高端軸承微織構表面潤滑膜轉移彌散機理與摩擦學設計

《高端軸承微織構表面潤滑膜轉移彌散機理與摩擦學設計》是依託江蘇大學，由華希俊擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高端軸承微織構表面潤滑膜轉移彌散機理與摩擦學設計
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：華希俊
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

航空、航天、核電及高速軌道交通等領域對高端軸承需求日趨迫切，而表面微織構固體潤滑理論與套用研究也正成為國內外摩擦學研究熱點之一。本項目針對高端軸承的套用需求，提出運用固體潤滑與表面微織構集成的方法，圍繞微織構表面潤滑劑多組元協同效應與成型粘結機理、潤滑膜微尺度彌散效應、潤滑膜摩擦物理化學過程、摩擦學行為特徵、接觸摩擦模型等科學問題開展系統研究。確立微織構表面自潤滑材料的設計原則和成型粘結質量指標體系。並結合系統摩擦學試驗，構建自潤滑微織構表面摩擦學性能基礎資料庫。建立摩擦係數、磨損率與主要參數關係的回歸分析模型。研究摩擦過程中摩擦狀態動態演化機制，揭示接觸界面間潤滑材料的行為和失效規律，探尋力－熱－潤滑介質－微織構多因素耦合作用下摩擦磨損機理。以表面分形理論為基礎，建立微織構表面摩擦模型。實現軸承微織構表面摩擦學主動設計製造，對於推動織構表面摩擦學理論研究和工程套用都具有重要意義。

結題摘要

目前對高端軸承需求日趨迫切，而表面微織構固體潤滑理論與套用研究也正成為國內外摩擦學研究熱點之一。本項目運用固體潤滑與表面微織構集成創新的方法，圍繞微織構表面潤滑劑協同效應與成型粘結機理、潤滑膜彌散效應和摩擦物理化學過程、摩擦學行為、摩擦模型等科學問題開展系統研究。 通過雷射SPI加工技術和輔助塗層最佳化，實現了微織構優質、高效加工； 通過潤滑劑配方正交試驗，獲得的最佳化配方為Gr：MoS2：PI：CNTs=4:1:0.5:0.4；通過摩擦係數非線性回歸分析, 得到摩擦係數回歸方程；提出了一種潤滑劑保溫熱壓固化填充方法；建立了織構表面等效彈性模量計算公式，推導出臨界彈性接觸面積和臨界塑性接觸面積計算公式，建立了微織構自潤滑表面摩擦模型；常溫固體潤滑研究表明：在滑動狀態下，織構密度為42%時，摩擦係數最小，磨損最輕。摩擦係數隨轉速增大先減小後增大，隨載荷和凹坑直徑增大均呈減小趨勢。在滾動狀態下，當PI含量為20%時，摩擦係數最小。隨著載荷和轉速的增大摩擦係數均呈減小趨勢；常溫脂潤滑研究表明：在織構密度為15%，凹坑深度為19μm時，摩擦係數最小。摩擦係數隨載荷的增大而減小，隨速度增大先升高后降低；固-脂潤滑研究表明：織構密度為30%的表面，其摩擦係數最小。 隨著載荷增加，摩擦係數呈下降趨勢；高溫潤滑研究表明：當織構密度為46%時，摩擦係數最小。填充含6wt%碳納米管複合潤滑劑的試樣摩擦係數最小，且比無碳納米管的要降低約37%；提出了微織構滑動表面潤滑膜“熱膨脹—剪下—吸附—彌散—平衡”ESADB自潤滑機制和微織構滾動表面 “吸附—擠推—堆積—彌散—平衡”AEADB自潤滑機制；採用分區加工工藝，實現關節軸承球面雷射微織構加工。經台架試驗，自潤滑微織構表面磨痕較輕，保持光亮，粗糙度Ra0.33μm。試驗前後軸承徑向游隙變化僅為0.01~0.02 mm。表明通過微織構嵌填自潤滑處理，可實現固-脂複合潤滑，有效減輕軸承磨損。 本項目研究成果對於實現高端軸承微織構表面摩擦學主動設計製造，推動織構表面摩擦學理論研究和相關工程套用都具有重要意義。