一种实现水润滑配副超低摩擦的磨合方法技术

本发明专利技术公开了一种实现水润滑配副超低摩擦的磨合方法，具体步骤为：(1)根据零部件的实际运行工况，设定相同载荷和速度进行初始预磨合，在水润滑条件下磨合300秒；然后卸载停机动静件分离，排除摩擦界面间在预磨合阶段产生的磨粒；(2)继续在实际运行工况条件磨合300秒；然后在2‑3倍实际工况载荷条件下，过载磨合600秒；最后继续增大载荷，达到实际工况载荷的4‑5倍，继续过载磨合600秒；3)卸载停机，超声清洗试样表面，并清洗腔室，更换新水，完全排除磨损颗粒的影响；本发明专利技术不同于传统轻载磨合方法，大大缩短了磨合周期，明显提高零部件使用工作效率，并且能够实现水润滑配副摩擦系数小于0.01的超低摩擦状态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种实现水润滑配副超低摩擦的磨合方法，不同于传统摩擦学理论建议轻载下的磨合方法，本专利技术采用过载磨合方法大大缩短了磨合周期，并且磨合过后界面间实现了摩擦系数小于0.01的超低摩擦状态。
技术介绍
水安全无污染、来源广泛、比热大是人类希望取代传统润滑油的最佳润滑介质，能够有效缓解能源资源危机以及环境污染的压力，符合可持续发展的战略要求，目前在核电、船舶等重要领域得到了广泛应用，以水润滑轴承和密封等关键零部件最具代表性。然而，水的低粘度大大降低了润滑区的成膜能力恶化了界面摩擦磨损行为，成为当前制约水润滑技术发展的瓶颈。促使出现了多种改善技术和方法：表面织构/微形貌等改形技术、辐照强化/亲疏水等表面改性处理、添加特殊溶液/颗粒等水基润滑剂合成等，并得到了成功应用；但受到了经济成本、制造难易程度以及实际工作环境等因素的制约，大大限制了应用范围。因此，提出一种简单有效的改善界面摩擦学性能的方法就成为了推广水润滑技术应用的重中之重。磨合过程是摩擦副运行初期必经的磨损阶段，决定了稳定磨损阶段的工作状态。实践证明，良好的磨合可以有效提高摩擦副的正常工作寿命和可靠性。传统摩擦学理论认为，摩擦副运行初期载荷不可过大，否则将严重损伤表面，造成早期磨损失效，合理的磨合应该是逐步加载和加速，并要求磨合最后阶段条件要接近使用工况。目前所形成的磨合方法、工艺基本都是基于这一理论认识，对改善干摩擦以及油润滑条件下的界面行为起到了重要作用。虽然关于磨合过程的研究已有近80年的历程，但是摩擦副在磨合过程的摩擦磨损机理至今仍不明确，因此传统理论的认识应当比较保守，并没有充分发掘出磨合摩擦阶段的重要价值。另外，由于水介质的特殊物化作用，对于水润滑技术的应用仅有30年的历程，因此关于水润滑摩擦副磨合过程的探索和研究就更落后；通过控制磨合过程实现水润滑配副摩擦系数小于0.01的超低摩擦，目前更没有公开发表的相关专利技术专利，如果能够实现，对解决水润滑界面磨损的瓶颈具有重要的现实意义。
技术实现思路
为了充分利用磨合摩擦阶段的重要价值，打破传动摩擦学的认知范围，本专利技术的目的在于提供一种实现水润滑配副超低摩擦的磨合方法，实现摩擦副在水润滑条件下摩擦系数小于0.01的超低摩擦状态。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种实现水润滑配副超低摩擦的磨合方法，为三步磨合法，包括运行工况下的预磨合、重载下的加速磨合以及清洗更换新水，总的磨合周期为1800秒，具体步骤为：步骤1：快速预磨合：根据零部件的实际运行工况，设定相同载荷和速度进行初始预磨合，在水润滑条件下磨合300秒，使得界面达到适应实际运行工况的初期匹配；然后，卸载停机动静件分离，排除摩擦界面间在预磨合阶段产生的磨粒，该步骤无需清洗试样更换新水；步骤2：加速磨合：继续在实际运行工况条件磨合300秒，在界面适应该工况的基础上，通过逐步增加载荷的方式实现材料的快速去除；然后，在2-3倍实际工况载荷条件下，根据摩擦副材料的抗压强度确定具体倍数，过载磨合600秒；最后，继续增大载荷，达到实际工况载荷的4-5倍，继续过载磨合600秒，以快速达到界面间形貌和形状的匹配；步骤3：清洗、更换新水：卸载停机，清洗试样表面，根据试样尺寸尽量采取超声清洗，排掉腔室内的旧水，更换新水，并清洗腔室，完全排除磨损颗粒的影响。本专利技术不同于传统磨合方法或工艺，在过载工况下磨合，大大缩短了磨合周期，提高了零部件的整体使用效率，并且能够有效改善水润滑界面的摩擦润滑性能，能够实现水润滑配副摩擦系数小于0.01的超低摩擦状态，因此本专利技术具有实质性特点和显著进步。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术做进一步详细说明。内径38mm，外径54mm的硬质合金机械密封环，配对材料为内径41.5，外径50.5的石墨机械密封环，针对100N，200r/min运行工况阐述三步磨合步骤，为了能够测试多个物理参数，便于对该磨合方法的理解，实验在PLINT标准摩擦磨损试验机开展，具体步骤如下：(1)快速预磨合：在100N，200r/min实际运行工况下，磨合300秒，目的使得界面达到适应该工况的初期匹配，然后卸载停机动静环分离，排除摩擦界面间在预磨合阶段生成的磨粒；(2)加速磨合：在转速200r/min条件下运行1500秒，分别为100N载荷下运行300秒，300N载荷下行600秒以及500N载荷下运行600秒，目的是通过逐渐增加载荷的方式实现材料的快速去除，以快速达到界面间形貌和形状的匹配；(3)清洗、更换新水：卸载停机，清洗试样表面，根据试样尺寸尽量采取超声清洗，排掉腔室内的旧水，并清洗腔室，更换新水，完全排除磨损颗粒的影响；(4)实际工况运行：上述磨合结束后，在100N，200r/min实际工况下运行2小时，通过标准试验机测得摩擦系数低至0.003并基本保持稳定，对石墨、硬质合金件进行严格烘干，通过称重发现摩擦前后质量基本保持不变，说明摩擦副界面被水膜隔开，处于弹性流体动压润滑状态；(5)表面检测：利用三坐标测量仪测试表面宏观波纹度，发现通告该三步磨合过后，表面波纹度明显减小，并且两表面波纹分布一致重合度较高，而其他磨合方式重合度较差，同时所有磨合方式表面微观形貌并没有表现出特殊规律。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现水润滑配副超低摩擦的磨合方法，其特征在于：为三步磨合法，包括运行工况下的预磨合、重载下的加速磨合以及清洗更换新水，总的磨合周期为1800秒，具体步骤如下：步骤1：快速预磨合：根据零部件的实际运行工况，设定相同载荷和速度进行初始预磨合，在水润滑条件下磨合300秒，使得界面达到适应实际运行工况的初期匹配；然后，卸载停机动静件分离，排除摩擦界面间在预磨合阶段产生的磨粒，该步骤无需清洗试样更换新水；步骤2：加速磨合：继续在实际运行工况条件磨合300秒，在界面适应该工况的基础上，通过逐步增加载荷的方式实现材料的快速去除；然后，在2‑3倍实际工况载荷条件下，根据摩擦副材料的抗压强度确定具体倍数，过载磨合600秒；最后，继续增大载荷，达到实际工况载荷的4‑5倍，继续过载磨合600秒，以快速达到界面间形貌和形状的匹配；步骤3：清洗、更换新水：卸载停机，清洗试样表面，根据试样尺寸尽量采取超声清洗，排掉腔室内的旧水，并清洗腔室，更换新水，完全排除磨损颗粒的影响。

【技术特征摘要】
1.一种实现水润滑配副超低摩擦的磨合方法，其特征在于：为三步磨合法，包括运行工况下的预磨合、重载下的加速磨合以及清洗更换新水，总的磨合周期为1800秒，具体步骤如下：步骤1：快速预磨合：根据零部件的实际运行工况，设定相同载荷和速度进行初始预磨合，在水润滑条件下磨合300秒，使得界面达到适应实际运行工况的初期匹配；然后，卸载停机动静件分离，排除摩擦界面间在预磨合阶段产生的磨粒，该步骤无需清洗试样更换新水；步骤2：加速磨合：继续在实...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭飞，田煜，李永健，刘莹，王玉明，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11