摩擦磨损与润滑实验
摩擦磨损实验报告
摩擦磨损实验报告一、引言摩擦磨损实验是工程领域中常见的一种实验方法，通过模拟材料或器件表面的微观接触，研究摩擦过程中的磨损特性和机理。
本实验报告旨在对摩擦磨损实验的目的、原理、实验装置和结果进行全面、详细、完整且深入地探讨。
二、目的本实验的目的是通过设计和进行摩擦磨损实验，探究不同材料在不同工况下的磨损特性及其机理，为工程设计和材料选择提供理论依据。
三、原理摩擦磨损实验的原理基于摩擦学和材料科学的知识。
在实验中，通过施加一定的载荷和运动速度，使两个试样或试样与摩擦片之间发生摩擦接触。
在摩擦接触过程中，表面微观起伏、化学反应和热效应等因素共同作用，导致材料表面的磨损和形貌变化。
摩擦磨损实验可分为干摩擦和润滑摩擦两种情况。
在干摩擦实验中，试样之间没有润滑剂的存在，摩擦过程可能引起大量的磨粒生成和表面热量积累，导致试样表面的磨损。
而润滑摩擦实验则通过添加润滑剂，减少试样间的摩擦热和磨损程度。
四、实验装置进行摩擦磨损实验需要一套实验装置，包括：1.摩擦磨损试验机：用于施加载荷和控制运动速度，一般具有高精度和可控性能。
2.试样和摩擦片：选择不同材料的试样和摩擦片，根据实验需求确定形状、尺寸和表面处理方式。
3.测量仪器：包括摩擦力传感器、位移传感器、温度传感器等，用于实时监测试样的摩擦力、位移和温度等参数。
4.润滑剂：用于润滑摩擦接触表面，减少磨损程度和摩擦热。
五、实验过程本次实验的具体过程如下：1.准备试样和摩擦片：根据实验要求选择不同材料的试样和摩擦片，进行尺寸加工和表面处理。
2.调节实验参数：根据实验设计，设置载荷大小、运动速度和实验时间等参数。
3.安装试样和摩擦片：将试样和摩擦片固定在实验装置上，确保摩擦接触表面平整、清洁。
4.启动实验：运行实验装置，开始施加载荷和控制运动速度，记录实验过程中的数据和现象。
5.停止实验：根据实验时间或实验目标要求，停止实验运行，取下试样和摩擦片进行观察和分析。
6.数据处理：根据实验结果，进行数据处理和曲线拟合，得到摩擦力、位移和温度等参数的变化趋势。
摩擦学性能实验
摩擦磨损实验一、实验目的1、掌握SRV4磨损实验机的操作与使用方法。
2、对比测试四种合金在油润滑条件下的摩擦学性能。
二、实验原理SRV4磨损试验机是一种用途广泛的摩擦、磨损实验机及润滑油、添加剂性能评定装置。
主要用于对材料在室温或高温条件下；有润滑或干摩擦条件下的摩擦磨损性能进行测试。
对润滑介质承载能力、高温摩擦磨损性能进行评定。
图1 SRV4磨损实验机试样安装示意图三、实验器材实验在德国产SRV4型往复磨损实验机上进行，采用球/盘接触模式。
试验所用圆盘的尺寸为Φ24±0.5mm，厚度为5±0.1mm，所用GCr15轴承钢对磨球尺Φ10mm，实验介质为润滑油。
圆盘的材料分别为灰铸铁（HT250），Al-Si-Cu-Fe-Mg合金，表面喷涂Al-Si-Cu-Fe-Mg涂层的45钢和表面喷涂Al-Si-Cu-Fe-Mg涂层并进行300℃热处理的45钢。
四、实验过程与步骤1、试样准备与安装采用无水乙醇对上下试样进行超声波清洗，清洗时间10min，超声功率120W。
使用2400# Akasel金刚石磨盘对待测表面进行机械打磨，再用Al2O3抛光液进行抛光处理，确保样品表面粗糙度Ra低于0.3μm。
实验材料和对磨球均用乙醇超声波清洗干净并烘干备用。
在进行磨损表面检测分析之前，需要再次对磨损试样进行超声清洗，所用水溶液均为去离子水配制。
2、摩擦学实验（1）打开SRV4实验机主机开关与控制计算机，启动OIP Main控制软件，弹出“欢迎”对话框。
选择Meas Start Seq，进入测试模式。
（2）选择Meas Start Seq，进入测试模式。
Step1：根据需要选择实验模式，包括高温测试、往复测试、旋转测试的等。
Step2：点击Next，开始进行参数设置。
（3）选择Meas Start Seq，进入测试模式后，设置试验参数。
包括预加载荷、载荷、温度、频率、行程、采样间隔，摩擦系数保护阈值及反应时间等。
第四章 摩擦磨损试验及测试技术
②铁谱分析法：
分析式铁谱仪的结构原理如 图所示：从运转的摩擦机械 系统的润滑剂中提取一定量 的油样，经过能促进磨损微 粒沉淀的特殊溶剂稀释后， 由低流量泵送到并流过透明 基片。由于基片是装在略微倾斜的斜面上的，磁场力 呈梯度分布，所以微粒就粘附在底片上并接近按大小 分布。基片上的磨粒经去油和固定后，便制成了铁谱 图。
切槽法：切槽法测磨 损与压痕法十分相似, 用回转刀具刻出月牙 形槽，切槽法排除了 弹性变形回复和四周 鼓起的影响。根据几 何关系，切槽宽度和 磨损深度的关系为：
r-刀刃的回转半径；R-试件 的表面曲率半径，平面时 R=∞，凸面用“+”，凹面用“-” **压痕法和切槽法只适用于磨损量不大而表面光滑的试件。 由于这两种方法都要局部破坏试件的表层, 因而不能用于 研究磨损过程中表面层的组织结构的变化。
模拟的摩擦磨损试验系统中最多有四种参数 可以与实际摩擦系统不同：①载荷；②速度；③ 时间；④试样尺寸和形状。而在其他方面，例如 摩擦运动方式、引起磨损的机理、组成摩擦系统 的各要素及其材料性质、摩擦时的温度及摩擦温 升、摩擦系数等模拟的和实际的系统两者必须相 同或相似。
四、摩擦磨损实验机：
1、摩擦磨损试验机分 类 按摩擦副的接触形式和 运动方式分： 点、线、面接触；滑动、 滚动、滚滑、往复运动。
△h=(d2-d1)/m。
**因为压痕过程并非是完全塑性变形, 所以压坑与压头的 形状不完全相同。 考虑弹性变形的影响应将m 数值增大。当锥面角α=136° 时, 根据经验可按以下数值选取:塑性良好的金属例如铅, 选取m=7; 铸铁, 选取m=7.6 ～ 8.2；轴承钢, 选取 m=7.7～8.4。 压痕法产生误差的另一个因素是压坑四周形成鼓起, 使表 面形状变化，并影响摩擦副的配合性质和磨损测量精度。
摩擦磨损试验
实验四摩擦学基础实验（1学时）一.实验目的1•通过实验了解不同材料配副摩擦系数的变化及磨损量的不同。
2.掌握摩擦学实验的基本方法及有关仪器设备的使用方法。
二.实验原理1•概述摩擦表面上的物质，由于表面相对运动而不断损失的现象称磨损。
在一般正常工作状态下，磨损可分三个阶段：（1）.跑合（磨合）阶段：轻微的磨损，跑合是为正常运行创造条件。
（2）.稳定磨损阶段：磨损更轻微，磨损率低而稳定。
（3）•剧烈磨损阶段：磨损速度急剧增长，零件精度丧失，发生噪音和振动，摩擦温度迅速升高，说明零件即将失效。
（如图4.1）S跑合摩擦行程（时间〉图4.1磨损三个阶段的示总图机件磨损是无法避免的。
但是如何缩短跑合期、延长稳定磨损阶段和推迟剧烈磨损的到來，是研究者致力的方向。
伯韦尔（Bunvell）根据磨损机理的不同，把粘着磨损，磨粒磨损、腐蚀磨损和表面疲劳磨损列为磨损的主要类型，而把表面侵蚀，冲蚀等列为次要类型。
这些不同类型的磨损，可以单独发生，相继发生或同时发生（称为复合磨损形式）。
2磨损的检测与评定研究磨损要通过各种摩擦磨损试验设备，检测摩擦过程中的摩擦系数及磨损量（或磨损率）。
摩擦过程中从表面上脱落下来的材料（磨屑），记录了磨损的发展历程，反映了磨损机理，描述了表面磨损的程度。
发生磨损后的表面，同样有着磨损机理、磨损严重程度及其发展过程的记载。
因此研究磨屑和磨损后表面上的信息是研究磨损的重要一环。
2.1摩擦磨损试验机磨损试验的目的在于研究各种因素对摩擦磨损的影响，从而合理地选择配对材料，采用有效措施降低摩擦、磨损，正确设计摩擦副的结构尺寸及冷却设施等等。
摩擦磨损试验大体上可分为实验室试验，模拟试验或台架试验，以及使用试验或全尺寸试验三个层次，各层次试验设备的要求各不相同。
（1）实验室评价设备实验室设备主要用于摩擦磨损的基础研究，研究工作参数（载荷、速度等）对摩擦磨损的影响。
可以得到单一参量变化与摩擦磨损过程之间的关系。
汽车的磨擦、磨损与润滑-
汽车的磨擦、磨损与润滑一、概述摩擦、磨损与润滑是汽车在制定、制造、使用与修理中不可避免而又必需妥善解决的问题。
它是研究各运动部件摩擦副表面摩擦、磨损、润滑这三者互相关系的一门科学与技术。
据有关资料统计，现在世界上有不少能源以各种不同的形式消耗于摩擦损失，依据美国环保局(EPA)测得的典型汽车能量分布状况可知，燃料能量消耗在汽车各种摩擦损失上的比例，活塞摩擦损失占3.0%，发动机其它摩擦损失占4.5%，变速器摩擦损失占1.5%，车轴摩擦损失占1.5%，总计占10.5%，亦即燃料的热能中有10.5%消耗在汽车的各种摩擦损失中。
摩擦不仅消耗能量，而且伴随着磨损的产生。
依据使用和试验统计，汽车零部件的主要失效形式是磨损，磨损型的故障约占50%。
其中，磨损造成的故障在发动机总成故障中占47.2%：在变速器故障中占65.3%：在驱动桥故障中占72.9%……由于磨损型故障而带来的修理费用约占汽车使用费用总数的25%。
由此可见，摩擦带来能量的损失，磨损产生材料的损耗和零部件的失效，而降低摩擦损失、减少磨损、延长车辆使用寿命的重要措施和有效途径就是润滑。
二、润滑的功能每辆汽车都是围绕完成某一功能而由许多互相依赖、互相作用的构件和零件组合而成的一个系统。
汽车在运行中，由于受到外部环境的干扰和内部因素的作用，在功能转换过程中，由于各种矛盾的对抗而产生摩擦和磨损，同时，因摩擦磨损引起系统的功能变化，导致各单元的尺寸发生变化，造成精度下降、功能降低、严重时会引发故障和事故。
由图1可见，在输入变量一定的状况下，假设要提升有用输入，就必需设法降低损耗输出，为此，对汽车用户来说，除正确调整各部间隔和操作外，简单而有效的办法是正确地进行润滑，充分发挥润滑剂的作用，这是降低损耗输出最有效、具体而经济的方法。
润滑的功能、价值和成本间的关系为：价值=功能/成本价值是把润滑剂加入到运动体之间形成一层具有一定强度的油膜，减少机件的磨损，降低能源消耗，确保机件正常运转，提升有用输出。
必修实验八材料的摩擦与磨损实验
必修实验八材料的摩擦与磨损实验一、实验目的1) 熟悉往复式摩擦磨损试验机的结构、实验原理和操作方法。
2) 掌握摩擦系数、磨损量的测定方法。
3) 比较不同材料的摩擦磨损性能，并分析其原因。
二、实验原理摩擦磨损是工业生产中普遍存在的现象，凡是具有相对运动的摩擦副间，必然会伴随有摩擦和磨损现象。
影响材料摩擦与磨损的因素很多，如压力、运动速度、工件表面质量、润滑剂及材料性能等。
所以材料的摩擦磨损特性并不是材料固有的，而是摩擦条件与材料性能的综合特性。
摩擦磨损试验机的种类很多，一般由加力装置、摩擦力测量机构及摩擦副相对运动驱动机构等部分组成。
现以往复式摩擦磨损试验机为例，介绍摩擦磨损试验机的结构及测试原理。
摩擦副由上试样和下试样组成；上试样与下试样间的往复运动由电机带动偏心轮的旋转而实现。
往复运动的振幅可通过偏心距进行调节。
摩擦副间的压力通过砝码加载、并由压力传感器进行测量；而摩擦副间的摩擦力通过拉/压传感器进行测量，如图1所示。
将压力、摩擦力和时间信号输入到计算机中，便可得到摩擦力、摩擦系数随时间的变化曲线，如图2。
经过一定时间(或滑动距离)后，下试样（待测试样）表面将产生具有一定深度的磨痕（图3a）。
利用表面轮廓仪，在垂直于往复运动的方向上测量磨痕的微观形貌（图3b），确定磨痕的深度、截面积，从而与往复运动的振幅相乘得到磨损的体积。
也可进一步由磨损体积求出材料的磨损重量，根据磨损量的大小即可判断材料的耐磨性能。
若在相同的时间(或距离)内磨损量愈大，表明材料的耐磨性能愈差。
反之，则表明耐磨性愈好。
图 1 往复式摩擦磨损试验机的原理图01002003004005006000.00.10.20.30.40.50.6摩擦时间 / s 摩擦系数图 2摩擦系数与时间的变化关系（a ）宏观形貌 （b ）微观形貌图 3 磨痕的宏微观形貌三、实验材料与样品本实验的上试样选用直径Φ8mm 的ZrO 2球或GCr15钢球，试验载荷为10N ，往复运动振幅为10mm ，频率为1Hz ，测试周期为20分钟。
金属材料表面润滑与摩擦减磨研究
金属材料表面润滑与摩擦减磨研究摩擦磨损是金属材料在接触和相对运动过程中不可避免的现象，它会导致材料的失效和寿命缩短。
为了降低摩擦磨损对金属材料的影响，科学家们进行了大量的研究，并提出了各种表面润滑和摩擦减磨的方法。
本文将探讨金属材料表面润滑与摩擦减磨研究的最新进展。
1. 润滑机制的研究润滑是减小金属材料摩擦磨损的重要手段之一。
科学家们通过研究润滑机制，可以了解金属材料在接触和相对运动过程中的摩擦行为并设计相应的润滑材料。
传统的润滑机制主要包括液体润滑、固体润滑和气体润滑。
液体润滑是通过润滑油或润滑脂在金属表面形成液膜，减小金属材料之间的直接接触，从而减小摩擦和磨损。
固体润滑是将固体材料添加在金属表面形成一层均匀的薄膜，如涂层或涂敷纳米颗粒。
气体润滑则是在接触面之间生成气体膜，减小接触面积，降低摩擦力。
近年来，随着纳米科技的发展，基于纳米颗粒的润滑机制逐渐受到关注。
研究人员通过研究纳米颗粒的表面性质和摩擦行为，设计出了一系列具有优异润滑性能的纳米润滑材料。
2. 润滑材料的开发在金属材料表面润滑和摩擦减磨研究中，润滑材料的开发是至关重要的。
科学家们通过改良传统润滑材料，设计新型润滑材料以满足不同工况下的需求。
在液体润滑领域，研究人员通过改良润滑油的添加剂，使其具有更好的抗氧化性、高温稳定性和抗磨损性能。
同时，还有人开发了基于纳米润滑颗粒的液体润滑材料，提高了润滑材料的润滑效能。
在固体润滑方面，研究人员设计了新型的涂层材料，例如石墨烯涂层、钻石涂层等，这些涂层具有良好的抗摩擦和抗磨损性能。
此外，还有学者在金属表面涂敷纳米颗粒，形成纳米晶体润滑材料，有效减小了金属材料的摩擦系数。
3. 表面改性技术除了润滑材料的开发，表面改性技术也是金属材料表面润滑与摩擦减磨研究中的一项重要内容。
通过改变金属表面的结构和性质，可以改善其摩擦和磨损性能。
一种常用的表面改性技术是离子注入。
离子注入可以改变金属表面的化学成分和微观结构，从而提高其硬度和抗摩擦性能。
金属的摩擦磨损实验
金属的摩擦磨损实验
金属的摩擦磨损实验是一种实验方法，用于研究金属材料在摩擦过程中的行为和性能。
该实验的目的是了解金属材料的摩擦系数、磨损率、耐久性以及在不同环境下的性能表现。
在金属的摩擦磨损实验中，通常采用滑动摩擦、滚动摩擦或冲击摩擦等实验条件，并采用各种摩擦磨损试验机进行测试。
根据实验要求，可以选择不同的试验机，如磨损试验机、往复摩擦试验机、滚动摩擦试验机等。
在实验过程中，需要测量金属材料的摩擦系数和磨损率。
摩擦系数是指材料在摩擦过程中所受的摩擦力与压力之比，反映了材料在摩擦过程中的润滑性能和耐磨性。
磨损率则是指材料在摩擦过程中损失的质量或体积与摩擦距离或时间的比值，反映了材料的耐久性和可靠性。
此外，在金属的摩擦磨损实验中，还需要考虑温度、湿度、载荷、速度等实验参数对金属材料性能的影响。
通过调整实验参数，可以研究金属材料在不同环境下的性能表现和变化规律，为材料的优化设计和改进提供依据。
总之，金属的摩擦磨损实验是一种重要的实验方法，可以帮助我们了解金属材料的性能和行为，为材料的优化设计和改进提供依据。
通过该实验，可以评估金属材料的耐磨性、耐久性和可靠性，为机械、汽车、航空航天等领域的工程应用提供技术支持。
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05 实验记录与数据处理
磨痕宽度记录
材料配副
磨痕宽度 （mm）
将下试件磨痕宽度记录在表格中
表3-5 干摩擦条件下两种配副的下试件磨痕宽度
GCr15钢球—45#钢盘 （干摩擦）
GCr15钢球—黄铜盘 （干摩擦）
表3-6 相同配副在两种摩擦状态下的下试件磨痕宽度
摩擦状态
磨痕宽度 （mm）
GCr15钢球—45#钢盘 （干摩擦）
机械设计
这是后处理的摩擦系数随时间变化的曲线。
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机械设计
这是实验结束时的界面，点击“保存数据”可存成数据格式文件， 击“保存曲线”可存成图片格式文件。
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机械设计
摩擦系数测试原理
P=W （N） QL1=FL2 L1=L2 Q=F
f FQ PW
预先确定加载砝码的重力W，再由 测试系统测出传感器受力Q的大小， 进而计算出摩擦系数 f 。
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Natr engineering machinery
摩擦系数数 据文件。
WHY1
WHY2
WHY3
WHY4
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机械设计
绘制摩擦系数随时间变化曲线
根据三种实验条件下得到的摩擦系数数 据，每隔30秒取一点，在同一张坐标纸 上绘制出三条摩擦系数随时间变化曲线， 并在每条曲线上标注实验条件（如配副 材料、摩擦状态、载荷等）。
思考题
123 4
在干摩擦条件 下，哪一种配 副的摩擦系数 小，哪种配副 的磨损量小？ 为什么？
在相同摩擦副 根据磨痕形貌， 条件下，哪种 分析三个实验 摩擦（润滑） 各属于哪种磨 状态下的摩擦 损形式。 系数小，哪种 摩擦（润滑） 状态下的磨损 量小？为什么？
怎样选择配副 材料，可使机 械零件更耐磨。
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机械设计
这是输入实验参数的界面。
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机械设计
机械设计
数据采集系统原理
测试系统的硬件：传感器、信号放大器、数据采集卡、计算 机等。下图为数据测试采集系统框图。
数据采集
信号放大
AD转换
数据存储数 据处理
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机械设计
摩擦磨损实验测试系统软件是实验室自己开发的，这是主界面。
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磨痕宽度测试
使用读数显微镜对磨痕宽度（长度磨损量）进行测试，这是读数显微镜和 目镜视场中所看到的字和刻线。
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机械设计
测量时，转动读数鼓轮手柄，使刻线分别与磨痕两侧相切，读出两次的读数， 相减可得磨痕宽度。
摩擦磨损与润滑实验
实验目的
12
通过实验了解 不同材料配副、 不同摩擦（润 滑）状态时的 摩擦系数与磨 损量的变化；
了解不同材料 配副对摩擦磨 损的影响；
3
学会摩擦学实 验的基本方法， 学会有关仪器 设备的使用方 法。
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03 实验内容（两类）
1.摩擦状态相同、材料配副不同时的 实验，测试摩擦系数，了解材料的减 摩情况；观察下试件磨痕形貌及宽度， 了解材料的耐磨情况。
摩擦状态：干摩擦 摩 擦 副： GCr15钢球-45号钢盘、 GCr15钢球-黄铜盘 2.材料配副相同、摩擦状态不同时的 实验，测试摩擦系数，了解有无润滑 时减摩情况；观察磨痕的形貌及宽度， 了解有无润滑时的耐磨情况。 摩 擦 副： GCr15钢球-45号钢盘 摩擦状态：干摩擦、脂润滑
试件的结构尺寸与材料
尺寸
材料
球的尺寸为Ф11.113mm；
上试件： GCr15钢、 Si3N4陶瓷
圆盘直径为Ф60mm，厚度为8mm。 下试件： 钢 、铸铁 、铜、PTFE等材料
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机械设计
测试摩擦系数
将试件安装在实验机上，加上加载砝码；
开启计算机，打开摩擦磨损实验系统界面，输入实验参数及有关数据；
调整好转速、摩擦半径，并开启实验机和测试系统；
将摩擦系数随时间变化曲线存成图片形式，或存成数据文件形式。
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机械设计
观察表面形貌
将下试件拆下，在显微镜下观察下试件磨痕形貌，并通过二维图像测量软件拍下磨 痕表面形貌照片。
检测磨损量
用读数显微镜测量磨痕的宽度并记录下来。
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06 实验报告要求
实验报告内容
包括文字、曲线和图表等。 实验目的、实验设备及其工作原理、已知条 件、原始数据、实验结果、思考题、实验感 想。
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GCr15钢球—45#钢盘 （脂润滑）
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05 实验记录与数据处理
实验参数与各种图片
实验条件记 载（载荷大 小，实验机 的转速等）；
实验机与上、 下试件照片；
表面形貌照 片与摩擦系 数图片；
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04 实验步骤与方法（三个实验）
实验一：干摩擦条件下配副1的实验 配副材料：GCr15钢球—45#钢盘 (1)清洗试件： 在教师指导下选择试件，清洗干净；所用工 具及物品：工具盘、超声清洗器、吹风机、 丙酮（酒精）、脱脂棉等。
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实验二： 干摩擦条件下配副2的实验
配副材料：GCr15钢球—黄铜盘 实验步骤和方法与实验一相同。
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机械设计
这是二维图像测量软件主界面。
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机械设计
这是通过二维图像测量软件拍摄到的磨痕照片。
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计算机屏幕实时显示摩擦系数的变化曲线，可以直接存储成图片文件格式。
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机械设计
还可以把摩擦系数以数据文件格式输出，便于后处理。
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02 实验设备及原理
实验机
设备的名称是球盘式摩擦磨损 实 验机，其实物照片如图所示
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机械设计
设备的原理图如下图所示，实验机由如下9部分组成
1.带传动 2.电动机 3.托盘 4.下试件 5.上试件 6.夹头 7.砝码 8.摆杆 9.压力传感器
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机械设计
设备的技术指标与参数
实验机参数： 转速范围：n=100-500(r/min)； 最大载荷：Wmax =10N；
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