表面纳米化中碳钢在干摩擦条件下的摩擦磨损性能研究

采用高能喷丸方法对45#钢进行表面纳米化处理,在环-盘摩擦磨损试验机上评价表面纳米化处理45#钢与T10钢摩擦副在干摩擦条件下的摩擦磨损试验,通过分析其磨损表面形貌探讨表面纳米化对中碳钢磨损行为的影响.结果表明:在载荷为10～60 N条件下,表面纳米化中碳钢的摩擦系数较处理前有所降低;在载荷为10～40 N时,其磨损质量损失较处理前有所降低;表面纳米化能够减弱中碳钢的疲劳磨损效应,提高中碳钢的摩擦磨损性能.     

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.     

硬度对碳钢微动磨损行为和磨屑组分的影响

人们已经研究过诸多因素对金属和合金微动磨损行为的影响，但对试样硬度与磨屑组分、微动磨损表面形貌及压实氧化物层的形成之间的关系却还很少有人研究。因此，利用ＳＤＶ微动磨损试验机在室温下于大气中就硬度对４５＾＃钢微动磨损行为和磨屑组分的影响进行了考察。     

人工关节材料磨屑分离与表征的研究进展

人工关节长期磨损或离解产生的磨屑将引起一系列生物学反应,使关节假体产生无菌性松动进而影响人工关节置换术的长期疗效。研究人工关节假体运动过程中产生的磨屑形态、数量及其产生机理,对提高人工关节的耐磨性和使用寿命具有重要意义。本文中重点阐述人工关节材料磨屑分离与表征的研究进展,并对其发展趋势进行展望。     

磨屑对TC4钛合金微动磨损行为的影响

通过在微动循环一定周次后清除磨屑和制备表面织构储存磨屑,研究磨屑对TC4钛合金微动磨损行为的影响. 结果表明:与以往认识不同,清除磨屑会导致摩擦系数和系统形变量随周次的变化曲线出现突降,最大降幅分别可达63%和41%,微动循环图也相应发生改变. 循环一定周次后,磨屑的产生和排出重新达到平衡,摩擦系数与系统形变量又恢复到清除磨屑之前的水平. 当在TC4钛合金表面制备垂直于微动方向的沟槽状表面织构后,大量的磨屑被沟槽束缚在接触区域,造成接触面之间磨屑较多,进而导致摩擦系数和系统形变量比无织构时更大,最大增幅分别可达21%和47%. 收集磨屑后用扫描电子显微镜观察,发现磨屑呈松散的颗粒状,尺寸集中在0.2~1.5 μm,并且多数呈现团聚状.      

11Mo4Cr2V/42CrMo系统摩擦副材料磨损行为的研究

研究了干摩擦状态下11Mo4Cr2V/42CrMo系统摩擦副材料的摩擦磨损性能和磨损机理。采用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析仪和摩擦磨损试验进行分析,结果表明：干摩擦120 min后,11Mo4Cr2V材料的比磨损量小,仅为2.096?10-15kg?m-1?N-1,材料的耐磨性能较好;摩擦系统中2种摩擦副材料的比磨损量非常接近,匹配效果很好;11Mo4Cr2V材料的磨损机理为磨粒磨损和黏着磨损的共同作用,42CrMo材料的磨损机理以磨粒磨损为主,伴随轻微的黏着磨损;42CrMo对偶材料的硬度高于11Mo4Cr2V材料的硬度,因此磨损程度较低。     

干摩擦及水或油润滑下TiC（N）—Al2O3陶瓷／不锈钢摩擦副的磨损性能研究

用环－块磨损试验机对ＴｉＣ（Ｎ）－Ａｌ２Ｏ３复合陶瓷／不锈钢摩擦副的磨损２性能进行了试验研究。结果表明，分别在摩擦和水或２０＃机械油润滑条件下，陶瓷与不锈钢的磨损质量损失都是随着载荷速度的增加而快速 增大，而且试件在水或油润滑下的磨损２值反而比在干摩擦同。     

不同载荷和速度下氧化锆/不锈钢摩擦副电控摩擦行为的实验研究

在十二烷基硫酸钠水溶液润滑条件下,利用球盘摩擦试验机研究了滑动速度及载荷对正向?反向和开路3种电压控制模式下ZrO₂ 球/不锈钢盘的电控摩擦行为的影响.结果表明:在正向控制电压和开路模式下,摩擦系数均随滑动速度增加而迅速降低,但开路模式下的摩擦系数显著低于正向控制电压时的摩擦系数;而在较低的反向电压作用下,摩擦系数低于前两种控制模式下的值,并且随速度降低或载荷升高变化很小,保持了较低的摩擦系数.基于不同电压控制模式下十二烷基硫酸根阴离子在摩擦表面上的不同吸附行为对所观测到的摩擦行为进行了机理分析和解释.     

外加磁场对W-20Cu/45钢摩擦副干摩擦特性影响的实验研究

以W-20Cu销/45钢环摩擦副为研究对象,采用改进后的MPV-1500型摩擦磨损试验机,研究了直流磁场对W-20Cu干滑动摩擦磨损特性的影响.利用扫描电镜观察W-20Cu销磨损后的表面形貌、纵切面组织及磨屑形貌,采用三维形貌仪表征了磨损表面粗糙度.结果表明:随着磁场的施加和增大,W-20Cu销和45钢环的磨损率及摩擦系数均有减小趋势.磁场不仅降低了W-20Cu销摩擦面亚表层的变形程度,而且能吸附磨屑并使之细化.无外加磁场时,磨损机制主要为磨粒磨损;施加磁场后,W-20Cu销摩擦面趋于平滑,磨损机制变为磨粒磨损和氧化磨损的混合磨损.     

无润滑条件下聚醚醚酮的磨损机制及其磨屑形态的研究

为了将分形几何引入摩擦学研究，在考察无润滑条件下聚醚醚酮磨损机制的同时，研究了这种材料的磨屑形态．结果表明，对应于不同的磨损率，磨屑呈现出不同的几何形态，磨屑的分形维数与载荷的关系同材料磨损状况的改变相对应．以此为基础，有可能根据磨屑的分形特征发展一种实时原位监测高分子材料摩擦部件磨损状态的新技术     

金属蒸气真空弧离子源CO离子注入对不锈钢摩擦磨损性能的影响

采用金属蒸气真空弧离子源对1Cr18Ni9Ti不锈钢进行Co离子注入,考察了注入处理试样的摩擦磨损性能.结果表明:Co注入处理样品的表面硬度比未注入样品的高1.0～1.5倍,且硬度随离子束流密度的增大而增大;Co注入处理试样的摩擦系数显著降低至约0.20,磨损体积损失降低25%～45%;当束流密度为22μA/cm2、注入剂量为5×1017/cm2时,注入处理样品的摩擦系数为0.19,耐磨寿命最长;在所选定的试验参数范围以内,当临界束流密度处于22μA/cm2时,保留剂量最大,改性表面硬度最高,耐磨性能最佳.     

碳含量对碳素钢磁场摩擦磨损性能的影响与作用机制研究

基于自制的HY-100销-盘式磁场摩擦磨损试验机,对比研究了有无外加磁场条件下,低碳钢、中碳钢和高碳钢的滑动干摩擦行为和其磨损特性,并使用扫描电子显微镜、金相显微镜等分析了摩擦微观表面与次表面,探讨了碳含量对碳素钢磁场摩擦的影响规律和作用机理. 试验结果显示:根据碳含量的不同,有无磁场条件下碳素钢摩擦系数的变化也不同,在外加磁场条件下,低碳钢摩擦系数降低,中碳、高碳钢摩擦系数升高;随着碳含量升高,磁场对其摩擦系数的影响越小. 外加磁场可以有效改善碳素钢的磨损性能,随着碳含量升高,磁场对其磨损率的改善程度越大. 分析其原因可能为铁碳竞争氧化,这既保证了铁氧化物的减磨效应,也减缓了铁氧化物积累后的剥落. EDS能谱分析结果表明高碳钢的氧铁比最低,和铁碳氧化竞争模型推论相一致.      

电感式磨粒监测传感器的磁场均匀性研究

在介绍电感式磨粒监测传感器结构原理的基础上 ,提出可采用检测线圈内部磁场均匀性的方法来弥补颗粒运动轨迹和流型变化带来的检测误差 ,以提高检测灵敏度 .通过分析不同几何尺寸的线圈中轴线上磁场的变化情况 ,并借助直螺线管的径向和轴向公式 ,对轴外磁场均匀性进行了探讨 .数学模型和优化结果表明 :在检测传感器线圈中部范围内为非匀强磁场 ,且呈非线性变化 ,细长管磁场相对均匀 ;当选取 R/ L <0 .2 ,磁场在线圈轴向长度范围内 ,径向在90 %范围内可近似看作均匀磁场 .所得结果可以确定传感器检测区域的磁场均匀性范围 ,为设计电感式磨粒监测传感器提供依据 .     

离子注入聚酰亚胺的摩擦磨损性能研究

用Ｎ＋和Ｆｅ＋分别对芳香聚酰亚胺薄膜进行了离子注入处理，考察了注入前后聚酰亚胺与５２１００钢对摩时的摩擦磨损性能．结果表明，这２种离子注入都可以降低聚酰亚胺与钢对摩时的摩擦系数和磨损，而且高剂量（１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２量级）离子注入的效果比低剂量（１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２量级）离子注入的好，尤以３×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２的Ｆｅ＋注入改性作用更好     

丝径对316L不锈钢丝摩擦磨损行为的影响

为探究金属橡胶微丝的最适直径,研究了不同载荷和速度条件下,金属橡胶不锈钢丝丝径对其小位移摩擦磨损行为影响的规律及机理,建立了磨损深度与丝径之间的定量关系来评定丝径对不锈钢丝摩擦磨损行为的影响. 结果表明:相同载荷、速度条件下,不同丝径实际接触面积的不同导致不锈钢丝的磨损深度随其丝径的增大而减小,且磨损深度随丝径的变化规律呈多项式曲线规律;而摩擦系数与其实际接触形貌和磨屑运动状态有关,不同的磨损状态导致了摩擦系数随丝径的增大而增大;探究表明改变载荷和速度并不影响丝径对不锈钢丝摩擦磨损行为的影响规律;但由于粗丝径试件间实际接触面积的稳定性,使得载荷和速度对粗丝试件的磨损深度、摩擦系数的影响要明显小于对细丝试件的影响.      

直流稳恒磁场下高速钢/45~#钢环干滑动摩擦磨损特性研究

采用改进后的MPV-1500型摩擦磨损试验机,研究了常温下直流磁场对高速钢销/45#钢环摩擦副干滑动摩擦磨损特性的影响.结果表明:适当控制磁场强度可以降低磨损;磁场促进氧化,随着磁场强度增加,摩擦面生成的Fe2O3含量增加,磁场强度较大时,将有部分Fe3O4生成;载荷250 N,线滑动速度0.2 m/s下,随着磁场强度的增加,高速钢销试样的磨损量一直降低,45#钢环试样的磨损量、摩擦系数先降低后增加;磨损机制主要为氧化磨损和黏着磨损.     

316L不锈钢氮离子注入层的高温摩擦磨损特性

考察了316L奥氏体不锈钢高温氮离子注入层的摩擦磨损性能,并分析了其组织结构。结果表明：在相同注入工艺条件下,高温注入后的含氮层深度较常温注入下的提高约10倍;在150～460℃下注入处理时,在距离注入层表面大约40nm深度内的组织结构与注入温度有关,含氮层主要以膨胀奥氏体组织为主;由于膨胀奥氏体、CrN和微晶组织等对含氮层的强化作用,使显微硬度显著提高,摩擦系数明显下降,耐磨性能得到改善;460℃下注入处理后试样的摩擦系数较150℃下处理后的略高,而前者的耐磨性明显较高。     

沟槽对界面振动及摩擦磨损特性的影响

选用球-面/面-面两种不同的接触模式,分别探究了摩擦界面沟槽的存在对界面振动及摩擦磨损特性的影响.结果表明:沟槽具有捕获磨屑的能力,能够有效地减轻磨屑对界面磨损的影响,但接触模式的不同,沟槽棱边上的振动及摩擦磨损特性差异显著.在球-面接触模式下,沟槽的存在打断了界面的连续接触,导致界面摩擦信号产生突变,此外,球试样滑过沟槽时与沟槽棱边产生的撞击加剧了棱边的磨损,进而影响了沟槽收集磨屑的效率.在面-面接触中,沟槽的存在实时改变了界面的接触状态,从而导致了界面上接触压力的分布发生了转移,从而改变了界面力信号,此外,块试样与沟槽棱边并没有出现明显的撞击作用,因此沟槽的棱边保存得较为完好.     

电感式磨粒传感器中铁磁质磨粒的磁特性研究

在电感式磨粒传感器中,铁磁质磨粒主要通过磁化作用改变传感器线圈的磁场分布,进而改变线圈的等效电感.建立了线圈中含有铁磁质磨粒时的磁场模型,得出了磨粒磁化场关于退磁因子的磁感应强度表达式.以球磨粒为例,通过计算球磨粒磁化场,得到球磨粒引起线圈电感变化率的解析式,并用有限元法计算了线圈的磁场,分析后发现:理论计算解与数值分析解相符,所建模型可以反映客观实际;磨粒的磁化强度由其磁导率和退磁因子共同决定,球磨粒的磁化强度可近似认为与磁导率无关;球磨粒引起的传感器线圈电感变化率随线圈单位长度上匝数的增加而减小,并趋向于一极限值;传感器线圈的电感变化率与球磨粒半径的三次方成正比,球磨粒半径在100μm以内,电感变化率在10-7数量级.本研究结论可为电感式磨粒传感器的设计提供理论指导.