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润湿性梯度对仿生织构表面摩擦学行为的影响

摩擦学学报（中英文） 2024年第3期44卷 300-311页

作者：王胡军谢正灿赵修远田炉林郑靖西南交通大学机械工程学院摩擦学研究所四川成都610031

润湿性调控和仿生织构设计是实现表面减摩耐磨的重要方法.利用飞秒激光在AISI 440C不锈钢表面制备了仿生微凹坑,在微凹坑中沉积润湿性可调的超疏水涂层,通过紫外线辐照构筑了4种梯度润湿性仿生织构表面.采用往复滑动摩擦磨损试验,以水... 详细信息

润湿性调控和仿生织构设计是实现表面减摩耐磨的重要方法.利用飞秒激光在AISI 440C不锈钢表面制备了仿生微凹坑,在微凹坑中沉积润湿性可调的超疏水涂层,通过紫外线辐照构筑了4种梯度润湿性仿生织构表面.采用往复滑动摩擦磨损试验,以水为润滑剂,对比研究了不同载荷和速度下润湿性梯度对仿生织构表面摩擦学行为的影响.结果表明,在低载高速条件下,当表面形成低黏附性超疏水-弱疏水的润湿性梯度时,耐磨性最佳,相较于AISI 440C不锈钢抛光表面,磨损率降低47.9%,说明润湿性梯度耦合仿生织构能够有效减小磨损.

关键词：润湿性梯度仿生织构水润滑耐磨飞秒激光

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航空液压柱塞泵滑靴镀银层摩擦磨损机理研究

摩擦学学报 2024年

作者：管博文龚适张峰孙同明刘晓红左骏红蔡振兵国营芜湖机械厂西南交通大学摩擦学研究所

由于液压柱塞泵柱塞长期在高压、高速和高载的极端工况下运动，界面发生的摩擦磨损导致其滑靴端面出现镀银层剥落和网纹腐蚀等损伤现象，严重影响了装备服役安全。利用超景深显微镜、维氏硬度计、SEM (扫描电镜)和EDS (能量色散X射线谱... 详细信息

由于液压柱塞泵柱塞长期在高压、高速和高载的极端工况下运动，界面发生的摩擦磨损导致其滑靴端面出现镀银层剥落和网纹腐蚀等损伤现象，严重影响了装备服役安全。利用超景深显微镜、维氏硬度计、SEM (扫描电镜)和EDS (能量色散X射线谱仪)对服役后的滑靴端面进行表征，并探究滑靴锡青铜表面网纹形成及镀银层剥落机理。研究结果表明：滑靴锡铸造青铜表面存在的孔隙和组织偏析等缺陷会导致镀银层结合强度下降，在实际工况下发生严重的摩擦磨损导致镀银层发生剥落，剥落的银屑颗粒在磨损过程中进一步导致镀银层磨损加剧。对滑靴表面黑色网纹的产生机理进行了分析，发现基体铸造锡青铜逆偏析纹路在退镀银过程中，受到酸性溶液腐蚀形成Cu-Sn-O化合物，导致界面出现类似金相晶界纹路的黑色网纹。

关键词：柱塞滑靴镀银层摩擦磨损表面网纹损伤机理

31CrMoV9钢离子渗氮层的微动摩擦磨损特性研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第5期44卷 633-643页

作者：龙有红任岩平何添李洪洋彭金方朱旻昊西南交通大学机械工程学院摩擦学研究所四川成都610031 西南交通大学力学与航空航天学院四川成都610031 西南交通大学材料科学与工程学院四川成都610031 西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室四川成都610031

针对31CrMoV9钢基体及其渗氮层,采用切向微动磨损试验机开展球/平面接触模式下的切向微动磨损试验探究了在法向载荷为20 N时,不同位移幅值下(D=5、10、50μm)的切向微动损伤机制和损伤演变规律.采用X射线衍射仪(XRD)对试样表层物相进行... 详细信息

针对31CrMoV9钢基体及其渗氮层,采用切向微动磨损试验机开展球/平面接触模式下的切向微动磨损试验探究了在法向载荷为20 N时,不同位移幅值下(D=5、10、50μm)的切向微动损伤机制和损伤演变规律.采用X射线衍射仪(XRD)对试样表层物相进行分析,扫描电子显微镜(SEM)和白光干涉仪对试样磨损区进行形貌表征,能谱仪(EDS)和电子探针显微分析仪(EPMA)进行化学元素分析.结果表明:离子渗氮处理后在基体表面形成了化合物层和扩散层,显著提高了表面硬度.在法向载荷F_(n)=20 N时,随着微动位移幅值的增大,31CrMoV9基体及其渗氮层的微动运行区均由部分滑移区逐渐向混合、完全滑移区转变,磨损体积增大,磨损更加严重,稳定阶段的摩擦系数逐渐增大.在部分滑移区和完全滑移区,渗氮层较基体在稳定阶段的摩擦系数更小,而在混合区基体的摩擦系数更小在混合区和完全滑移区时,基体及渗氮层的损伤机制均为剥层、磨粒磨损和氧化磨损.离子渗氮生成的化合物层能提高材料的抗微动磨损性能,在D=10和50μm时,磨损率分别降低了约38.5%和70.2%.研究结果可为轨道交通等领域结构件的选材和抗微动磨损设计提供参考.

关键词：表面工程 31CrMoV9 离子渗氮微动磨损损伤机制

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SIMP钢在高温液态铅铋合金中的腐蚀行为

装备环境工程 2024年第2期21卷 119-128页

作者：高雄何斌余磊汪瑶刘晓红胡体刚蔡振兵西南交通大学摩擦学研究所成都610031

目的研究SIMP钢在不同溶解氧浓度的高温液态铅铋合金中长期浸泡后腐蚀产物的变化规律。方法在550℃静态液态铅铋合金(饱和氧状态和贫氧状态)中对SIMP钢进行500、1 000、2 000、3 500、5000h的腐蚀试验。通过观察腐蚀后试样的表面和截... 详细信息

目的研究SIMP钢在不同溶解氧浓度的高温液态铅铋合金中长期浸泡后腐蚀产物的变化规律。方法在550℃静态液态铅铋合金(饱和氧状态和贫氧状态)中对SIMP钢进行500、1 000、2 000、3 500、5000h的腐蚀试验。通过观察腐蚀后试样的表面和截面形貌,进行物化分析,对比不同时间下腐蚀层厚度以及腐蚀产物结构的变化,得出溶解氧浓度和浸泡时间的变化对腐蚀产物的影响规律。结果在贫氧环境中,SIMP钢的腐蚀类型主要为氧化腐蚀,氧化腐蚀产物具有双层结构,外层为Fe-Cr尖晶石氧化层,内层为富铬氧化物与基体的混合物层;在饱和氧环境,SIMP钢腐蚀产物则具有3层结构,外层为Fe_(3)O_(4)磁铁矿层,中层为Fe-Cr尖晶石氧化层,最内层为富铬氧化物与基体的混合物层。结论溶解氧浓度和浸泡时间的变化对腐蚀产物的结构和厚度产生了显著影响,SIMP钢在贫氧环境中呈现出优异的耐腐蚀性能。

关键词： SIMP钢液态铅铋腐蚀高温氧化层腐蚀产物

考虑旋转中心标定误差的中子偏置计算机断层扫描成像方法

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光学学报 2024年第3期44卷 308-320页

作者：林强马泽明刘斌王文健丁昊昊杨民西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室摩擦学研究所四川成都610031 西南交通大学唐山研究院河北唐山063000 中国工程物理研究院核物理与化学研究所四川绵阳621900 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

中子偏置CT(computed tomography)扫描是一种有效的大尺寸样品层析检测方法,但投影数据截断会导致较大的CT系统转台旋转中心标定误差,严重影响成像质量。基于投影数据对称性原理,提出了一种计算旋转中心左侧和右侧投影数据和之间方差的... 详细信息

中子偏置CT(computed tomography)扫描是一种有效的大尺寸样品层析检测方法,但投影数据截断会导致较大的CT系统转台旋转中心标定误差,严重影响成像质量。基于投影数据对称性原理,提出了一种计算旋转中心左侧和右侧投影数据和之间方差的偏置CT扫描旋转中心精确标定算法。设计了对称补数据重建算法和投影数据预处理重建算法,验证得到,对称补数据重建算法对旋转中心标定误差更为敏感,较小的误差值会导致补齐后投影数据出现拼接缝以及拼接错位问题。提出了一种中子投影数据噪声仿真方法,设计的三维仿真模体验证了所提标定算法与投影数据预处理重建算法在不同旋转中心偏置大小以及不同强度投影噪声条件下的性能优势。基于反应堆中子源开展了中子偏置CT扫描成像验证实验,获得了样品清晰的内外部结构细节,中子CT成像系统的成像视野扩大了31.4%。

关键词：计算机断层扫描成像图像重建技术中子偏置扫描旋转中心

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EA4T车轴钢径切复合微动磨损特性研究

摩擦学学报 2024年

作者：聂洪磊任岩平李泳錡贺继樊黄盖彭金方朱旻昊西南交通大学机械工程学院摩擦学研究所西南交通大学材料科学与工程学院西南交通大学力学与航空航天学院西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室

针对车辆轮轴过盈配合部存在的多模式复合微动损伤，开展了柱/柱正交接触下的EA4T车轴钢径切复合微动磨损特性研究。结果表明：摩擦力-位移-循环次数曲线(Ft-D-N曲线)表现为3种类型：准梯形型、梯形与椭圆交变型和直线型。分别对应完全... 详细信息

针对车辆轮轴过盈配合部存在的多模式复合微动损伤，开展了柱/柱正交接触下的EA4T车轴钢径切复合微动磨损特性研究。结果表明：摩擦力-位移-循环次数曲线(Ft-D-N曲线)表现为3种类型：准梯形型、梯形与椭圆交变型和直线型。分别对应完全滑移区、混合区和部分滑移区。径切复合微动的径向力与切向位移变化周期相同，径向力随切向位移的改变而改变。径切复合微动磨损的磨痕形貌呈彗星状，径向载荷较小侧更容易产生相对滑移，导致磨痕较深。完全滑移区与混合区的磨损机制主要为疲劳剥落、磨粒磨损及氧化磨损。在完全滑移区，Ft-D-N曲线为非对称的准梯形型，单次循环平均磨损量先增加后降低。在混合区，损伤程度降低，磨痕表面存在轻微的犁沟和剥落。在部分滑移区，接触区中心存在黏着，接触边缘发生微滑，损伤最轻微，磨损机制主要为黏着磨损。

关键词：复合微动磨损 EA4T车轴钢接触行为损伤演变磨损机制

不同施用条件下轨顶摩擦调节剂的减摩性能研究

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摩擦学学报 2024年

作者：吴柄男李佳辛宋辛辛师陆冰张沭玥丁昊昊王文健刘启跃 Lewis Roger 周仲荣西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室摩擦学研究所郑州机械研究所有限公司谢菲尔德大学机械工程系

本文中研究了水基、油基和脂基轨顶摩擦调节剂在不同轮轨表面粗糙度和施加量下的减摩性能，研究结果表明：(1)合理地应用轨顶摩擦调节剂可使轮轨界面从干摩擦转变为混合润滑状态，产生中等水平的黏着系数和正摩擦特性；(2)增加轮轨表面... 详细信息

本文中研究了水基、油基和脂基轨顶摩擦调节剂在不同轮轨表面粗糙度和施加量下的减摩性能，研究结果表明：(1)合理地应用轨顶摩擦调节剂可使轮轨界面从干摩擦转变为混合润滑状态，产生中等水平的黏着系数和正摩擦特性；(2)增加轮轨表面粗糙度或减小材料的施加量可以增加金属表面微凸体承担的法向载荷进而避免轮轨低黏着现象，低抗剪切强度的油(脂)基材料可以增强轨顶摩擦调节剂的润滑性能；(3)轨顶摩擦调节剂的安全施加量从高到低依次是水基、油基和脂基轨顶摩擦调节剂，应用轨顶摩擦调节剂产生的黏着系数越高，其在轮轨界面间的保持能力越差；(4)应用轨顶摩擦调节剂可以大幅降低轮轨磨损，且表面粗糙度未发生明显变化。轨顶摩擦调节剂的减摩性能从高到低依次是冬季水基、油基、混合水基、脂基和夏季水基轨顶摩擦调节剂，机械混合夏季和冬季水基轨顶摩擦调节剂不会恶化混合后材料的减摩性能。

关键词：轨顶摩擦调节剂轮轨黏着轮轨磨损表面粗糙度施加量

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浸石蜡对碳滑板载流摩擦磨损性能影响研究

现代城市轨道交通 2024年第2期 124-131页

作者：刘崧楠华浩陈光雄张峻才常勇唐宇西南交通大学摩擦学研究所四川成都610031

为研究在载流条件下浸石蜡对碳滑板摩擦磨损性能的影响,在环-块载流摩擦磨损试验台上试验浸石蜡、未浸石蜡2种纯碳滑板与铜银合金接触线在载流条件下的摩擦磨损性能,并对比碳滑板在不同载荷、滑动速度、电流情况下的表面形貌变化。试验... 详细信息

为研究在载流条件下浸石蜡对碳滑板摩擦磨损性能的影响,在环-块载流摩擦磨损试验台上试验浸石蜡、未浸石蜡2种纯碳滑板与铜银合金接触线在载流条件下的摩擦磨损性能,并对比碳滑板在不同载荷、滑动速度、电流情况下的表面形貌变化。试验结果显示,浸石蜡对碳滑板载流摩擦磨损性能的影响与电弧烧蚀紧密相关。石蜡及其有机产物加剧电弧烧蚀,石蜡的不完全分解会削弱滑板的载流摩擦磨损性能,通过减小法向载荷、加快滑动速度、增大电流均能显著加剧浸石蜡碳滑板在试验中的电弧烧蚀。浸石蜡碳滑板的摩擦系数的变化规律是:随法向载荷、电流的增大呈现减小的趋势,随滑动速度的增加先增大后减小,60km/h时摩擦系数最大;浸石蜡碳滑板的平均电弧能量、磨耗量随法向载荷的增大呈现减少的趋势,随电流的增大而增加,平均电弧能量随滑动速度的增加而增大,磨耗量随滑动速度的增加先增加后减少,60km/h时磨耗量最大;在低速(40km/h)和高速(80km/h)时浸石蜡增强碳滑板的耐磨性能。

关键词：地铁载流摩擦磨损浸石蜡碳滑板电弧烧蚀摩擦系数

预氧化锆合金包壳在高温高压水中的微动磨损行为研究

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核动力工程 2024年第5期45卷 142-154页

作者：王俊王志国蔡振兵李正阳任全耀刘晓红焦拥军西南交通大学摩擦学研究所成都610031 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213

为深入研究在实际服役过程中包壳随氧化时间变化后的微动磨损情况,采用过热水蒸气氧化的手段制备了多种预氧化包壳,并使用自制的高温高压切向微动磨损试验机开展了模拟压水堆运行工况的微动磨损试验,测量了基材以及经过不同时间预氧化... 详细信息

为深入研究在实际服役过程中包壳随氧化时间变化后的微动磨损情况,采用过热水蒸气氧化的手段制备了多种预氧化包壳,并使用自制的高温高压切向微动磨损试验机开展了模拟压水堆运行工况的微动磨损试验,测量了基材以及经过不同时间预氧化后包壳的体积磨损系数。研究结果表明,预氧化之后包壳表面硬度比基体提高了2~3倍,而磨损系数降低了约90%。在包壳表层生成的一层致密氧化层是导致其磨损系数变化的重要原因,氧化时间越长,氧化层越厚,氧化时间为200 d的包壳磨损系数最低。此外,氧化层的存在导致锆合金包壳在高温高压水环境下的微动磨损机理从严重磨粒磨损和分层转变为轻微磨粒磨损和粘着磨损。

关键词：预氧化锆合金高温高压水微动磨损

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