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《南京航空航天大学》 2019年
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波箔轴承中的磨损机理和耐磨涂层研究

杜恺琪  
【摘要】:波箔气体轴承启停阶段,平箔与轴颈相对速度较低,气膜尚未完全形成或不够稳定,导致二表面干摩擦,使平箔表面磨损严重,极大降低了轴承的使用寿命及工作可靠性。通过对启停过程中轴承表面摩擦过程的数值模拟,探讨了箔片和轴颈表面的摩擦磨损规律,发现干摩擦状态下,接触表面摩擦发热剧烈,温升过高,并且摩擦系数对发热影响最为显著。因此,在箔片表面制备低摩擦系数的耐磨涂层成为提高轴承性能的主要措施,对涂层内及层间应力分布进行有限元模拟,发现涂层的失效与涂层内部的剪切应力和热应力密切相关。基于MoS_2、WS_2所具有的固体润滑特性,采用空气喷涂法在不锈钢试样上制备MoS_2、WS_2固体润滑涂层,涂层表面整体平滑,没有空洞、间隙和裂纹等缺陷。通过性能检测发现涂层与基体主要通过机械和物理吸附结合,表面喷砂磷化处理可进一步提高基体结合强度。制备的MoS_2、WS_2涂层平均摩擦系数分别为0.25和0.2,相比不锈钢基体,摩擦系数显著降低。为进一步降低涂层摩擦系数,使用聚醚醚酮(PEEK)对MoS_2和WS_2涂层进行改性,发现部分改性后的MoS_2、WS_2涂层摩擦系数得到了明显降低。改性涂层通过形成转移膜,使得摩擦发生在涂层与转移膜之间从而减小了摩擦。但因为表面间的黏着和磨粒作用使磨损有所加剧。在波箔轴承平箔表面制备各种耐磨涂层,并进行摩擦磨损试验。发现质量分数为10%PEEK的MoS_2、WS_2改性涂层表现出最好的减摩耐磨性。台架试验中,改性涂层应用于波箔轴承能明显降低平箔与轴颈的摩擦。在启停阶段,由于轴颈和箔片界面间局部高温,造成涂层中的粘结剂树脂分解,涂层结合强度降低,表面磨损加剧。改性涂层实际应用于轴承箔片后,具有很好的减摩性,但耐磨性有所降低。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TG174.4;TH133.35

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