效应和黏着效应共同作用的结果,磨损是磨粒磨损、黏着磨损、氧化磨损和疲劳磨损相互作用的结果.     

摩擦信号分形维数与载荷和速度的关系研究

在立式万能摩擦磨损试验机上对GCr15/45#钢摩擦副进行不同接触载荷和滑动速度下的摩擦磨损试验,对初始滑动距离1 000 m内的摩擦系数信号进行数据采集,运用结构函数测度方法对摩擦系数信号进行分形表征,计算不同载荷和速度下的分形维数,研究摩擦信号的分形维数随载荷和速度的变化规律.结果表明,摩擦系数信号具有显著的分形特征,其分形维数随载荷和速度而变化.在相同载荷下,分形维数随滑动速度增加而增大;在相同速度下,分形维数随着接触载荷增加而增大.磨损率与摩擦系数信号的分形维数正相关.     

基于LuGre摩擦模型的接触约束法旋转柔性梁斜碰撞研究

基于接触约束法和LuGre摩擦模型对在重力场作用下作大范围旋转运动的柔性梁系统和斜坡发生含摩擦斜碰撞的动力学问题进行研究. 首先运用刚柔耦合的多体系统动力学理论对大范围运动的柔性梁进行离散化和动力学建模, 在碰撞时采用冲量动量法求出跳跃速度, 其次在法向上引入接触约束求解出碰撞力, 在切向上采用LuGre摩擦模型分两种方式求解摩擦力, 第一种是在滑动时摩擦力由摩擦系数和碰撞力计算得出, 黏滞状态下引入切向约束计算拉格朗日乘子反应实际摩擦力, 根据黏滞/滑动切换判断计算出碰撞过程摩擦力(与Coulomb摩擦模型计算摩擦力一致); 第二种根据LuGre摩擦模型摩擦系数和法向碰撞力计算其摩擦力, 从而在碰撞时无需黏滞/滑动切换, 采用相同的摩擦力计算公式. 通过与Coulomb摩擦模型对比发现, LuGre摩擦模型描述碰撞切向摩擦过程更精确, LuGre摩擦模型黏滞时建立约束方程和碰撞采用统一的摩擦力公式这两种建模方式描述的斜碰撞动力学特性没有区别, 进而说明采用法向接触约束和LuGre摩擦模型具有满足碰撞非嵌入情况、避免黏滞/滑动切换、描述摩擦力相对准确的优势.      

氧化锆陶瓷/碳纤增强聚醚醚酮在水润滑下的摩擦磨损特性研究

在材料端面摩擦试验机上对氧化锆陶瓷与碳纤增强聚醚醚酮(CFRPEEK)配副在水润滑条件下的摩擦磨损特性进行了试验研究,探讨了滑动速度和接触压力对材料摩擦磨损的影响规律.发现氧化锆陶瓷与CFRPEEK配副在水润滑条件下的摩擦系数随速度增加而减小,在速度较低时,存在明显的磨合过程;速度较高时,摩擦系数较小且随滑动过程变化很小,CFRPEEK的磨损率随速度变化不大.压力为0.4和0.5 MPa时,CFRPEEK的摩擦系数和磨损率均较小,但当压力达到0.8 MPa时,摩擦系数显著增加且剧烈振荡,并发生严重磨损.CFRPEEK的磨损机理主要是黏着磨损,氧化锆陶瓷磨损的主要机理是应力引起的点蚀.     

第三介质作用下坡道对轮轨黏着特性影响

利用JD-1轮轨模拟试验机,通过设计坡道试验夹具实现了不同坡道接触条件的轮轨模拟试验,研究了第三介质条件下坡度对轮轨界面黏着特性的影响规律.结果表明:在干态、水介质和防冻液介质条件下,上下坡道工况的轮轨黏着系数均低于平直轨道工况;随坡道坡度的增加,黏着系数呈下降趋势且下坡道的黏着系数下降更为明显;与水介质相比较,轮轨界面存在防冻液时更容易引起低黏着现象;上坡道工况下,随速度和轴重的增加轮轨界面黏着系数呈略微下降的趋势.     

界面接触特性对两种自组装分子膜摩擦特性的影响

利用多功能微摩擦磨损试验机，在不同滑动速度和载荷条件下，采用不同摩擦副分析了界面接触特性对自组装分子膜摩擦特性的影响，同时采用Lennard-Jone势对铜和镍与三氯十八硅烷(OTS)和3-氨基丙基-三甲氧基硅烷(APS)自组装分子膜之间的相互作用进行了比较。结果表明，镍同OTS和APS对摩的摩擦系数均大于铜同2种自组装分子膜对摩的摩擦系数，这是因为镍与自组装分子膜间具有较强的相互作用所致。铜和镍与OTS对摩的摩擦系数随滑动速度的增加而增大，随载荷增加而减小；铜与APS对摩的摩擦系数随滑动速度的增加而减小，载荷对摩擦系数的影响则很小；而镍与APS对摩的摩擦系数随滑动速度增加而增大，随载荷增加而减小．可以用分子弛豫来解释2种自组装分子膜的摩擦特性差异。     

一种高碳钢低温干摩擦行为的研究

在20 ℃至-55 ℃范围内以球-盘摩擦形式考察了一种1.08%C高碳钢在滑动速度0.319 m/s,载荷在0.5～2.5 N下与GCr15钢球干摩擦时的摩擦磨损行为,利用SEM、EDS、XPS等观察了磨痕形貌,考察了磨屑中氧含量的变化,分析了摩擦氧化反应.结果发现,与常温环境相比,在0 ℃以下的低温环境显著提高了该钢铁摩擦副之间的摩擦系数,且摩擦系数基本不随温度发生变化.随着温度的降低该高碳钢的磨损量增加,黏着磨损程度增强,屑中氧含量减小.分析认为温度的降低伴随着湿度的降低,低温、低湿度环境减弱了摩擦氧化反应,减少了起隔离作用的金属氧化物的生成,加剧了摩擦副之间的黏着,从而导致摩擦系数和磨损量增大.