利用铝＋氮或钛＋氮离子束辅助沉积改善纯铁摩擦学性能的研究

离子束辅助沉积是近几年发展起来的一种将离子注入与薄膜沉积融为一体的材料表面改性新技术。利用Ａｌ＋Ｎ＋或Ｔｉ＋Ｎ＋离子束辅助沉积对工业纯铁进行了表面改性处理，并且就其摩擦学性能与未经表面改性处理之纯铁试样的作了对比试验研究，同时还利用俄歇电子能谱仪、掠角Ｘ射线衍射仪和扫描电子显微镜等分析测试手段对离子束改性层的成分深度分布和微观组织结构，以及磨痕的表面形貌和元素面分布进行了分析。结果表明，Ａｌ＋Ｎ＋或Ｔｉ＋Ｎ＋离子束辅助沉积可以在纯铁表面形成Ｆｅ４Ｎ、Ｆｅ３Ａｌ或Ｆｅ２Ｎ、Ｆｅ２Ｔｉ等强化相，因而使材料的表层显微硬度分别提高了２１．５％和５８．４％，稳态摩擦下的摩擦系数分别降低约８０％和８３％，平均磨损量分别降低约７１％和８６％；磨损形式主要由纯铁严重的粘着磨损转化为轻微的氧化磨损。     

离子束表面改性及其在摩擦学中的应用

本文对离子束表面改性的各种方法和技术水平及其在摩擦学中的应用进行了综述,讨论了为使这种技术更加广泛地应用于实际摩擦学体系还必须研究的一些问题。大量文献资料表明,离子注入是改善材料摩擦学性能的一种有效方法。离子束辅助涂层是新近发展起来的一种离子束表面改性技术,包括离子束增强沉积或离子束辅助沉积、离子束混合和离子束反冲注入。利用它可以制得0.05到几个微米厚的涂层。由于界面的相互扩散混合,离子束辅助涂层能更强地与底材结合,并且常比物理或化学气相沉积的涂层更密实。作者认为,离子束技术今后将在两个相关领域中发展,即直接的离子注入和离子辅助涂层,并且指出离子补助涂层技术将拓宽离子束技术在摩擦学中的应用范围。     

混合层强化混合的数值研究

受 Ｗａｎｇ ＆ Ｆｉｅｄｌｅｒ（１９９７）的实验的启发，采用高阶精度的差分格式，通过数值模拟的方法，研究了二维混合层及限于两平板间的二维混合层（二维受限混合层）入口处加振动对提高混合层混合效率的作用．计算结果表明：对二维混合层，振动的频率越低，在混合层中产生的大尺度涡结构的尺度越大，在频率很低时，涡具有相似性；对限于两平板间的二维混合层，在一定的振动频率下，混合层中产生的涡较大而且破碎得也较好，这将有利于混合．这一结论与 Ｗａｎｇ ＆ Ｆｉｅｄｌｅｒ（１９９７）的实验观测到的结果是一致的．     

带展向曲率的超音速混合层中扰动演化的研究

超音速混合层的流动不稳定性较之亚音速或不可压的混合层大大减弱，为了提高混合效率， 通过数值模拟的方法分别研究了展向曲率、展向速度、来流马赫数等因素对混合效率所 起的作用. 计算结果表明：在给定展向速度的情况下，带有展向曲率的三维混合层，曲率越 大三维扰动增长率越大，而且法向的卷起范围也越大. 当展向曲率不为零时，展向速度的增 大也能有效地增强混合能力. 由流场中的高频扰动波产生的涡，在向下游发展过程中会有破 碎、拉伸，低频扰动波没有发现这一现象. 对于有展向曲率和展向速度的混合层，提高来流 马赫数时，流场中最不稳定扰动的增长率仍很大. 因此，这是一种提高混合层混合效率的新 途径.     

超音速混合层稳定性分析及增强混合的研究

利用流动稳定性提高超音速混合层的混合效率,对于提高超音速流的高效混合是一个有效途径。研究结果表明,有展向曲率的三维混合层中,三维扰动的增长率很大,且法向的掺混能力也较强,可以有效地增强混合。对于高马赫数来流的超音速混合层,这一特性依然存在,这将有利于提高高超音速混合层的混合能力。     

低对流马赫数平面混合层的声波产生机理

为了详细揭示低对流马赫数下平面混合层的声波产生机理,基于高精度混合格式,对空间发展的平面混合层的流场结构及其声场特性进行了直接模拟.数值结果描述了对流马赫数为0.4时混合层失稳产生的涡串以及涡发展过程中所存在的各种声源,其中包括常规的单涡四极子声源、双涡以及多涡合并过程产生的四极子声源,另外,还发现因K-H不稳定引起混合层振动而产生的偶极子声源,声波以平面波的形式向周围传播.     

可压缩混合层流动近十年研究进展

从稳定性分析、实验研究和数值模拟3个方面回顾了过去近10年间关于可压缩混合层流动的研究.这些工作研究了可压缩性对混合层其它性质的影响,这些性质包括混合层增长率、不稳定模式、流场结构、平均速度和脉动速度、以及标志物的混合等.3种研究方法相互补充, 共同提供了认识可压缩混合层流动机制的大量信息.这些研究是湍流机理研究的重要组成部分,也是混合层流动在应用技术领域成功应用的前提.      

超声速平面混合层小激波的形成与演变

为了揭示超声速混合层中小激波形成机理及其与涡相互作用的演变过程,本文基于大涡模拟（LES）方法,结合五阶精度混合TCD／WENO格式,对超声速平面混合层在对流马赫数为Mc=0．65条件下的流场结构进行了数值模拟,数值结果详细描述了超声速混合层中小激波的形成过程。研究了小激波形成后,随涡运动而产生的变形、脱落及发展过程。同时,对混合层双涡合并过程中,小激波与相邻涡相互作用所产生的变形与演变过程进行了讨论。     

超声速混合层中扰动增强混合实验

以基于纳米技术的平面激光散射(nano-based planar laser scattering, NPLS)流动显示技术定性研究了隔板扰动对超声速混合层($Mc=0.5$)的混合增强效果. 首先通过系列实验优化设计了扰动参数. 实验结果表明,超声速混合层对于从隔板引入的扰动非常敏感. 二维扰动的混合强化机制是提前混合层失稳位置,增厚混合层;而三维扰动的混合强化机制主要是通过诱导流向涡和展向运动,促进流动三维性质的发展. 总体而言,三维扰动的混合强化效果优于二维扰动. 由于是超声速混合层,隔板上的扰动片虽然很薄,但同样会引起激波的产生,是该方法中总压损失的主要原因.      

现代分析测试方法在有机摩擦材料研究中的应用

本文中总结了热重分析仪(TGA)、动态力学分析仪(DMA)、红外(FTIR)及拉曼(Raman)光谱、核磁共振波谱仪(NMR)、偏光显微镜(PLM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、聚焦离子束显微镜(FIB)等现代分析测试方法在有机摩擦材料的热性能分析、原材料结构与成分鉴定、微观形貌观察、摩擦化学反应和制动过程释放物分析等方面的应用,希望为高性能摩擦材料的研究者提供分析表征测试方法和研究思路.     

激光织构化TiN薄膜的干摩擦性能研究

采用固体Nd:YAG激光器对离子镀TiN薄膜进行织构化处理,表征了薄膜的结构、形貌及凹坑织构参数.通过UMT-2往复式球-盘摩擦磨损试验机评价了织构化薄膜的摩擦磨损特性,研究了织构形貌对TiN薄膜干摩擦条件下摩擦磨损性能的影响.研究结果表明:与未织构化的TiN薄膜相比,织构化TiN薄膜的平均摩擦系数降低,并且磨损率明显减小,这说明织构化TiN薄膜具有更好的耐磨损性能.摩擦过程中,凹坑织构既捕获了磨屑,又有利于摩擦过程中阶跃运动的发生,易于将磨屑带出磨痕,从而降低了摩擦磨损.     

钝化处理1Cr18Ni9Ti不锈钢在H2O2 水溶液中的摩擦学性能初探

为研究1Cr18Ni9Ti不锈钢钝化膜在H2O2水溶液中的摩擦学性能,对1Cr18Ni9Ti不锈钢表面进行了酸洗钝化处理,利用CS300电化学测试系统和XPS对不锈钢表面钝化膜的电化学行为、元素组成和化学状态进行了分析;用SST销-盘式摩擦磨损试验机研究了1Cr18Ni9Ti不锈钢盘与GCr15钢球摩擦副在不同浓度H2O2水溶液中配副时的摩擦学性能;用TR240形貌轮廓仪和扫描电子显微镜(SEM)观察分析了盘试样磨损处的轮廓形貌、磨痕面积和微区结构.结果表明,1Cr18Ni9Ti不锈钢经钝化工艺处理后,耐腐蚀性能显著提高,且表面形成一层富氧、富铬、贫铁的钝化膜,其主要成分是Cr2O3;钝化后的1Cr18Ni9Ti不锈钢在过氧化氢溶液中的摩擦系数较钝化前均出现不同程度的降低,耐磨性提高;钝化或未钝化的1Cr18Ni9Ti不锈钢在过氧化氢溶液中的磨损机理均表现为黏着磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损,但在90%H2O2水溶液中,盘磨损表面的黏着作用明显减轻.     

泡沫铝夹芯梁四点弯曲性能试验研究

通过准静态四点弯曲试验对泡沫铝夹芯梁的弯曲力学性能进行了测试,研究了它的破坏过程、破坏形态和典型荷载-位移曲线,分析了芯层厚度和面层厚度等参数对其弯曲力学性能的影响。结果表明,泡沫铝夹芯梁四点弯曲破坏过程历经三个阶段,呈现三种失效模式:整体弯曲破坏、局部屈曲破坏以及整体屈曲破坏;芯层厚度和面层厚度对夹芯梁的弯曲承载力和吸能效果有明显影响;在本试验参数范围内,芯层厚度为25mm,面层厚度为0.4mm时,夹芯梁具有最优弯曲力学性能。     

Material surface treatment using microsecond plasma opening switch

This paper is concerned with the surface treatment of steels by a high power ion beam generated in microsecond plasma opening switch (MPOS). Investigated are modified surface properties of stainless steel, carbon steel, and pure iron whereby the optimal regimes for irradiation were defined. An increase in microhardness up to 1.5–2 times was obtained. The numerical calculations and theoretical estimates of the ion beam-matter interaction were also made.     

载荷及位移幅值对DLC薄膜微动磨损行为的影响

为了提高TC4钛合金表面的抗微动磨损性能,在本文中采用非平衡磁控溅技术(Unbalanced Magnetron Sputtering)在TC4钛合金表面沉积了类金刚石(DLC)薄膜. 采用球/平面接触形式研究了DLC薄膜的微动摩擦磨损行为. 在不同法向载荷和位移幅值下,结合微动运行工况图研究了DLC薄膜滑移状态和损伤机理. 利用原子力显微镜、纳米压痕仪、激光拉曼光谱仪、激光共聚焦显微镜、场发射扫描电子显微镜和SRV-V微动摩擦磨损试验机等设备对DLC薄膜进行性能的表征和微动摩擦磨损性能测试. 通过微动图,摩擦耗散能,磨痕形貌、化学成分分析揭示其损伤机理. 结果表明:载荷和位移幅值对DLC薄膜微动摩擦磨损行为和损伤机理有显著影响. 当位移幅值为25 μm 时,微动运行于混合滑移(mixed slip regime,MSR)情形下,当位移幅值为100 μm时,微动运行于完全滑移(gross slip regime,GSR)情形下. 小位移幅值时,DLC薄膜磨损机理是磨粒磨损为主;大位移幅值时,DLC薄膜磨损机理是黏着磨损为主. 干摩擦条件下,DLC薄膜有良好的抗微动磨损性能,关键就在于其优异力学性能和自润滑特性.      

Modelling of liquid-liquid metal mixing

Mathematical and physical modelling have been used interactively to predict the behaviour of two liquid metals mixing in the nosetip of a Roll-casting machine. Attention has been given to the transient development of density driven backflows due to incomplete mixing and forward transport of fluid. The results are compared with temperature and composition data obtained from metallurgical trials.Mixing reactions which may involve a simultaneous phase change (partial solidification) are also discussed in relation to the local mixing conditions.     

机械密封织构化表面粗糙度效应的有限元模型与摩擦学特性分析

为研究粗糙度效应对机械密封织构化端面承载能力、摩擦学特性以及密封性能的影响，基于有限元法建立了机械密封的混合润滑模型，针对确定性非高斯随机分布粗糙表面，考虑润滑液膜的宏微观空化作用和粗糙峰的接触，研究了圆孔型织构化机械密封的摩擦学性能和密封性能. 结果表明:平衡状态下处于全膜润滑区间的非高斯型粗糙织构表面，在研究范围内均方根值越大的表面其减摩效果越好，且泄漏率越大，从混合润滑区到全膜润滑区转变的速度也随之增大；非高斯表面的偏态值和峰态值对密封表面的承载能力，润滑性能以及密封性能有影响，但无明显规律；在混合润滑区，圆孔织构具有增摩效果，而在全膜润滑区表现出减摩效果.      

DEM simulation of influence of parameters on energy and degree of mixing

Powder mixing is being modeled using a simulation based on Newtonian mechanics. Variables under consideration include particle friction and the amplitude, frequency, and direction of shaking. Trajectories for each particle were recorded, and a mixing degree was calculated for each simulation, for which the average energy transferred into the powder system was recorded and compared to the resulting mixing degree. Mixing of particles originally located near the bottom was studied separately, as was the mixing of particles near the surface. This study shows that choosing the proper mixing parameters not only enhances the final result of mixing, but also yields good results with less strain on the material mixed and on the mixing device.     

Analysis of liquid circulation and mixing in a partitioned electrolytic tank

The performance of an electrochemical process depends critically on the mobility of the reacting species or ions towards the electrode surface. In this work, a partitioned electrolytic cell is studied. Here the fluid flow is induced by gases which evolve at the electrode surface. The liquid circulation induced by the rising bubbles is primarily responsible for mixing. In this study, the liquid circulation in a cell where an alkaline solution of water is electrolyzed using different Nickel designs of electrodes is investigated using PIV. For each electrode, the optimum operating conditions such as voltage and concentration of electrolyte which resulted in good mixing are found. The flow-field is quantified by calculating time averaged velocity profiles along the horizontal line and by analyzing the temporal variation of liquid velocity at a point. It is found that there are differences in the circulation and hence vorticity in the two compartments, anode and cathode. The effect of gas evolution on mixing between the two chambers is studied by taking uric acid in the cathode half and NaOH in the anode half. The flow induced by the evolved gas bubbles leads to convective mixing in the two chambers. The mixing time is calculated by measuring the variation of current with time under potentiostatic conditions. This is verified by measuring the pH in anode and cathode compartments during the electrolysis.