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指尖密封耐磨涂层及表面织构协同润滑特性研究

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指尖密封耐磨涂层及表面织构协同润滑特性研究

作者：张龙西安理工大学

学位级别：硕士

接触式指尖密封作为一种新型密封具有密封性能优异,加工成本低等特点,在航空工业中被广泛应用。但是由于接触式指尖密封工作在高温高转速工况下,导致指尖密封容易发生磨损进而使得指尖密封性能随时间下降,指尖密封寿命较短。在摩擦副表... 详细信息

接触式指尖密封作为一种新型密封具有密封性能优异,加工成本低等特点,在航空工业中被广泛应用。但是由于接触式指尖密封工作在高温高转速工况下,导致指尖密封容易发生磨损进而使得指尖密封性能随时间下降,指尖密封寿命较短。在摩擦副表面喷涂涂层或者加工表面织构可以有效提升对摩件之间的摩擦性能,降低摩擦配副之间的磨损。本文将涂层与表面织构进行协同应用于指尖密封摩擦配副上,通过销盘摩擦机理试验,有限元仿真等方法探究涂层与表面织构协同润滑指尖密封摩擦配副的常温及高温摩擦特性及磨损特性,并通过SEM电镜扫描,XRD分析等手段探究涂层与表面织构协同润滑的摩擦磨损机理。主要研究内容如下:1)针对指尖密封高温高速工况,选择NiCoCrAlY-CrO-AgMo复合涂层进行涂层与表面织构协同润滑,结合涂层特性选择涂层与表面织构协同润滑方式为先涂层后织构的协同润滑方式。通过化学镀银的方法制备AgMo复合粉体,镀覆后粉体流动性较好,包覆完整。采用等离子喷涂方式对涂层进行喷涂,喷涂后涂层致密,涂层功能层与粘结层界面清晰,打磨后涂层表面光滑平整。在涂层表面通过激光加工表面织构,织构形状为圆形,直径200um,面密度10%。通过正交试验选择合理的表面织构激光加工参数。试验结果表明激光加工功率对织构加工影响最大,加工次数对织构加工影响次之,加工速度对表面织构加工影响最小。通过激光共聚焦显微镜观察加工的织构形貌,确定织构加工参数为激光加工功率3W,加工次数2次,加工速度400mm/s。2)通过PV值相似的方法将指尖密封摩擦配副转化为销盘摩擦配副进行涂层与表面织构协同润滑摩擦机理探究。通过有限元仿真的方式获取指尖密封在不同上下游压差下的平均接触压力。对比光盘,仅织构,仅涂层,涂层与表面织构协同润滑销盘摩擦配副的摩擦磨损特性,试验结果表明,涂层与表面织构协同润滑平均摩擦系数最低为0.154,仅涂层摩擦系数为0.217,仅织构摩擦系数为0.534,光盘摩擦系数为0.651。涂层与表面织构协同润滑试验销磨损率最小为0.11 ×10mm/(N·m),仅涂层试验销磨损率比涂层与表面织构协同润滑试验销磨损率大,仅织构及光盘试验销磨损率远远大于仅涂层试验销磨损率。涂层与表面织构协同润滑常温下试验盘磨损率与仅涂层试验盘磨损率接近且远远小于仅织构及光盘试验盘磨损率。对涂层与表面织构协同润滑摩擦配副进行常温及高温试验,试验结果表明涂层与表面织构协同润滑常温下摩擦系数最低,在400℃时摩擦系数最大,600℃摩擦系数开始降低,800℃时摩擦系数继续降低到0.26。试验销磨损率随温度升高先增大后减小,800℃时达到最小0.055×10mm/(N.m),试验盘磨损量常温及高温下差距不大,磨损深度均小于10um。进行涂层与表面织构协同润滑高温600℃不同正压力下销盘摩擦试验,结果表明在不同正压力下涂层与表面织构协同润滑销盘摩擦配副摩擦系数接近,正压力对摩擦系数影响不大,试验销磨损长度随正压力增加而增加,试验盘磨损量随正压力增加而增加,但是试验销试验盘磨损量较小。3)通过SEM电镜扫描及XRD分析发现涂层与表面织构协同润滑机理为涂层的存在保护整个表面织构在磨损中不被磨去,表面织构在整个磨损过程中一直起到收集磨屑减小磨粒磨损作用。表面织构的存在又可以降低涂层的磨损,保证涂层持续作用。高温下涂层会被氧化生成Ni基氧化物及钼酸类物质降低磨损,保证涂层与表面织构协同润滑在常温及高温都具有较好的摩擦特性及磨损特性。4)通过有限元仿真对比仅涂层及涂层与表面织构协同润滑磨损量及接触压力变化,仿真结果表明,涂层与表面织构协同润滑与仅涂层销盘摩擦配副在磨损过程中接触压力随时间变化趋势一致,接触压力最大值均为从旋入侧正下方慢慢向旋转中心转移。但是涂层与表面织构协同润滑摩擦配副接触压力难以保持稳定,接触压力会随磨损不断变化,仅涂层摩擦配副接触压力会随着磨损进行保持稳定。涂层与表面织构协同润滑试验销磨损量随时间增加成正比例增加,且磨损量仿真与试验误差较小。5)通过仿真对比仅涂层及涂层与表面织构协同润滑指尖密封泄漏量,仿真结果表明,表面织构的存在可以有效的起到扰流的效果,降低流体流过指尖密封泄漏间隙的流速。涂层与表面织构协同润滑指尖密封泄漏量比仅涂层指尖密封泄漏量减小了 32.5%。

关键词：指尖密封耐磨涂层表面织构协同润滑摩擦磨损

脂-DLC薄膜协同润滑对轮毂轴承摩擦性能的影响研究

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脂-DLC薄膜协同润滑对轮毂轴承摩擦性能的影响研究

作者：吴疆武汉理工大学

学位级别：硕士

随着“双碳”政策出台及汽车产品性能升级,对轮毂轴承的摩擦性能提出了更高要求。润滑脂因其流变特性、长寿命、低成本等特点广泛应用于汽车尤其是轮毂轴承润滑中,可通过研发高效润滑脂以及对摩擦副进行表面处理以降低摩擦损耗。本文以... 详细信息

随着“双碳”政策出台及汽车产品性能升级,对轮毂轴承的摩擦性能提出了更高要求。润滑脂因其流变特性、长寿命、低成本等特点广泛应用于汽车尤其是轮毂轴承润滑中,可通过研发高效润滑脂以及对摩擦副进行表面处理以降低摩擦损耗。本文以某MPV车型轮毂轴承为对象,选用了四种润滑脂并制备不同参数的类金刚石(DLC)涂层,通过摩擦学测试研究了脂-DLC薄膜协同润滑对轴承钢GCr15摩擦性能的影响规律及润滑机制,并结合摩擦力矩试验、整车滑行试验验证了其在轮毂轴承上的应用效果。本文完成的主要内容如下:(1)通过对润滑脂的配方进行分析,选用了四种润滑脂并进行了相关理化性能测试,初步评估了不同配方润滑脂的性能差异。采用多功能磁控溅射镀膜技术以GCr15钢为基体制备了掺杂Ti元素的DLC薄膜,通过控制沉积时间、靶材溅射功率等工艺参数制备了不同厚度、不同Ti掺杂含量的DLC薄膜涂层。(2)为探究不同润滑脂、不同参数DLC薄膜涂层对轮毂轴承钢GCr15摩擦性能的影响,采用往复式摩擦磨损试验机搭配噪声采集系统完成了相关摩擦学实验。摩擦副表面振动所激发的摩擦噪声与磨损特征有关,基于经验模态分解(EMD)建立了摩擦噪声时频分析方法,结合摩擦因数曲线分析了脂-DLC薄膜协同润滑对摩擦性能的影响。结果表明:DLC薄膜涂层可以改善GCr15钢的摩擦磨损性能,与润滑脂之间具有良好的正向协同润滑效应,在所测试的四款脂样中,聚脲基酯类基础油的润滑脂与DLC薄膜涂层减摩作用最佳。DLC薄膜的摩擦性能随厚度、Ti掺杂含量的增加都显示出先增强后下降的趋势,这是由于厚度的进一步增加反而会增加DLC涂层的残余应力从而导致性能下降,以及Ti含量对薄膜碳基质中Ti C纳米晶的含量有影响。(3)通过扫描电镜(FESEM)分析了试验样件的表面形貌,并据此分析了协同润滑机制。脂-DLC薄膜主要是黏着磨损与磨粒磨损,通过EDS能谱仪结果分析得到脂-DLC薄膜润滑中还伴有一定的氧化磨损,且表面氧元素的含量与该表面的减摩效果呈正相关。这是由于在润滑脂润滑下,随着往复运动的累积,接触区温度会局部升高,这会加剧摩擦表面的氧化反应,在摩擦副表面生成氧化膜,氧化膜与润滑脂中的极性基团等相互吸附,形成复合润滑膜从而稳定降低摩擦。(4)基于前述研究,将脂-DLC薄膜协同润滑应用于某MPV车型轮毂轴承,开展了轴承摩擦力矩试验以及整车滑行阻力试验,验证改进方案对改善摩擦性能及对降低整车摩擦损耗的实际应用效果。结果表明,脂-DLC薄膜协同润滑产生了很好的正向效应,能降低轮毂轴承摩擦力矩31.6%,降低整车滑行阻力6.9%。

关键词：轮毂轴承润滑脂 DLC涂层协同润滑摩擦力矩

表面织构活塞环与纳米润滑油协同润滑机理研究

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表面织构活塞环与纳米润滑油协同润滑机理研究

作者：朱世新华中科技大学

学位级别：硕士

随着国家节能减排措施的深入推进,对内燃机能源效率和排放标准提出了更高要求。活塞环-缸套是内燃机中最重要的摩擦副,其润滑性能好坏将对内燃机的动力性、经济性以及可靠性产生直接的影响。因此,开展活塞环润滑性能的研究对提高内燃机... 详细信息

随着国家节能减排措施的深入推进,对内燃机能源效率和排放标准提出了更高要求。活塞环-缸套是内燃机中最重要的摩擦副,其润滑性能好坏将对内燃机的动力性、经济性以及可靠性产生直接的影响。因此,开展活塞环润滑性能的研究对提高内燃机整机效率、增加可靠性、延长使用寿命均具有重要的意义。本文基于平均Reynolds方程,建立了单列织构活塞环-缸套摩擦副流体动压润滑数值模型。在模型中考虑了Reynolds出口边界条件、微凸体接触模型、活塞环动力学模型、织构活塞环油膜厚度模型及纳米润滑油流变特性模型等。通过试样制备开展了相关的实验验证。测试结果与仿真结果具有较好的一致性,验证了所建数值模型的正确性与计算精度。在此基础上,以某型汽油机第一道活塞环为研究对象,开展了标定工况下表面织构与纳米润滑油对活塞环润滑性能影响的研究。研究结果表明,表面织构在活塞环与缸套之间形成了多个油楔,提供一定的承载能力,能有效促进流体动压润滑。但由于有效接触面积的减小会导致磨损增加;纳米颗粒的加入增加了润滑油粘度与密度,减小磨损,但同时也会导致流体粘性剪切力的增加。基于上述研究结果,进一步对表面织构参数进行优化,进而研究表面织构与纳米润滑油之间协同作用。研究结果表明,为了减小摩擦磨损,纳米颗粒浓度应控制在一定范围内,并且存在最优的协同润滑模型。本文引入表面织构和纳米润滑油,并首次考虑两者之间的协同润滑关系,所开展的研究工作为提高活塞环摩擦润滑性能提供了新的思路。

关键词：活塞环-缸套表面织构纳米润滑油数值仿真协同润滑

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缸套表面凹腔织构协同润滑机理研究

缸套表面凹腔织构协同润滑机理研究

油溶性离子液体与T321及二氧化硅的协同润滑性能研究

第十一届全国摩擦学大会

作者：尹必峰钱晏强汪博文孙韶符永宏江苏大学汽车与交通工程学院江苏大学机械工程学院

基于平均Reynolds方程及微凸体接触方程,建立缸套表面织构混合润滑理论模型,通过模拟计算不同凹腔织构布置方案的周期油膜厚度、油膜压力分布、无量纲摩擦力和摩擦平均有效压力等特征参数来阐述织构间的协同润滑机理。研究表明:凹腔织... 详细信息

基于平均Reynolds方程及微凸体接触方程,建立缸套表面织构混合润滑理论模型,通过模拟计算不同凹腔织构布置方案的周期油膜厚度、油膜压力分布、无量纲摩擦力和摩擦平均有效压力等特征参数来阐述织构间的协同润滑机理。研究表明:凹腔织构之间存在的协同润滑作用能使润滑油从高压油膜区域向低压油膜区域流动,从而降低油膜峰值压力,增加瞬时油膜厚度,强化油膜承载能力;织构间协同润滑效应改善缸套-活塞环的摩擦学性能,具体体现为在流体润滑区域降低油膜压力梯度,在混合润滑区域减少微凸体接触。

关键词：缸套凹腔织构协同润滑

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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化工学报 2021年第10期72卷 5310-5318页

作者：杨志权张朝阳吕会英陈国庆黄卿汪利平于强亮蔡美荣汤仲平周峰中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000 中国石油兰州润滑油研究开发中心甘肃兰州730060

为改善PAO10体系的润滑性能,合成了一种油溶性离子液体并与T321及二氧化硅进行对比。通过同步热能;通过非接触式三维轮廓仪和扫描电子显微镜对磨斑形貌和磨损体积进行了表征;通过EDS和XPS元素分析对磨斑表面化学成分和化学变化进行分析... 详细信息

为改善PAO10体系的润滑性能,合成了一种油溶性离子液体并与T321及二氧化硅进行对比。通过同步热能;通过非接触式三维轮廓仪和扫描电子显微镜对磨斑形貌和磨损体积进行了表征;通过EDS和XPS元素分析对磨斑表面化学成分和化学变化进行分析。结果表明合成的油溶性离子液体可以显著提高PAO10体系的热稳定性,且无论在常温还是高温下,都具有优异的减摩抗磨性能,并极大地提高了PAO10体系的极压承载性能。通过实验结果推测极性元素P、S在摩擦过程中发生摩擦化学反应,生成的摩擦化学膜有效地抑制摩擦副之间的直接接触,提高了PAO10体系的减摩抗磨性能。

关键词：油溶性离子液体 T321 二氧化硅协同润滑减摩抗磨

酰胺型有机摩擦改进剂的制备及摩擦学性能研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第8期44卷 1021-1031页

作者：胡萌马瑞张恩惠张晟卯李维民河南大学纳米材料工程研究中心河南开封475004 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000 淄博高端合成润滑材料创新中心山东淄博255000

采用油胺与双丙酮丙烯酰胺、N,N-二甲基乙酰基乙酰胺通过酮胺缩合反应制备了2种新型酰胺型有机摩擦改进剂(DAO、DMO),所制备的有机摩擦改进剂在基础油PAO6中具有良好的溶解性.研究了DAO、DMO在不同温度下(25、80和135℃)的摩擦学性能,... 详细信息

采用油胺与双丙酮丙烯酰胺、N,N-二甲基乙酰基乙酰胺通过酮胺缩合反应制备了2种新型酰胺型有机摩擦改进剂(DAO、DMO),所制备的有机摩擦改进剂在基础油PAO6中具有良好的溶解性.研究了DAO、DMO在不同温度下(25、80和135℃)的摩擦学性能,考察了有机摩擦改进剂与二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)复配后的摩擦学性能.结果表明,在不同温度下DAO与DMO在PAO6中具有良好的减摩抗磨性能,且2种有机摩擦改进剂均与ZDDP表现出良好的协同减摩作用.拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析表明2种有机摩擦改进剂与ZDDP之间的协同作用主要得益于有机摩擦改进剂与ZDDP分子间的相互作用,在摩擦过程中发生摩擦化学反应,产生含有磷酸盐和硫化物等耐磨性化合物的致密摩擦化学反应膜,同时有机摩擦改进剂在ZDDP摩擦膜表面发生吸附,边界润滑膜与吸附膜共同作用实现了高温环境下良好的减摩与抗磨性能.

关键词：酰胺有机摩擦改进剂减摩二烷基二硫代磷酸锌协同润滑

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锡对铸造铝-石墨颗粒复合材料摩擦性能的影响

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铸造 2007年第12期56卷 1281-1284页

作者：刘波浙江海洋学院船舶与建筑工程学院浙江舟山316004

采用M-200摩擦磨损试验机,对加入固体润滑剂锡的铸造铝-3%石墨颗粒复合材料的摩擦性能进行试验研究,研究表明:锡和石墨具有优越的协同润滑效应,加锡可极大提高铝-石墨颗粒复合材料的减摩性能,使有润滑的摩擦系数达到0.004～0.005。同时... 详细信息

采用M-200摩擦磨损试验机,对加入固体润滑剂锡的铸造铝-3%石墨颗粒复合材料的摩擦性能进行试验研究,研究表明:锡和石墨具有优越的协同润滑效应,加锡可极大提高铝-石墨颗粒复合材料的减摩性能,使有润滑的摩擦系数达到0.004～0.005。同时锡和石墨的协同润滑作用存在最佳配合,在本试验条件下,加约7%的锡时,协同润滑效应最佳。加锡不能改善干摩擦时铝-3%石墨颗粒复合材料的耐磨性,但能极大提高有润滑时复合材料的耐磨性。并对加锡的铝-石墨颗粒复合材料的磨损机理进行了初步研究,其在干摩擦时的磨损机理为粘着迁移、粘着磨损和磨料磨损,在半干摩擦时的磨损机理为疲劳磨损和磨料磨损。

关键词：铝-石墨颗粒复合材料固体润滑剂锡协同润滑摩擦性能

FeS/Cu-Bi铜基轴承材料的摩擦磨损性能

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材料热处理学报 2018年第9期39卷 44-51页

作者：张开源尹延国张国涛曾庆勤陈奇合肥工业大学摩擦学研究所

通过粉末冶金方法制备FeS/Cu-Bi铜基轴承材料,采用HDM-20型摩擦磨损试验机在干摩擦条件下对其摩擦磨损性能进行检测。利用表面轮廓仪、扫描电镜与X射线光电子能谱仪表征了摩擦表面的微观形貌及化学元素状态,探讨相关的摩擦磨损机理。结... 详细信息

通过粉末冶金方法制备FeS/Cu-Bi铜基轴承材料,采用HDM-20型摩擦磨损试验机在干摩擦条件下对其摩擦磨损性能进行检测。利用表面轮廓仪、扫描电镜与X射线光电子能谱仪表征了摩擦表面的微观形貌及化学元素状态,探讨相关的摩擦磨损机理。结果表明：适当Bi的添加可以减轻FeS的团聚与脱落现象,改善FeS和基体的界面结合,提高材料的致密度和压溃强度;含Bi和FeS的铜基轴承材料减摩、耐磨特性较好,Bi和FeS在减摩、抗粘着方面体现了较好的协同作用效果。

关键词： Bi FeS 铜基轴承材料摩擦磨损协同润滑

Mo元素对热喷涂铁基涂层组织和摩擦性能的影响

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车用发动机 2021年第4期 57-63页

作者：张海瑜王芙蓉王志东杜双明刘二勇西安科技大学陕西西安710054 西安重装铜川煤矿机械有限公司陕西铜川727000 中国石油长庆油田分公司物资供应处(物资管理部) 陕西西安710016

为解决铝合金发动机缸体耐磨性差的问题,采用等离子喷涂技术在铝合金表面制备了不同Mo含量的铁基涂层(XPT-512-Mo),研究了Mo元素对涂层组织结构及摩擦磨损性能的影响。结果表明:XPT-512-Mo铁基涂层主要由铁素体(F)和Mo相组成,其截面形... 详细信息

为解决铝合金发动机缸体耐磨性差的问题,采用等离子喷涂技术在铝合金表面制备了不同Mo含量的铁基涂层(XPT-512-Mo),研究了Mo元素对涂层组织结构及摩擦磨损性能的影响。结果表明:XPT-512-Mo铁基涂层主要由铁素体(F)和Mo相组成,其截面形貌呈现典型的热喷涂层状结构。摩擦磨损性能表明:在干摩擦/油润滑工况下,随着金属Mo的加入,XPT-512-Mo系涂层的磨损率均有所降低,尤其以低Mo含量的XPT-512-30Mo涂层的摩擦磨损性能最为优异,其原因在于涂层磨损表面形成了MoO_(3)和Fe_(3)O_(4)的复合氧化物膜层,促进了氧化物的协同润滑作用,发挥了显著的润滑及减摩作用。

关键词：等离子喷涂铁基涂层摩擦磨损协同润滑