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磁场作用下水基磁流体对TC4与Si3N4摩擦学性能影响的实验研究

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机械工程学报 2024年第7期60卷 174-183页

作者：王优强徐莹莫君何彦赵涛倪陈兵青岛理工大学机械与汽车工程学院青岛266520 青岛理工大学工业流体节能与污染控制教育部重点实验室青岛266520

钛合金(TC4)是一种航空航天中广泛应用的材料,其具有强度高、耐高温、耐腐蚀等优良特性,但其摩擦学性能限制了其进一步的应用。近年来水基磁流体作为一种智能环保型润滑剂在解决极端工况条件下的润滑问题发挥着巨大优势。利用摩擦磨损... 详细信息

钛合金(TC4)是一种航空航天中广泛应用的材料,其具有强度高、耐高温、耐腐蚀等优良特性,但其摩擦学性能限制了其进一步的应用。近年来水基磁流体作为一种智能环保型润滑剂在解决极端工况条件下的润滑问题发挥着巨大优势。利用摩擦磨损实验机研究了磁场作用下水基磁流体对钛合金摩擦学性能的影响。首先实验研究了水基磁流体的磁学性能。采用超声清洗机对原磁流体进行稀释,获得质量分数分别为0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、10%、20%、36%稳定的水基磁流体。利用振动样品磁强计(VSM)、场发射透射电镜(TEM)和静态接触角测量仪分别测试了磁性颗粒的大小和形貌,研究了不同质量分数的水基磁流体的润湿性,探讨了水基磁流体的磁学性能。实验结果表明:Fe3O4颗粒呈球形,平均粒径为14 nm,具有良好的顺磁性。水基磁流体的润湿性随质量分数的增大而增大。其次,研究了水基磁流体的摩擦学性能。以TC4钛合金与Si3N4陶瓷球为试件,利用UMT-3往复摩擦磨损试验机测定了不同磁场强度下不同质量分数水基磁流体润滑时钛合金表面的摩擦因数,并用高精度粗糙度仪对磨损量进行测量。结果表明,通过与基液实验结果进行对比发现,不同质量分数的水基磁流体都表现出一定的减摩效果,其中质量分数为1.2%的磁流体减摩效果最好,摩擦因数降低了16.99%。但在施加外磁场时,不同质量分数的水基磁流体的磨损量都会比基液水润滑时有所增加。但是,随着颗粒质量分数和磁场强度的增大,磨损量逐渐减少。最后,通过实验数据对不同磁场作用下不同质量分数水基磁流体的摩擦学性能的作用机理进行分析,为水基磁流体将来在润滑领域的应用提供了实验依据。

关键词：纳米添加剂水基磁流体磁场强度摩擦学减摩润滑性能

动态膜厚的超声实时测量方法及测量盲区影响因素

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摩擦学学报（中英文） 2024年第2期44卷 214-232页

作者：孙炜梁鹏郭峰孔令胜姜芙林白清华刘晓玲青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 青岛理工大学工业流体节能与污染控制教育部重点实验室山东青岛266520

基于超声波技术的弹簧模型与共振模型之间存在一段膜厚测量盲区,本文中提出了1种复合模型可覆盖测量盲区.为实现膜厚在线监测,自主搭建了动态膜厚的超声实时测量系统,并研究了配副类型和润滑剂种类对测量盲区的影响.构建了超声测量试验... 详细信息

基于超声波技术的弹簧模型与共振模型之间存在一段膜厚测量盲区,本文中提出了1种复合模型可覆盖测量盲区.为实现膜厚在线监测,自主搭建了动态膜厚的超声实时测量系统,并研究了配副类型和润滑剂种类对测量盲区的影响.构建了超声测量试验的理论模型,对超声波在介质内的传播规律进行了仿真分析.结果表明,自主搭建的膜厚实时测量系统可精密跟踪不同周期及不同波形的膜厚;提出的复合模型可实现单个探头对宽范围膜厚的全域测量;随着下摩擦副声阻抗和润滑剂声阻抗的增大,膜厚测量盲区逐步缩小;但当润滑剂声阻抗过小时,容易出现无法监测的“测量真空区”.本文工作可为金属摩擦副在实际工况下的动态膜厚在线监测提供理论和技术参考.

关键词：润滑膜厚度在线测量仿真计算超声波技术测量盲区

微量润滑工况下纳米粒子协同微织构对刀具切削性能的影响

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表面技术 2024年第10期53卷 183-195页

作者：刘朝伟杨发展姜芙林黄珂杨宇赵烁隋潇斌青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 工业流体节能与污染控制教育部重点实验室山东青岛266520

目的探究微量润滑工况下纳米粒子与织构协同作用对刀具切削性能的影响及其变化规律。方法通过有限元数值模拟软件ABAQUS对不同工况下刀具的等效塑性应变、等效应力以及切削力的变化进行仿真和预测评估。同时,通过切削试验进行验证分析,... 详细信息

目的探究微量润滑工况下纳米粒子与织构协同作用对刀具切削性能的影响及其变化规律。方法通过有限元数值模拟软件ABAQUS对不同工况下刀具的等效塑性应变、等效应力以及切削力的变化进行仿真和预测评估。同时,通过切削试验进行验证分析,并结合刀具前刀面的磨损状态、前刀面磨损区主要元素含量、切屑形貌及其变化以及已加工表面质量对刀具的切削性能进行综合评价,以探究纳米粒子与织构刀具的协同作用对刀具切削性能的影响机制。结果仿真结果表明,N-O-M切屑的等效塑性应变较小,切屑层较薄,与N-O-T相比,最大等效应力值降低了26.4%,平均切削力为232N,刀具减摩效果最为明显;不同工况下平均切削力误差均控制在10%以内,试验值与仿真值高度一致;N-O-M磨损面积仅为1.95×10^(-2) mm^(2),刀具表面无明显的黏结物和崩刃现象,磨损面积仅为N-O-T的39.8%;N-O-M切屑卷曲半径最小,已加工工件表面脊线较长,工件表面质量较优。结论微量润滑工况下纳米粒子与表面织构的协同作用对提高刀具切削加工性能具有重要意义。微液滴在一定的压力下能渗入刀-屑界面接触区形成液膜,织构沟槽中的纳米粒子随着液膜中润滑介质的流动能够周期性释放到摩擦副的接触表面,持续作用于切削区域改变原有的摩擦接触状态和润滑方式,促进摩擦副间摩擦形式由滑动摩擦向滚动摩擦状态转变,实现减摩降磨的目标。

关键词：微量润滑纳米粒子协同作用微织构切削性能减摩降磨

Fe_(3)O_(4)@CuO磁流体的制备和边界润滑性能

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材料导报 2024年第8期38卷 113-119页

作者：何彦王优强莫君赵涛朱玉玲李梦杰青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 工业流体节能与污染控制教育部重点实验室山东青岛266520

采用化学共沉淀法合成了纳米Fe_(3)O_(4)和纳米Fe_(3)O_(4)@CuO粒子。采用场发射透射电镜(FETEM)、X射线衍射仪(XRD)、振动样品磁强计(VSM)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对纳米粒子进行表征。采用表面活性剂法制备了不同粒子含量的PAO3... 详细信息

采用化学共沉淀法合成了纳米Fe_(3)O_(4)和纳米Fe_(3)O_(4)@CuO粒子。采用场发射透射电镜(FETEM)、X射线衍射仪(XRD)、振动样品磁强计(VSM)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对纳米粒子进行表征。采用表面活性剂法制备了不同粒子含量的PAO3磁流体。利用磁流体对外加磁场的响应特性和紫外分光光度计对磁流体分散性进行了表征。采用摩擦副为12CrNi4A和Si_(3)N_(4)的UMT-3往复摩擦磨损试验机对磁流体的摩擦学性能进行了评估。摩擦实验结果表明,含纳米Fe_(3)O_(4)粒子的PAO3基磁流体的润滑效果比较差。而质量分数为1%的纳米PAO3基Fe_(3)O_(4)@CuO粒子磁流体润滑时的摩擦系数相比于PAO3油润滑降低了29.6%,磨痕宽度降低了49.6%。从磨痕表面分析来看,这得益于CuO的摩擦烧结作用,在摩擦表面形成了有效的摩擦膜并修复磨损表面。

关键词：航空润滑油纳米粒子磁流体减摩抗磨

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微量油辅助水润滑成膜特性的研究

摩擦学学报 2024年

作者：段文斌禹涛郭峰季浩张晓寒韩素立工业流体节能与污染控制教育部重点实验室青岛理工大学机械与汽车工程学院

由于水的润滑膜建立能力较差，本文中研究了微量环保型润滑油辅助水润滑的润滑膜建立机制。利用滚子-盘接触润滑膜测量仪，研究了水环境下2种黏度的环保型润滑油作为第二介质的辅助润滑特性，并通过荧光标记对油的流动进行了观测。结果... 详细信息

由于水的润滑膜建立能力较差，本文中研究了微量环保型润滑油辅助水润滑的润滑膜建立机制。利用滚子-盘接触润滑膜测量仪，研究了水环境下2种黏度的环保型润滑油作为第二介质的辅助润滑特性，并通过荧光标记对油的流动进行了观测。结果表明，水环境下滚子-盘接触区的润滑油主要来源于入口油池和侧油脊。与在空气中不同，水环境使油在固体表面的润湿性变低，接触区供油易受外界干扰，膜厚易发生波动。低速下侧油脊更容易向接触区回流，从而改善供油；在高速下水的逆流推动侧油脊回流的油远离接触区，导致入口供油变差。此外，环块试验机结果表明微量环保型润滑油辅助水润滑具备良好的减摩抗磨能力。

关键词：水润滑环保型润滑油磨损膜厚接触角侧油脊

微量润滑工况下纳米粒子协同微织构对刀具切削性能影响

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表面技术 2024年

作者：刘朝伟杨发展姜芙林黄珂杨宇赵烁隋潇斌工业流体节能与污染控制教育部重点实验室青岛理工大学机械与汽车工程学院

目的：探究微量润滑工况下纳米粒子与织构协同作用对刀具切削性能的影响及其变化规律。方法：本研究通过有限元数值模拟软件ABAQUS对不同工况下刀具的等效塑性应变、等效应力以及切削力的变化进行仿真和预测评估。同时，通过切削试验进... 详细信息

目的：探究微量润滑工况下纳米粒子与织构协同作用对刀具切削性能的影响及其变化规律。方法：本研究通过有限元数值模拟软件ABAQUS对不同工况下刀具的等效塑性应变、等效应力以及切削力的变化进行仿真和预测评估。同时，通过切削试验进行验证分析，并结合刀具前刀面的磨损状态、前刀面磨损区主要元素含量、切屑形貌及其变化以及已加工表面质量对刀具的切削性能进行综合评价，以探究纳米粒子与织构刀具协同作用对刀具切削性能的影响机制。结果：仿真结果表明，N-O-M切屑的等效塑性应变较小，切屑层较薄，与N-O-T相比，最大等效应力值降低了26.4%，平均切削力为232N，刀具减摩效果最为明显；不同工况下平均切削力误差控制在10%以内，试验值与仿真值高度一致；N-O-M磨损面积仅为1.95×10-2mm2，刀具表面无明显的粘结物和崩刃现象，磨损面积仅为N-O-T的39.8%；N-O-M下切屑卷曲半径最小，已加工工件表面脊线较长，工件表面质量较优。结论：微量润滑工况下纳米粒子与表面织构协同作用对改善刀具切削加工性能具有重要意义。微液滴在一定的压力下能渗入刀-屑界面接触区形成液膜，织构沟槽中的纳米粒子随着液膜中润滑介质的流动能够周期性释放到摩擦副的接触表面，持续作用于切削区域改变原有的摩擦接触状态和润滑方式，促进摩擦副间摩擦形式由滑动摩擦向滚动摩擦状态的转变，实现减摩降磨的目标。

关键词：微量润滑纳米粒子协同作用微织构切削性能减摩降磨

基于双色荧光法的乳化液流体动压润滑界面影响机理研究

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摩擦学学报 2024年

作者：吕春风韩素立刘玉健郭峰邵晶薛子煜青岛理工大学机械与汽车工程学院青岛理工大学工业流体节能与污染控制教育部重点实验室

利用面接触润滑油膜测量系统，结合双色荧光法，研究流体动压润滑中不同表界面对乳化液成膜机理的影响。通过对钢块表面涂覆AF (Anti Finger Print)和FAS (Fluorodecyl-trimethoxysilane)进行疏水疏油处理，采用光干涉法测量乳化液流体... 详细信息

利用面接触润滑油膜测量系统，结合双色荧光法，研究流体动压润滑中不同表界面对乳化液成膜机理的影响。通过对钢块表面涂覆AF (Anti Finger Print)和FAS (Fluorodecyl-trimethoxysilane)进行疏水疏油处理，采用光干涉法测量乳化液流体动压油膜厚度，结果显示乳化液的油膜厚度受到固/液界面润湿性的影响(采用光干涉法测量乳化液油膜厚度，结果显示乳化液的油膜厚度受到固/液界面的润湿性的显著影响)。具体来说，在充分供油条件下，AF表面的油膜厚度最高，其次是Steel表面，而FAS表面的油膜厚度最低。运用双色荧光法观察到乳化液的油水两相在竞争吸附行为中存在差异，在固体表面，油相分子优先黏附于固体表面形成有效油膜。乳化液与不同表面接触时，在AF表界面分离油相与界面所需克服的黏附功最大，Steel表面次之，FAS表面最小，与油膜厚度试验结果相吻合。

关键词：流体动压润滑乳化液双色荧光法光干涉法油膜厚度

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纳米颗粒活性剂混粉EDM特性研究

中国工程机械学报 2024年第3期22卷 388-392页

作者：刘庆玉沙瑞王亚青姜芙林青岛理工大学机械与车辆工程学院工业流体节能与污染控制教育部重点实验室山东青岛266525

为了进一步提高EDM效率和表面质量,提出了纳米颗粒活性剂混粉EDM方法。基于Marangoni效应分析了活性剂对EDM材料去除的增强机制,并开展实验研究了纳米活性剂对钛合金EDM特性的影响。结果表明:当开路电压为100 V时,相对于混有Al_(2)O_(3)... 详细信息

为了进一步提高EDM效率和表面质量,提出了纳米颗粒活性剂混粉EDM方法。基于Marangoni效应分析了活性剂对EDM材料去除的增强机制,并开展实验研究了纳米活性剂对钛合金EDM特性的影响。结果表明:当开路电压为100 V时,相对于混有Al_(2)O_(3)和ZrO_(2)纳米颗粒的工作液,在混有TiO_(2)纳米颗粒工作液中进行EDM可得到最高的材料去除率。采用混有纳米颗粒表面活性剂的工作液进行EDM可得到更低的工具损耗率、更高的微孔锥形度以及更低的表面粗糙度。通过在去离子水工作液中混入TiO_(2)纳米颗粒,可将EDM的表面粗糙度Ra降低50%。因此,在EDM工作液中加入活性剂纳米颗粒有助于提高加工性能。

关键词：加工特性纳米颗粒 EDM 钛合金(EDM) 表面活性剂

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探析线接触直齿轮的瞬态热混合润滑性能

润滑与密封 2024年

作者：马金月王优强宋琦竺俊杰青岛理工大学机械与汽车工程学院工业流体节能与污染控制教育部重点实验室

为提高渐开线直齿轮润滑性能，基于统计模型和微凸体接触模型，考虑非牛顿流体、瞬态效应以及热效应等因素，建立了渐开线齿轮无限长线接触瞬态热混合润滑模型，对不同的齿面综合表面粗糙度σ、粗糙度纹理参数γ以及齿轮工况参数等进行... 详细信息

为提高渐开线直齿轮润滑性能，基于统计模型和微凸体接触模型，考虑非牛顿流体、瞬态效应以及热效应等因素，建立了渐开线齿轮无限长线接触瞬态热混合润滑模型，对不同的齿面综合表面粗糙度σ、粗糙度纹理参数γ以及齿轮工况参数等进行分析。结果表明：综合考虑多种因素更符合齿轮的实际工作环境，齿面综合表面粗糙度和粗糙度纹理参数对齿轮的润滑性能发挥着至关重要的作用，合理选择齿轮参数及工况参数也有助于提高齿轮的润滑性能。随着σ的增大，微凸体接触压力增大，且承载区略有增大；油膜厚度和最小油膜厚度随σ的增大而增大，而膜厚比却随之减小。因此，需合理选择综合表面粗糙度。随着γ的增大，油膜压力的第二压力峰逐渐增大，且向接触中心位置移动；微凸体接触压力随着γ的增大而增大；最小油膜厚度和膜厚比均随γ的增大而减小；随着γ的增大，油膜最高温升比先减小而后增大。综上所述，具有横向粗糙度纹理（尤其是γ=1/3时）的齿轮润滑性能较好；换言之，齿轮混合润滑中存在最优的粗糙度纹理参数。此外，适当增大齿轮的模数、压力角和转速以及减小输入功率均有利于改善齿轮润滑状态。

关键词：混合润滑热效应流量因子接触因子表面纹理