第十五届全国摩擦学大会暨全国青年摩擦学学术会议

在深井、超深井钻探工程中，随着钻井深度的增加，井底的高温对钻具的影响越来越成为无法忽视的问题。橡胶旋转动密封作为井下工具的关键易损零部件，用于将井底磨粒环境隔绝在内部环境之外，其可靠性决定了整机的使用性能甚至是工作寿命。然而，由于长期工作在高温的磨粒环境中，橡胶密封会快速失效，使用寿命甚至只有数十小时。为探究高温磨粒环境对氟橡胶密封圈摩擦磨损性能的影响，本研究测试了高温老化氟橡胶的机械性能，并对其进行二体与三体磨损测试，通过扫描光学显微镜与电子显微镜分析磨损表面形貌，讨论了磨粒在摩擦界面的运动机制与摩擦磨损机制。结果表明：高温老化降低了氟橡胶的断裂强度与撕裂强度；二体摩擦磨损的损伤机制主要为舌状物的生长，机械性能的降低阻碍了磨损舌的发育，因此磨损程度降低；而在三体磨粒磨损过程中，机械性能的降低导致橡胶表面容易被磨粒刺入，微小的表面缺陷更容易演化为严重的磨损，因此的损伤程度显著提高。此外，还发现橡胶的高温老化会改变磨粒在接触面的运动形式，并加剧了硬对摩件的表面损伤。