磁场干涉下锌黄铜自配副干摩擦学特性的研究.pdf

磁场干涉下锌黄铜自配副干摩擦学特性的研究２３磁场干涉下锌黄铜自配副干摩擦学特性的研究—ＤｒｙｓｌｉｄｉｎｇＴｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ—ｏｆＣｕＺｎＳｅｌｆｍａｔｃｈｅｄＰａｉｒｓＵｎｄｅｒＩｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇｏｆＭａｇｎｅｔｉｃＦｉｅｌｄ魏永辉。，张永振，陈跃（１西北工业大学机电学院，西安７１００７２；２河南科技大学材料科学与工程学院，河南洛阳４７１００３；３郑州航空工业管理学院机电工程学院，郑州４５００１５）——ＷＥＩＹｏｎｇｈｕｉ，ＺＨＡＮＧＹｏｎｇｚｈｅｎ一，ＣＨＥＮＹｕｅ’（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ。ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｘｉａｎ７１００７２，Ｃｈｉｎａ；２ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。ＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１００３，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ；３ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００１５，Ｃｈｉｎａ）摘要：室温下采用改进的ＭＰＶ－１５００型摩擦试验机，研究锌黄铜自配副的磁场干摩擦学特性和磁场干涉机理。结果表明：磁场的施加和增大加剧了抗磁性锌黄铜的摩擦和磨损，增大了摩擦面的粗糙度，降低了摩擦面的氧元素含量，主要氧化物为ｃｕ０；随着磁场的增大，锌黄铜的磨损率和摩擦副的摩擦因数均有增大趋势，欲克服磁场对抗磁性锌黄铜干摩擦学特性的不利影响，可在其背面添置铁磁性材料；配副材料选配、对摩面的相对尺寸以及装卡装置的磁性均可影响实验研究结果。关键词：磁场；干滑动摩擦；铜合金；电力机车—ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１４３８１．２０１３．０８．００４中图分类号：ＴＨ１ｌ７．３文献标识码：Ａ——文章编号：１００１－４３８１（２０１３）０８００２３０５—Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｄｒｙｓｌｉｄｉｎｇｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｏｆＣｕＺｎｓｅｌｆ－ｍａｔｃｈｅｄｐａｉｒｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙｕｓｅｏｆｉｍｐｒｏｖｅｄＭＰＶ一１５００ｔｙｐｅｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｄｗｅａｒｔｅｓｔｅｒａｔ—ｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ，ｗｉｔｈｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｅｘｅｒｔｉｎｇａｎｄｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｔｈｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎｓｕｒｆａｃｅｉｎｃｒｅａｓｅｓａｎｄｏｘｙｇｅｎｃｏｎｔｅｎｔｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎｓｕｒｆａｃｅｒｅｄｕｃｅｓ；ｔｈｅｍａｉｎｏｘｉｄｅｓａｒｅ—Ｃｕ６４Ｏ．Ａｌｏｎｇｗｉｔｈｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｂｏｔｈｗｅａｒｒａｔｅｏｆＣｕＺｎｐｉｎｓａｎｄａｖｅｒａｇｅｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎｐａｉｒｓｈａｓｅｎｌａｒｇｉｎｇｔｅｎｄｅｎｃｙ，ｔｈａｔｉｓ，ｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｇｇｒａｖａｔｅｓｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎ—ａｎｄｗｅａｒｏｆＣｕＺｎ．Ａｄｄｉｔｉｏｎｓｔｏｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓｏｎｔｈｅｂａｃｋｏｆｄｉａｍａｇｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓｃａｎｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅａｄｖｅｒｓｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｏｎｔｒｉｂｏｌｏｇｉｅａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｅａｃｈｏｆｓｅｌｅｃｔｉｎｇａｎｄｍａｔｃｈｉｎｇｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎｐａｉｒｓｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｒｅｌａｔｉｖｅｓｉｚｅｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎｓｕｒｆａｃｅａｎｄｍａｇｎｅｔｉｓｍｏｆｃｌａｍｐｉｎｇｄｅｖｉｃｅｃａｎａｆｆｅｃｔｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ．—Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ；ｄｒｙｓｌｉｄｉｎｇｆｒｉｃｔｉｏｎ；ｃｏｐｐｅｒａｌｌｏｙ；ｅｌｅｃｔｒｉｃｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ据统计口，，世界能源的３０消耗于摩擦，约８０的设备损坏是由于各种形式的磨损引起的。应用先进的材料摩擦学技术，控制摩擦、降低磨损已成为节约资源，延长设备使用寿命的主要手段。磁场干摩擦学的研究始于２０世纪４０年代，前苏联曾实验采用磁化的方法来提高切削刀具的耐磨性能口］。随后印度、日本、法国和中国等开展了相关的研究项目［３－８３，把磁场干摩擦学的研究扩展到更广阔的干滑动摩擦学领域。国内外研究表明，利用磁场控制摩擦、减小磨损成为一种新的、很有前景的途径。在大型球磨机中用金属磁性衬板代替原用的优质锰钢衬板，因磁性衬板上吸附的一层铁粉起保护作用，使衬板的磨损明显减少［ｇ］。随着科学技术的发展，尤其是电磁技术应用范围的扩大，越来越多的电气设备和电器元件中的摩擦副在电磁工况条件下服役，所以研究磁场环境下材料摩擦磨损特性的影响因素及规律性，为磁场干涉下锌黄铜自配副干摩擦学特性的研究２７磨屑，但锌黄铜毕竟为抗磁性材料，环上吸附磨屑量毕竟非常少；随着磁场强度的增大，其销试样基体摩擦面越来越粗糙，销、环摩擦面的凸凹犁沟相互啮合，增大了实际接触面积，且摩擦面的氧化物越来越少，最终摩擦力增大；所以摩擦因数有增大趋势。３结论Ｅｘｔｅｒｎａｌｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙ／ｍＴ图７磁场对锌黄铜自配副摩擦因数的影响Ｆｉｇ．７ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｏｎｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆＣｕＺｎｓｅｌｆ－ｍａｔｃｈｅｄｐａｉｒｓ（１）在载荷１５０Ｎ、线滑动速率０．４ｍ／ｓ下，磁场的施加和增大加剧了抗磁性锌黄铜的磨损；锌黄铜环的磨损率有降低的趋势表明，在抗磁性锌黄铜背面添置铁磁性材料，可克服磁场对锌黄铜干摩擦学特性的不利影响。（２）随着磁场强度增大，锌黄铜销摩擦面的粗糙度增大，氧元素含量降低，主要氧化物为Ｃｕ。０。（３）相同锌黄铜材质的销和环试样的整体磨损率差别较大表明，销、环试样摩擦副对摩面的相对尺寸能够影响其摩擦学特性研究结果；紫铜／铝合金摩擦配副在摩擦磨损过程中出现明显的黏附和黏合现象表明，摩擦学研究要考虑摩擦配副材料的硬度或化学性能的影响因素。（４）锌黄铜销和环试样的磨损率在磁场下的相反变化趋势表明，磁场环境的施加与其他环境（气氛、温度、载流等）不同，磁场的施加会对试样装卡装置（铁磁质的转动轴）以及摩擦学实验系统造成一定的影响，最终可能影响实验研究结果。［１］［２］［３３参考文献薛群基．党鸿辛．摩擦学研究的发展趋势与概况ｌ－Ｊ］．摩擦学学—报，１９９３，１３（１）：１７２０．谢友柏，张嗣伟．摩擦学科学及工程应用现状与发展战略研究—［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００９．３４．董祥林，简小刚，毕红运，等．磁场对中碳钢滑动摩擦磨损的影—响口］．金属学报，１９９９，３５（６）：５７７５８０．———ＤＯＮＧＸｉａｎｇｌｉｎ，ＪＩＡＮＸｉａｏｇａｎｇ，ＢＩＨｏｎｇｙｕｎ，ｅｔａ１．Ｅｆｆｅｃｔｏｆａｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｏｎｓｌｉｄｉｎｇｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｄｗｅａｒｏｆｍｅｄｉｕｍｃａｒｂｏｎ—ｓｔｅｅｌ［Ｊ］．ＡｃｔａＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，１９９９，３５（６）：５７７５８０．［４］ＭＵＪＵＭＫ，ＧＨＯＳＨＡ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆａｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｏｎｔｈｅｄｉｆｆｕ—ｓｉｖｅｗｅａｒｏｆｃｕｔｔｉｎｇｔｏｏｌｓｌ，Ｊ］．ｗｅａｒ，１９８０，５８（１）：１３７１４５．—［５３ＡＭＩＲＡＴＭ，ＺＡＩＤＩＨ，ＦＲＥＮＥＪ．Ａｓｔｕｄｙｏｆｃｏｎｔａｃｔｔｅｍｐｅｒａ———ｔｕｒｅａｎｄｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｍａｇｎｅｔｉｚｅｄｓｉｄｉｎｇｂｒａｓｓ。ｓｔｅｅｌＣＯＵ—ｐｌｅｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇａｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｌ，Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｒｉ—ｂｏｌｏｇｙ，２００８，２２２（３）：２７９２９０．［６］ＫＵＭＡＧＡＩＫ，ＳＵＺＵＫＩＫ，ＫＡＭＩＹＡ０．Ｓｔｕｄｙｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎ—ｗｅａｒｄｕｅｔｏｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｗｅａｒ，１９９３，１６２１６４：１９６２０１．［７］魏永辉，张永振，陈跃．直流稳恒磁场下高速钢／４５钢环干滑动—摩擦磨损特性研究ＥＪ］．摩擦学学报，２０１０，３０（４）：３９９４０３．［８］魏永辉，张永振，陈跃，等．国内外磁场干摩擦学研究现状及展—望［Ｊ］．润滑与密封，２０１０，３３（５）：９４９８．［９］张家胜，王敏．磁性衬板在球磨机中的应用［Ｊ］．矿业工程，２００５，—３（２）：３１３２．［１Ｏ３ＳＨＡＮＧＧＵＡＮＢ，ＺＨＡＮＧＹＺ，ＸＩＮＧＪＤ，ｅｔａ１．Ｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｄｗｅａｒｏｆｅｌｅｃｔｒｉｆｉｅｄｃｏｐｐｅｒａｇａｉｎｓｔｃｏｐｐｅｒａｌｌｏｙｕｎｄｅｒｄｒｙｏｒｍｏｉｓｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＴｒｉｂｏｌｏｇｙＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ，２０１０，５３—（６）：９２７９３２．［１１］贾利晓，张永振，李健，等．浸金属碳材料的载流摩擦磨损性能—研究［Ｊ］．材料工程，２００８，（１２）：１１１４，１８．——ＪＩＡＬｉｘｉａｏ，ＺＨＡＮＧＹｏｎｇｚｈｅｎ，ＬＩＪｉａｎ，ｅｔａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｒｉｂｏｌｏｇｙｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｃａｒｂｏｎｓｏａｋｅｄｂｙｍｅｔａｌｗｉｔｈｃｕｒｒｅｎｔ［Ｊ＿．—ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００８，（１２）：１１１４，１８．［１２］ＫＵＭＡＧＡＩＫ，ＳＡＳＡＤＡＴ．Ｗｅａｒｏｆｍｅｔａｌｓｉｎａｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ—［Ｊ］．Ｗｅａｒ，１９９３，１６０（１）：１１９１２３．——［１３３ＭＵＪＵＭＫ，ＲＡＤＨＡＫＲＩｓＨＮＡＡ．Ｗｅａｒｏｆｎｏｎｍａｇｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆａｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ［Ｊ］．Ｗｅａｒ，１９８０，５８—（１）：４９５８．ｒ１４］ＭＡＮＳＯＲＩＭＥｌ，ＺＡＩＤＩＨ，ＫＡＤＩＲＩＥＫ，ｅｔａ１．Ｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉ—ｆｉｃａｔｉｏｎｓｏｆａｎｏｎｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｐｐｅｒ／ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｔｅｅｌＸＣ４８ｃｏｕｐｌｅｉｎｍａｇｎｅｔｉｚｅｄｓｌｉｄｉｎｇｃｏｎｔａｃｔ［Ｊ］．ＳｕｒｆａｃｅａｎｄＣｏａｔｉｎｇｓ——Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９６，８６８７：５１１５１５．［１５］安哲，朱玲，林锋．纳米级超顺磁性Ｆｅ３０超细粒子的制备及表—征［Ｊ］．哈尔滨医科大学学报，２００４，３８（５）：４２４４２５．ＡＮＺｈｅ，ＺＨＵＬｉｎｇ，ＬＩＮＦｅｎｇ．ＳｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｕｈｒａｆｉｎｅＦｅ３Ｏ４ｎａｎ０ｐａｒｔｉｃｌｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＭｅｄｉｃａｌ—Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００４，３８（５）：４２４４２５．基金项目：国家重点联合基金资助项目（Ｕ１０３４００２）；河南省科技厅省院科技合作项目资助（１１２１０６００００３４）———收稿日期：２０１２－０７０２；修订日期：２０１３０２２９作者简介：魏永辉（１９７９一），男，博士，讲师，主要从事磁场环境下的材料干摩擦学研究，联系地址：河南省郑州市二七区大学中路２号郑州航空工—业管理学院机电学院（４５００１５），Ｅｍａｉｌ：ｙａｎｇｇｕａｎｇｙｉｎｇｙｕ＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：张永振（１９６３一），男，教授，博士生导师，主要从事材料摩擦学研究，联系地址：河南省洛阳市洛龙区开元大道２６３号河南科技大学—４７号信箱（４７１０２３），Ｅｍａｉｌ：ｙｚｚｈａｎｇ＠ｍａｉｌ．ｈａｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎＬＩ５一００００Ｉ】ｕｌＪ．丁