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《武汉理工大学》 2011年
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高温发汗润滑层制备及其功能控制机理研究

燕松山  
【摘要】:高温发汗自润滑材料是依据生物发汗原理设计制备的一种新型高温自润滑材料。制备时,首先采用粉末冶金工艺烧结具有贯通孔隙微结构特征的耐磨、高强度金属陶瓷基体,再采用熔渗工艺向基体中加入复合润滑体在其表层形成一定厚度的润滑层。工作时,润滑层孔隙中的润滑体在温度-摩擦热应力的耦合作用下析出和富集在摩擦表面而形成润滑膜。显然,该材料的摩擦学特性取决于其润滑层组分设计、制备工艺及微观结构特征。为此,本文在国家自然科学基金(50275110)的资助下开展了润滑层熔渗制备工艺、摩擦学特性及其润滑控制的研究,其主要内容如下: 基于复合润滑体与基体材料的润湿性和互溶性要求,开展了润滑体合金的组分设计;通过润湿性及摩擦学试验研究了润滑体合金的润湿和润滑性能,实现了复合润滑体的最优组分设计,探讨了提高发汗润滑层深度的技术途径。 基于设计出的复合润滑体,采用感应加热真空-压力熔渗工艺制备出高温发汗润滑层;并应用扫描电镜和能谱仪分析了润滑层微观结构及润滑体元素分布;应用有限元APDL编程语言建立了具有随机孔隙分布和填充特征的润滑层等效导热系数计算模型,研究了润滑层等效导热系数及其影响因素。 开展了高温发汗自润滑摩擦学试验,对磨损表面形貌和成分进行了微观研究,探讨了高温摩擦过程中,摩擦表面润滑体析出及润滑膜形成、破坏、再形成的动态过程。 建立了高温发汗润滑元胞自动机模型,并据此研究了高温发汗自润滑材料的动态摩擦过程,探讨了摩擦系数、表面形貌、接触应力及摩擦温度场的演变规律,研究为高温发汗自润滑过程的动态预测提供理论基础。 通过润滑膜覆盖率及工况因素对高温发汗润滑性能影响的研究,建立了高温发汗润滑膜覆盖率预测模型,实现了以摩擦表面粗糙度、熔渗孔隙率、润滑层深度及材料热膨胀系数、工作温度为自变量的高温发汗润滑膜覆盖率的预测。该研究有助于实现基于工况因素、材料参数和润滑层深度的润滑控制。
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