滑动轴承摩擦副微织构表面自润滑技术及性能研究
本文关键词:滑动轴承摩擦副微织构表面自润滑技术及性能研究,由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】:随着现代工业技术的不断发展,对轴承在特殊工况下仍能正常工作的要求越来越高,液体润滑已经难以充分发挥润滑作用。微织构自润滑技术应运而生,成为滑动摩擦副在恶劣环境下的一种有效自润滑途径。本文系统开展了激光微织构自润滑表面及其在液体介质中的滑动摩擦性能及机理研究。首先,利用激光表面微织构技术在GCr15轴承钢表面进行了微织构工艺试验,考察了激光头距试样表面距离、脉冲重复次数、单脉冲能量对GCr15轴承钢表面微凹坑形貌参数的影响;选择适当的激光加工参数对不同涂层表面进行微织构加工,考察了几种单一涂层材料和复合涂层材料对激光表面蚀除凹坑体积和凹坑周边熔渣体积的影响,并在此基础上设计正交试验,探究了混合涂层的最佳配方。其次,在GCr15轴承钢表面进行织构化加工,对不同的填充方案进行了比较,在此基础上,选用较优的 保温保压固化法‖填充方案分别填充不同的固体润滑剂,并研究了GCr15轴承钢在填充不同润滑剂下的摩擦性能,并在此基础上,选择具有较优滑动摩擦特性的固体润滑剂来设计正交试验,研究最优化的复合润滑剂配方。再次,以环-环面接触滑动摩擦副为试验摩擦副进行了微织构自润滑表面滑动摩擦磨损试验,分别考察了表面润滑处理方式、织构密度、工况对其摩擦性能的影响。最后,为了进一步研究微织构表面自润滑性能,本文还结合液体润滑,研究了在液体介质中表面润滑处理方式及工况对微织构自润滑表面滑动摩擦性能的影响,并对比研究了不同润滑处理在不同工况下对滑动表面摩擦性能的影响,并得到了以下结论:(1)当激光头距试样表面距离为1.5 mm时,可以获得较好的加工形貌;随着脉冲次数的增加,微凹坑深度和直径分别呈增大和先缓慢增大后缓慢减小的变化趋势;微凹坑直径和深度均随单脉冲能量的增大而增大,且其增加幅度均不断减小。(2)相比无涂层试样,绿料和水玻璃涂料可以显著提高试样表面对激光的吸收率,且加工表面质量得到提高,其中,绿料性能最佳,蚀除凹坑体积增加了29.4%,凹坑边缘熔渣体积减少了43%;水玻璃/绿料(C-8)复合涂层相比单一水玻璃(C-2)和绿料(C-3)涂层可以更好地提高激光表面微织构加工效率,其效果高于单一C-2和C-3涂层之和,而且并不影响激光微织构加工表面质量;由正交试验可得,绿料含量17%、粘结剂含量18%的涂料为最优的涂料配方,喷涂时,涂层厚度控制在0.1 mm左右。(3)分别采用不同填充方案将固体润滑剂填充至试样表面微织构中,从单个微凹坑填充率、整个表面有效填充率以及表面滑动摩擦特性等多个方面对不同填充方案进行对比研究,结果表明:“保温保压固化法”填充方案综合性能明显优于“模具热压固化法”;(4)纳米固体润滑剂相比微米润滑剂具有更好的滑动摩擦性能;复合润滑剂的最优配方为Gr:Mo S2:PI:CNTs=4:1:0.5:0.4,其中,各因素对摩擦系数影响的主次顺序为:CNTsGrPIMo S2。(5)微织构自润滑技术可以大幅改善光滑表面的摩擦磨损性能;试样表面摩擦系数和摩擦副磨损率均随织构密度的增加而先减小后增大,最佳织构密度为33.2%~41.7%;摩擦系数分别随着载荷和滑动转速的增加而呈现减小和先减小后增大的变化趋势;试样表面微凹坑中固体润滑剂呈凸起现象,并沿滑动方向表现一定梯度的堆积。(6)在液体(润滑油和润滑脂)介质中,微织构自润滑表面在不同的载荷和转速下的摩擦磨损性能均得到了提高。
【关键词】:滑动摩擦副 吸光涂层 微织构 自润滑 液体介质
【学位授予单位】:江苏大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TH133.31;TH117
【目录】:
- 摘要5-7
- ABSTRACT7-12
- 第一章 绪论12-23
- 1.1 研究背景12-13
- 1.2 国内外现状13-20
- 1.2.1 滑动轴承自润滑技术研究现状13-15
- 1.2.2 织构表面自润技术研究现状15-18
- 1.2.3 固液复合润滑技术研究现状18-20
- 1.3 本课题的研究内容及意义20-21
- 1.3.1 研究内容20-21
- 1.3.2 研究意义21
- 1.4 课题来源21-23
- 第二章 激光表面织构工艺优化试验研究23-49
- 2.1 试验设备23-26
- 2.1.1 激光微织构加工设备23-24
- 2.1.2 三维形貌测量设备24
- 2.1.3 其他辅助仪器24-26
- 2.2 试验材料26
- 2.3 激光表面微织构工艺试验研究26-35
- 2.3.1 试验的研究方法26-27
- 2.3.2 激光头距试样表面距离的影响27-30
- 2.3.3 脉冲重复次数的影响30-32
- 2.3.4 单脉冲能量的影响32-35
- 2.4 激光微织构用吸光涂层工艺优化试验研究35-47
- 2.4.1 涂层材料35
- 2.4.2 试验的研究方法35-38
- 2.4.3 不同涂层激光微织构单因素对比试验38-45
- 2.4.4 复合涂层配方正交试验45-47
- 2.5 本章小结47-49
- 第三章 微织构表面自润滑填充工艺及配方优化研究49-69
- 3.1 固体润滑剂选择49-51
- 3.1.1 石墨49
- 3.1.2 二硫化钼49-50
- 3.1.3 碳纳米管50
- 3.1.4 可溶性聚四氟乙烯50-51
- 3.1.5 聚酰亚胺51
- 3.2 填充准备及所用设备51-53
- 3.2.1 填充试样的制备51-52
- 3.2.2 填充所用设备52-53
- 3.3 固体润滑剂填充工艺试验研究53-60
- 3.3.1 填充工艺的方案设计54-56
- 3.3.2 填充效果综合分析56-60
- 3.4 不同润滑剂的摩擦性能的对比60-64
- 3.4.1 可溶性聚四氟乙烯(PFA)填充温度比较60-61
- 3.4.2 聚酰亚胺(PI)填充温度比较61-62
- 3.4.3 PFA与PI摩擦性能比较62-63
- 3.4.4 纳米固体润滑剂与微米固体润滑剂摩擦性能比较63-64
- 3.5 复合固体润滑剂配方正交试验64-67
- 3.5.1 表头设计64-65
- 3.5.2 试验数据分析65-67
- 3.6 本章小节67-69
- 第四章 微织构自润滑表面滑动摩擦性能研究69-91
- 4.1 试验方案69-74
- 4.1.1 试验设备及摩擦副形式的选择69-73
- 4.1.2 试验研究方法73-74
- 4.2 不同表面处理方式对滑动摩擦性能的影响74-77
- 4.3 织构密度对滑动摩擦性能的影响77-80
- 4.4 不同工况下微织构自润滑表面滑动摩擦性能研究80-83
- 4.4.1 转速对摩擦系数的影响81-82
- 4.4.2 载荷对摩擦系数的影响82-83
- 4.5 同一织构密度下不同直径对摩擦系数的影响83-85
- 4.6 微织构自润滑表面润滑机理分析85-90
- 4.7 本章小结90-91
- 第五章 油脂介质中微织构固体润滑试验研究91-109
- 5.1 润滑剂的选取91-92
- 5.1.1 固体润滑剂的选取91
- 5.1.2 润滑脂的选取91
- 5.1.3 润滑油的选取91-92
- 5.2 实验方案92-93
- 5.2.1 测量设备92
- 5.2.2 试验方法92-93
- 5.3 润滑脂介质中微织构自润滑摩擦性能研究93-100
- 5.3.1 不同润滑脂的摩擦系数的影响93-94
- 5.3.2 不同表面处理方式对摩擦性能的影响及摩擦磨损机理分析94-97
- 5.3.3 载荷对摩擦系数的影响97-99
- 5.3.4 转速对摩擦系数的影响99-100
- 5.4 润滑油介质中微织构自润滑摩擦性能研究100-107
- 5.4.1 不同表面处理方式对摩擦性能的影响及摩擦磨损机理分析100-104
- 5.4.2 载荷对摩擦系数的影响104-106
- 5.4.3 转速对摩擦系数的影响106-107
- 5.5 总结107-109
- 第六章 总结与展望109-112
- 6.1 研究总结109-110
- 6.2 展望110-112
- 参考文献112-122
- 致谢122-123
- 攻读硕士期间获得成果123
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