2019年39卷4期

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2019-04ml目录
2019, 39(4):1-2.
[摘要](117) [PDF 615KB](15)
摘要:
聚多巴胺辅助两性离子聚合物界面组装制备水润滑纳米涂层
魏强兵, 岳芹宇, 李乐乐, 付甜, 麻拴红, 周峰
2019, 39(4):387-395. doi: 10.16078/j.tribology.2019069
[摘要](370) [HTML全文] (93) [PDF 903KB](30)
摘要:
亲水和低摩擦表面涂层在生物植入体及医疗器械方面有着很广泛的应用,为发展简单、通用的涂层制备方法,本文作者采用聚多巴胺辅助共沉积技术,将壳聚糖基两性离子共聚物组装到材料表面,制备了超亲水、低摩擦和抗污染水润滑纳米涂层,考察了聚合物浓度对共沉积复合涂层的厚度、亲水性和润滑性的影响. 结果表明:随着聚合物浓度的增大,涂层厚度略有下降;该涂层在纯水及不同生物介质中表现出优异的润滑性能(摩擦系数μ为0.015)和抗污染性能. 该方法适用于多种惰性材料表面(金属、陶瓷和聚合物等),有望用于生物植入体、医用导管等表面制备多功能水润滑纳米涂层.
热氧化温度对TC4钛合金在生理盐水中腐蚀磨损性能的影响
曹磊, 孙航, 徐铁伟, 万勇, 蒲吉斌
2019, 39(4):396-406. doi: 10.16078/j.tribology.2019002
[摘要](256) [HTML全文] (81) [PDF 3706KB](20)
摘要:
本文中考察了在大气环境下经热氧化处理后TC4钛合金在生理盐水中的腐蚀磨损性能,重点研究了热氧化温度(500~900 ℃)对TC4钛合金的表面氧化物薄膜的结构及腐蚀磨损性能的影响. 结果表明:经热氧化处理后TC4钛合金表面的氧化膜的结构主要由三部分组成:TiO2与α-Al2O3混合组成的表层,以TiO2为主的亚表层以及氧扩散层内层,热氧化温度对氧化膜的物相结构、表面硬度、膜基结合性能和腐蚀磨损性能有显着影响,其中,在700 ℃下热氧化处理获得的氧化层膜基结合性能最好,表面硬度最高,耐腐蚀磨损性能最好.
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
崔旨桃, 郭智威, 谢心, 袁成清
2019, 39(4):407-417. doi: 10.16078/j.tribology.2018171
[摘要](291) [HTML全文] (83) [PDF 11132KB](12)
摘要:
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.
载荷对Ni3Al基自润滑复合涂层摩擦学行为的影响
范祥娟, 李文生, 杨军, 朱圣宇, 程军, 胡伟, 何东青
2019, 39(4):418-425. doi: 10.16078/j.tribology.2018198
[摘要](272) [HTML全文] (78) [PDF 1243KB](8)
摘要:
采用高能球磨结合喷雾造粒技术制备微米级球形Ni3Al基复合粉末,利用等离子喷涂方法制备涂层后考察其在不同载荷(5、10和20 N)下宽温域内(25~800 ℃)的摩擦学性能. 用SEM、EDS和Raman分析磨痕、对偶销和磨屑的微观组织和物相组成,对比分析载荷对摩擦磨损机理的影响. 结果表明:25~200 ℃时,载荷增加促进了润滑相的“析出效应”,但载荷增至20 N时涂层发生塑性变形产生“封闭效应”,使涂层摩擦系数和磨损率随载荷增加呈先减后增的趋势;400~600 ℃时,载荷增加导致的摩擦热加速了氧化进程,降低磨损表面剪切强度,从而使摩擦系数和磨损率持续降低;800 ℃时,磨损表面形成富含NiCr2O4、Ag2MoO4和NiO的连续、光滑釉质层,但在20 N时局部过高的接触应力使润滑膜破裂而发生剥落,导致摩擦学性能下降.
混合润滑下螺旋锥齿轮抗胶合能力分析
甘来, 蒲伟, 肖科, 王家序, 曹伟, 汪巨基
2019, 39(4):426-433. doi: 10.16078/j.tribology.2018162
[摘要](249) [HTML全文] (74) [PDF 968KB](12)
摘要:
针对螺旋锥齿轮重载下热胶合失效问题,对螺旋锥齿轮在混合润滑条件下的摩擦热行为进行分析. 通过混合弹流润滑数值计算方法和基于有限元的热分析方法,综合考虑螺旋锥齿轮的表面粗糙度、载荷分担、速度矢量和真实接触几何等因素建立点接触混合润滑分析模型,计算啮合轨迹上的连续摩擦系数变化和摩擦热流率,采用有限元分析软件进行齿面热载荷的加载,考虑轮齿导热和齿面与环境的热对流,分析轮齿本体温度场分布和啮合过程中闪温变化. 根据齿面最大接触温度与国际标准ISO 6336-20中齿轮抗胶合能力计算方法进行比较分析. 结果表明:有限元热分析得到的齿面温度与ISO所得变化规律十分接近,其最大温度低于ISO标准计算温度,使用ISO标准计算出螺旋锥齿轮抗胶合安全系数小于有限元法. 在混合润滑下求解的齿面热流率和温度变化,并且考虑了齿轮热传导和热对流影响,从理论上来说有限元法更加符合实际工作情况. ISO方法在处理上述问题以及计算本体温度上仍有不足,但其在齿轮抗胶合能力校核上具有广泛的适用性,可考虑结合有限元热分析法解决传热问题同时进行抗胶合能力综合评价.
水润滑环境下聚合物PLL-g-PEG的宏观摩擦学性能的研究
李栋, 杨淑燕, 郭峰
2019, 39(4):434-443. doi: 10.16078/j.tribology.2019017
[摘要](207) [HTML全文] (70) [PDF 1331KB](7)
摘要:
将聚(L-赖氨酸)-g-聚(乙二醇)(以下简称PLL-g-PEG)溶解在HEPES水溶液中时,通过球-3板式摩擦试验机研究了添加聚合物PLL-g-PEG对摩擦磨损性能的影响;利用光干涉法在球-盘式纳米薄膜测量装置上初步研究了水基润滑环境下PLL-g-PEG对成膜特性的影响. 结果表明:PLL-g-PEG可降低摩擦并减小磨损,主要归因于表面接枝PLL-g-PEG后形成的一层“刷”状的水化层(Hydration)起到了良好润滑作用,且摩擦性能的改善程度主要受接触应力、卷吸速度和摩擦表面基底材料的影响. 试验过程中发现了水基润滑条件下,PLL-g-PEG聚合物刷在摩擦过程中不断遭到破坏,与此同时又快速吸附到摩擦表面上而进行“自我治愈”的行为,故而有效改善了润滑效果. 光干涉的测量结果表明:添加PLL-g-PEG后,在接枝聚合物刷的球和玻璃盘的接触面间形成了一层由聚合物刷促成的且具有一定承载能力的水化层,这层水膜保护层虽然非常薄,却可以在卷吸速度为1~64 mm/s时有效分离上下接触面从而达到良好的润滑效果. 该研究工作将为深入理解水基润滑的成膜特性及机理提供必要的支持.
硅基底复合自组装膜的制备及其微摩擦磨损性能研究
刘同冈, 游坤, 赵康康, 查塔尔
2019, 39(4):444-451. doi: 10.16078/j.tribology.2018175
[摘要](265) [HTML全文] (73) [PDF 821KB](8)
摘要:
采用共吸附法,在硅基底表面制备3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APS)和十二烷基三甲氧基硅烷(WD-10)复合自组装膜. 通过分子动力学模拟不同温度与混合分子在不同比例下的混合体系界面结合能;依据模拟结果,采用正交试验法设计试验方案制备9种不同条件下的自组装膜;采用原子力显微镜、接触角测定仪以及X射线光电子能谱仪对自组装膜的表面形貌、湿润性能和化学成分进行表征分析;利用微摩擦测试仪对自组装膜的微摩擦磨损性能进行性能测试. 结果表明:混合分子成功组装到羟基化硅基底表面,并且当组装温度为25 ℃,组装时间为4 h,组装溶液的pH为6时,自组装膜的质量较好;制备的复合自组装膜由于引起了边界润滑效应,有效减小了试件表面的摩擦磨损,且两种混合分子比例为1:1时自组装膜的减摩特性最佳.
惯性效应对超高速倾斜端面气膜密封稳动态特性影响
沈伟, 彭旭东, 江锦波, 李纪云, 赵文静
2019, 39(4):452-462. doi: 10.16078/j.tribology.2018165
[摘要](264) [HTML全文] (69) [PDF 2106KB](11)
摘要:
研究了惯性效应和端面倾斜对超高速气膜端面密封稳动态特性的影响. 考虑气体惯性效应,建立了气膜端面密封稳动态特性数值分析模型,采用有限差分法求解稳态和微扰雷诺方程,获得端面膜压分布. 数值分析了惯性效应和端面倾斜度对开启力、气膜刚度和泄漏率等稳态性能参数以及刚度系数和阻尼系数等动态特性系数的影响规律,并以获得较大刚度系数为目标,获得了螺旋槽关键几何参数的优选值范围. 结果表明:在超高速条件下,考虑惯性效应后的干气密封泄漏率显着减小,刚漏比明显增大,而开启力、气膜刚度和动特性系数变化不大;倾斜端面气膜密封相较于平行端面气膜密封具有更佳的低频刚度和高频阻尼.
丁腈橡胶紫外线臭氧照射亲水改性及其水润滑性能研究
王家序, 冯伟, 韩彦峰, 王立武, 李俊阳
2019, 39(4):463-469. doi: 10.16078/j.tribology.2018197
[摘要](232) [HTML全文] (76) [PDF 798KB](5)
摘要:
以丁腈橡胶为基底,采用紫外线-臭氧照射进行亲水/超亲水表面改性,通过接触角测量仪、光学显微镜对亲水改性表面的接触角、接触角滞后和微观形貌等特性进行表征,分析了表面亲水性的改性机理,并采用MFT-5000型摩擦磨损试验机测试了丁腈橡胶亲水表面的机械耐久性和保持性. 研究结果表明:采用紫外线臭氧照射丁腈橡胶10 min,就能得到完全润湿的超亲水表面,且在紫外线臭氧照射下,丁腈橡胶与臭氧发生反应生成氧化膜,使亲水改性后的丁腈橡胶,在干摩擦和水润滑状态下均表现出较小的摩擦系数和较好的耐磨性
几何修形对低速圆柱滚子轴承混合润滑性能的影响研究
吴继强, 王黎钦, 陆宇帆, 古乐, 张传伟
2019, 39(4):470-478. doi: 10.16078/j.tribology.2018169
[摘要](246) [HTML全文] (75) [PDF 2180KB](16)
摘要:
针对圆柱滚子轴承直母线滚子在接触出现的边缘应力集中现象,采用对滚子进行几何修形的方法,运用拟动力学分析方法开展轴承滚子受力和相对运动关系分析. 在此基础上,综合考虑轴承接触工况、滚子修形参数和真实表面粗糙度等因素,建立圆柱滚子轴承混合润滑数学模型,分析滚子修形参数和转速对轴承润滑性能的影响. 结果表明:从润滑角度判断,滚子母线凸度量δ和滚子端头圆角半径r均存在一个优化区间,使得最大受载滚子接触表面最大油膜压力和次表层最大von Mises应力σ显着减小,边缘效应弱化;δr对中心膜厚hc和摩擦系数f的影响较小;转速的增大会使hc变厚,fcσ减小,且混合润滑状态下转速对修形滚子的σ变化显着,修形后的滚子较未修形的滚子润滑性能要好.
D2车轮钢原始组织对滑动磨损性能的影响
辛悦, 赵秀娟, 潘金芝, 潘睿, 任瑞铭
2019, 39(4):479-488. doi: 10.16078/j.tribology.2018196
[摘要](214) [HTML全文] (73) [PDF 6293KB](4)
摘要:
采用MRH-5A型环块磨损试验机对D2车轮钢及U71Mn钢轨钢采取对摩方式进行滑动磨损试验,研究原始组织对D2车轮钢滑动磨损性能的影响. 结果表明:以回火索氏体(TS)为原始组织的D2车轮钢比片状珠光体组织(P)+先共析铁素体(F)的D2车轮钢具有更好的耐磨性能. P+F和TS表面磨损机制均以磨粒磨损和黏着磨损为主,而P+F表面磨损更严重且伴随大块白层剥落现象. TS塑性变形层更薄,其内的铁素体细化成纳米晶,粒状渗碳体不发生剪切变形,主要以溶解为主,不易形成较厚的白层,不发生大块剥落现象,提高耐磨性能.
行星滚柱丝杠动态摩擦力矩和传动效率分析
解志杰, 张传伟, 薛其河, 王黎钦, 古乐, 马欣新, 王非
2019, 39(4):489-496. doi: 10.16078/j.tribology.2018176
[摘要](204) [HTML全文] (69) [PDF 1017KB](8)
摘要:
针对行星滚柱丝杠摩擦力矩和传动效率随丝杆转速变化而变化,考虑润滑油黏滞、滚柱自旋滑动和螺纹接触点差动滑动产生的摩擦阻力,基于拉格朗日方法建立了行星滚柱丝杠机构动力学模型,计算了其摩擦力矩和传动效率,分析了负载和丝杆角加速度对机构动态摩擦力矩、瞬态传动效率和综合传动效率的影响. 研究结果表明:行星滚柱丝杠摩擦力矩随螺纹接触点相对滑动速度增大而增大;非稳态运行阶段润滑油黏滞和自旋滑动是产生摩擦力矩的主要因素;行星滚柱丝杠在大载荷运行时传动效率较高,丝杆加速时间越短其综合传动效率越高.
空间扫描电机油润滑轴承寿命试验验证
徐增闯, 崔维鑫, 梁宇翔, 袁志刚, 刘石神
2019, 39(4):497-503. doi: 10.16078/j.tribology.2018179
[摘要](210) [HTML全文] (71) [PDF 1397KB](6)
摘要:
为验证红外地球敏感器扫描电机轴承油润滑设计寿命是否满足5年的指标要求. 首先,通过理论计算扫描电机轴承润滑油初始油量能否满足电机运行寿命需求. 其次,通过扫描电机1:1地面寿命试验验证此油润滑方式的可靠性,寿命试验结束后对滚动轴承进行了显微观测,并对轴承进行了剖解分析. 扫描电机在寿命试验期间运转正常,常温条件下电机电流稳定在20~40 mA,扫描电机累计运转时间已超过8年. 轴承显微分析结果表明:内、外圈滚道和滚珠表面状态良好,轴承内圈运动副表面的面粗糙度从0.416 μm变化为0.512 μm,无明显点蚀、磨损现象产生,润滑状态良好. 扫描电机寿命试验结果验证了含油保持架外加储油器供油的油润滑方式可满足电机轴承5年寿命要求,为其他处于边界润滑工况下的空间运动部件长寿命设计提供参考依据.
定子表面织构对超声电机性能的影响
曾帅帅, 李锦棒, 陈鹏飞, 崔玉国
2019, 39(4):504-510. doi: 10.16078/j.tribology.2019015
[摘要](269) [HTML全文] (70) [PDF 849KB](7)
摘要:
针对超声电机摩擦材料磨损严重和温升高的问题,采用在定子表面加工微织构的方法,提高了电机机械特性并降低了摩擦材料磨损. 首先,用显微镜测量超声电机定子表面摩擦材料黏着区域,设计出三种不同密度的凹坑织构,采用激光的方法加工在定子表面;然后,测试超声电机负载特性、效率特性和温升特性并观察定子表面. 结果表明:3-凹坑织构定子电机空载转速最高,相比光滑定子电机高出12.1%,5-凹坑织构定子电机堵转转矩和最大效率最高,分别高于光滑定子电机13.04%和17.1%,同时电机的温升也有所降低. 通过观察定子表面发现,凹坑织构有大幅降低摩擦材料黏着的作用,这种作用可以增加电机接触界面能量转换效率,提高了电机的性能并降低了摩擦材料的磨损.
石墨烯掺杂的陶瓷和金属自润滑材料研究进展
冯彦寒, 方建华, 吴江, 刘坪, 范兴钰, 王鑫, 姜自超
2019, 39(4):511-522. doi: 10.16078/j.tribology.2019001
[摘要](309) [HTML全文] (80) [PDF 635KB](6)
摘要:
石墨烯(GN)具有独特的纳米层状结构,是一种性能优异的纳米润滑材料,在自润滑材料的研究领域获得了广泛的关注. 文章综述了掺杂石墨烯的陶瓷和金属自润滑材料的最新研究进展,重点探讨了石墨烯对材料力学和摩擦学性能的作用机理,以及石墨烯自身结构不同引起的性能差异,总结了掺杂石墨烯的陶瓷和金属材料的制备方法,简要介绍了各种制备方法的特点. 文章还对现有的研究成果进行总结分析,指出了当前研究中仍待解决的问题,为今后的研究工作提出了建议.
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