Page 95 - 摩擦学学报2025年第10期
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            空液压油为润滑介质时的摩擦机理方面. 因此，本文                           0.79、1.00 GPa，探究载荷变化时3J1与G95Cr18配副在
            中通过使用3J1材料与G95Cr18材料进行配副，使用                        15#航空液压油润滑下的摩擦学行为. 此时的速度设
            UMT5多功能摩擦磨损试验机，探究其在15#航空液压                         置为75 mm/s，温度为室温，测试时间为30 min.
            油为润滑介质时的摩擦学行为. 通过探究该体系在不                               (3) 改变温度，分别设置温度为35、55、75、95、115、
            同速度、载荷及温度时的摩擦磨损性能，并通过对其                            135、155 ℃，此时的载荷为5 N，速度设置为75 mm/s，
            摩擦磨损区域的微观形貌观察和元素分析，最终确定                            测试时间为30 min. 探究温度变化时3J1与G95Cr18配

            该体系的摩擦机理. 为新一代航空领域的材料使用提                           副在15#航空液压油润滑下的摩擦学行为.
            供理论指导.                                                 摩擦磨损试验结束后，需对其磨损区域进行表征.
                                                               使用光学显微镜(基恩士VHX6000)对磨损区域进行宏
             1    试验部分                                         观形貌的观察，为进一步了解其三维形貌信息，使用

             1.1    试验材料及试剂                                    三维白光干涉仪(ZYGO NEXVIEW)表征其磨损区域
                本试验中所用材料为3J1和G95Cr18，由航空工业                     的三维形貌信息，并给出其磨损体积，同时可通过下
            自控所提供，其主要化学成分列于表1中                 [7, 11, 18-19] . 润滑  列公式对其磨损率(WR)进行计算       [21-23] .
            介质为15#航空液压油，由中国石油玉门油田公司炼                                                   V
                                                                                 WR=
                                                                                      F × D
            油化工总厂生产.
                                                               式中：V表示为样品的磨损体积，单位为μm ；F为其法
                                                                                                    3
                其中15#航空液压油的黏温性能如图1所示，测试
                                                      -1
            温度范围为35~155 ℃，剪切速度范围为1~1 000 s ，随                  向载荷，单位为N；D为试验过程中样品滑动的距离，
                                                               单位为m.
            着温度的增加，15#航空液压油的黏度逐渐降低.
             1.2    试验测试及表征方法                                      摩擦磨损的微观形貌会影响摩擦性能，使用场发
                摩擦磨损试验装置如图2所示，为美国Bruker生产                      射扫描电子显微镜(SEM, FEI Quanta 200F)对其微观形
            的UMT5，本试验中采用旋转模式进行，其中上试样为                          貌进行表征，并对磨损区域的元素进行能谱分析(EDS)，
            直径10.3 mm的3J1钢球，下试样为直径24 mm、高度为                    对磨损的微观区域进行定性和定量分析. 最后，选择
            7.8 mm的G95Cr18圆柱. 润滑介质为15#航空液压油，                   性能最佳的摩擦磨损试样，使用X射线光电子能谱技
            测试时间为30 min. 为保证试验的可重复性，分别使用                       术(XPS, ULVAC-PHIPHI Quantera II)对其摩擦区域进
            600目、1 200目及2 400目砂纸对试样表面进行处理，保                    行元素分析.
            证试样的粗糙度R 控制在20 nm以内. 为系统性测试
                            a
            3J1与G95Cr18配副在15#航空液压油中的摩擦学行为，                      2    结果与讨论
            分别测试其在不同速度、载荷及温度下的摩擦学行为.                            2.1    速度对摩擦性能的影响
                (1) 改变其运动速度，分别设置为10、20、30、40、                      为研究3J1和G95Cr18配副在15#航空液压油润滑
            50、75、100 mm/s，探究速度变化时3J1与G95Cr18配                 下的摩擦学行为，对其进行变速试验. 摩擦试验条件
            副在15#航空液压油润滑下的摩擦学行为. 此时的载                          参考试验测试部分，结果如图3(a~b)所示. 当速度控制
            荷为5 N，温度为室温，测试时间为30 min. 已知3J1的                    为10、20、30、40、50、75、100 mm/s时，此时的摩擦系数
                             [20]           [18-19]
            弹性模量为210 GPa ，泊松比为0.34             ，G95Cr18的       分别为0.103、0.117、0.122、0.104、0.098、0.095、0.101.
            弹性模量为210 GPa，泊松比为0.30，则此时的最大赫                      摩擦系数随着速度的增加呈现出先增加后减小的趋
            兹接触压力为0.79 GPa.                                    势. 从摩擦曲线可以看出，在摩擦反应的初始阶段(0~
                (2) 改变载荷，分别设置为1、2、3、4、5、10 N时，                 150 s)，摩擦系数均出现急剧增加的现象，表明该体系
            此时的最大赫兹接触压力分别为0.46、0.58、0.67、0.74、                 处于磨合阶段. 随后开始处于稳定状态，表明此时该体


                                               表 1    3J1和G95Cr18的化学成分表
                                        Table 1    Chemical composition of 3J1 and G95Cr18
                                                            Mass fraction/%
               Samples
                          C       Si      Mn       P        S        Ni        Cr        Ti      Al      Fe
                3J1     ≤0.05    ≤0.08   ≤1.00   ≤0.02    ≤0.02    34.5~36.5  11.5~13.0  2.7~3.2  1.0~1.8  Bal
              G95Cr18   0.9~1.0  ≤0.80   ≤0.80     –      ≤0.018     –        17~19      –        –      Bal
   90   91   92   93   94   95   96   97   98   99   100