多功能室温液态金属在不同摩擦副条件下的润滑性能研究

室温液态金属是一类物理化学行为非常独特的新型功能物质,其诸多性能和用途尚未可知.本论文中初步探索了Ga_(75.5)In_(24.5)和Ga_(65)In_(22)Sn_(13)两种液态金属润滑特性与摩擦配副选材间的关系.结果表明:镓基液态金属在钢及陶瓷表面的润湿性能不佳,接触角大于120°.采用AISI 52100钢和陶瓷配副时,镓基液态金属表现出良好的润滑特性和极佳的承压能力;采用AISI 52100钢自配副时,镓基液态金属的减摩效应不明显,但能较大幅度降低材料的磨损率;采用陶瓷-陶瓷配副时,镓基液态金属几乎没有润滑作用.镓基液态金属润滑特性差异与其在材料表面的摩擦化学反应有关.     

应力和组分占比对马氏体-铁素体双相钢中磁巴克豪森噪声的影响

磁巴克豪森噪声(MBN)技术在马氏体-铁素体双相钢的微观结构及应力无损评价与表征中具有巨大潜力.为探究拉应力和铁素体占比对磁巴克豪森噪声的影响规律及权重,在0?200MPa范围内实验测得了具有不同铁素体占比的双相钢MBN信号.重点分析了MBN蝶形曲线双峰峰值(分别代表马氏体和铁素体)在应力和铁素体占比两因素耦合条件下的...     

两种碳含量Q-P马氏体钢冲击磨损行为研究

高强韧、低成本淬火-分配(Q-P)马氏体钢有望成为新一代抗冲击磨料磨损材料.碳元素是影响Q-P马氏体钢强度和韧性的重要合金元素,但其对Q-P马氏体钢抗冲击磨料磨损性能的影响仍不清楚.本文中对比研究了碳质量分数为0.3%和0.4%两种Q-P马氏体钢的冲击磨料磨损行为.研究表明,冲击磨料磨损过程中,磨痕亚表层形变层内发生板条组织纳米化、残余奥氏体向马氏体转变等行为,这导致疲劳裂纹形变层/基体层界面萌生.当碳质量分数由0.3%增加至0.4%时,碳化物从Q-P马氏体钢基体中析出,这加剧疲劳裂纹的萌生及扩展,最终导致Q-P马氏体钢的抗冲击磨料磨损性能降低约7%.     

多烷基环戊烷制备复合磺酸钙基润滑脂及其摩擦学性能研究

以多烷基环戊烷(MACs)为基础油制备了复合磺酸钙基润滑脂,研究了液态高分子量酚类抗氧剂(L135)、苯三唑衍生物(T551)和噻二唑类衍生物(T561)对复合磺酸钙基润滑脂性能的影响,采用热重分析(TGA)仪评价了润滑脂的热稳定性;利用往复摩擦磨损试验机(MFT-R4000)分析了L135、T551和T561在钢/钢摩擦副下对复合磺酸钙基润滑脂摩擦磨损性能的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对磨损表面进行了分析.结果表明:以MACs为基础油制备的复合磺酸钙脂具有优良的热稳定性能;同时MACs复合磺酸钙脂与3种添加剂具有良好的相容性能,表现在MACs复合磺酸钙脂具有更好的减摩抗磨性能,其原因归结为MACs在摩擦副表面形成较为牢固的物理吸附膜和含S、N和Fe等生成的化学反应膜.     

环烷酸铋与金属减活剂在润滑脂中的协同作用研究

本研究中选择三种金属减活剂：苯并三氮唑类金属减活剂(T551)和噻二唑类金属减活剂(DMTD-8和DMTD-12)，分别与环烷酸铋进行复配，利用铜腐、滴点和锥入度等方法考察复配添加剂对复合锂基脂基本理化性能的影响规律；然后通过摩擦学试验和表面分析等方法深入研究分析复配的添加剂间协同/对抗作用、对复合锂基脂承载能力及减摩抗磨性能的影响规律与作用机理.结果表明，环烷酸铋和三种金属减活剂的复配添加剂对复合锂基脂的基本理化性能影响较小，三种金属减活剂能够有效抑制环烷酸铋对铜片的腐蚀；环烷酸铋与苯并三氮唑类金属减活剂在极压性能和减摩抗磨性能上几乎没有协同作用，而与噻二唑类金属减活剂的协同作用明显，能够显著提升基础脂的承载能力和减摩抗磨性能，这种优异的协同效果归结于摩擦过程中生成的Fe2O3、Li2O、FeS2和Bi2S3等摩擦化学产物.     

低碳贝氏体微观组织形态对冲蚀磨损性能的影响

通过热处理改变低碳贝氏体钢中的奥氏体及其转变物(下称M/A)分布形态,调整钢响应载荷时的微观应力集中位置,并用弹塑性力学理论揭示了贝氏体钢较高的抗冲蚀磨损性能的力学机理.对比研究了相同化学成分贝氏体、珠光体和马氏体的冲蚀磨损性能,发现珠光体和马氏体因强度、韧塑性无法达到最佳匹配,其抗冲蚀磨损性能均不如贝氏体.在贝氏体钢中,粒状M/A贝氏体的应力集中位置使得冲蚀裂纹显著地向试样心部扩展,降低了抗冲蚀磨损能力.薄膜状M/A贝氏体的应力集中位置不利于表面裂纹向试样心部生长,实现了较高的抗冲蚀磨损性能.     

硼共晶层的磨料磨损特性

通过磨料磨损试验和磨损表面形貌分析,对65Mn钢表面硼共晶层的磨料磨损特性其及磨损机理进行了研究。 研究表明,硼共晶组织经淬火后,具有优良的抗磨料磨损性能。其主要磨损机理是磨料对马氏体的犁沟作用和显微切削作用,以及Fe_2B[Fe_3(C、B)]的脆断和剥落。两者互相制约又互相促进,导致硼共晶层的失效。     

Bi对A390过共晶高硅铝合金摩擦磨损特性的影响

采用自行改制的MM-200型摩擦磨损试验机研究了Bi对A390过共晶高硅铝合金摩擦磨损性能的影响规律.结果表明,由于Bi的熔点只有270 ℃,在摩擦过程中容易熔化渗出,并在磨损表面形成铋润滑膜而起到自润滑作用,从而降低合金的摩擦系数,改善其摩擦性能的稳定性,使合金的磨损量及摩擦表面温度降低.当Bi含量为2%～3%时,合金的减摩耐磨性能最佳,其摩擦系数为0.386,磨损量为22.5 mg.     

工程磁流体力学

磁流体力学研究的是导电流体与电磁场的相互作用问题。这里说的导电流体大致可分为两类,即导电液体与导电气体。导电液体包括:水银、融化的金属(如:锂、钾、钠、钢、铁、铝、镁、铅、铋以及各种合金等)和海水。导电气体主要是指电离气体。在正常状态,气体分子或原子是不导电的。原子中的电子受着原子核的库伦力的束缚。使电子脱离原子核的束缚需要一定的能量,我们称之      

倾斜非均匀磁场下导电方管磁流体管流的数值模拟研究

热核聚变反应堆液态金属包层应用中的一个重要问题是液态金属在导电管中流动和强磁场相互作用产生的额外的磁流体动力学压降.这种磁流体动力学压降远远大于普通水力学压降.美国阿贡国家实验室ALEX研究小组,对非均匀磁场下导电管中液态金属磁流体动力学效应进行了实验研究,其实验结果成为液态金属包层数值验证的标准模型之一.液态金属包层在应用中会受到不同方向的磁场作用,本文以ALEX的非均匀磁场下导电方管中液态金属管流实验中的一组参数为基础,保持哈特曼数、雷诺数和壁面电导率不变,采用三维直接数值模拟的方法,研究了外加磁场与侧壁之间的倾角对导电方管内液态金属流动的速度、电流和压降分布的影响.研究结果表明:沿流向相同横截面上的速度、电流以及压力分布均随磁场的倾斜而同向旋转.倾斜磁场均匀段,横截面上的高速区位于平行磁场方向的哈特曼层和平行层交叉位置,压力梯度随磁场倾角的增大先增大后减小.倾斜磁场递减段,在三维磁流体动力学效应作用下,横截面上的高速射流位置向垂直磁场方向偏移.磁场递减段的三维磁流体动力学压降随磁场倾角的增大而增大.随磁场倾斜,截面上的射流峰值逐渐减小,二次流增强,引发层流向湍流的转捩.      

M80S20喷涂层,喷熔层及激光涂敷层的显微组织和耐磨性之研究

本文采用(Fe,Cr,Ni,W,Mo)_(80)(B,Si,C)_(20)铁基非晶自熔合金粉末对20钢材进行了热喷涂、喷熔和激光涂敷等表面处理,研究了这3种涂层的显微组织、成分及硬度分布和耐磨性。作者指出,喷涂层由于层内有一定数量高硬度的合金非晶质点存在,其耐磨性是钢基体的4.9倍;喷熔层内合金晶化产生的晶粒细小,合金元素能起固溶强化作用,也能生成化合物产生弥散硬化作用,故此耐磨性是钢基体的6.3倍;激光涂敷层除所含合金元素产生的固溶强化和弥散硬化作用外,表层组织为高硬度的枝晶+共晶和马氏体,故其耐磨性是钢基体的8.8倍。     

Hf基非晶合金夹芯结构长杆弹的侵彻行为

为研究Hf基非晶合金的变形行为及高速侵彻性能,分别开展了Hf基非晶合金材料静动态力学性能和Hf基非晶合金夹芯结构长杆弹高速侵彻45钢靶体试验研究,并与45钢夹芯长杆弹侵彻结果进行对比。研究发现:Hf基非晶合金具有较高的断裂强度,断裂时伴随有能量释放现象;Hf基非晶合金夹芯长杆弹侵彻钢靶过程可分为3个阶段:开坑、夹芯结构侵彻和剩余弹体侵彻。Hf非晶合金在侵彻过程中发生了明显的释能反应,显著地增强了弹体毁伤效应,扩大了侵彻弹孔直径,增加了弹体侵彻深度和弹孔体积。在高速冲击下,Hf基非晶合金夹芯长杆弹表现出优异的侵彻性能,可以为非晶合金材料在高效毁伤领域的应用提供新思路。     

Ni含量对Ni-Mn-Ga高温形状记忆合金相转变及力学性能影响

研究了Ni_(54+x)Mn_(25)Ga_(21-x)(x=0～4)高温形状记忆合金体系中,Ni元素含量对微观结构、马氏体相变特性及准静态压缩强度、塑性与不同预应变条件下记忆特性的影响。研究发现,当Ni含量较低时,合金由单相正方马氏体相组成,高Ni含量合金则呈现由马氏体和面心立方γ相组成的双相组织,每个马氏体集群由四个不同取向的变体组成,变体间存在I型或II型孪生关系。由于马氏体电子浓度和尺寸因素的影响,马氏体相变特征温度随Ni含量增加显著提高。通过添加Ni替代Ga引入γ相可以显著改善合金的压缩强度和塑性,其中Ni_(56)Mn_(25)Ga_(19)合金呈现较优异的力学性能。但合金中γ相含量较多时,形状记忆效应和形状回复率逐渐减弱。因此,进一步优化合金综合性能时需兼顾强度、塑性和形状记忆性能之间的平衡。     

CoCrFeNiWx高熵合金在室温及900℃下的摩擦磨损性能

采用真空电弧熔炼技术制备了CoCrFeNiW_x(x=0.25、0.5、0.75及1.0)系列高熵合金,研究了W元素含量对合金晶体结构、显微组织、力学性能以及室温与900℃摩擦学性能的影响.结果表明：合金中W含量较低时形成单相面心立方(FCC)固溶体,W含量较高时会促进金属间化合物μ相的形成,随着W含量提升,合金显微组织由FCC胞状树枝晶(x=0.25)转变为FCC树枝晶及晶间层片状(FCC+μ)共晶组织(x=0.5、0.75),最后转变为FCC基体上分布的粗大树枝状μ相(x=1.0).由于W元素的固溶强化及原位生成金属间化合物μ相的第二相强化作用,使合金的强度和硬度等力学性能显著增加的同时塑性降低.在试验载荷为10 N,滑动速度0.3 m/s的测试条件下,CoCrFeNiW_x系列高熵合金与Si₃N₄陶瓷球配副时的球-盘摩擦试验结果表明：W元素的添加显著改善了合金的室温耐磨性,但对摩擦系数的影响较小;而900℃摩擦时,摩擦表面形成的多元复合氧化物摩擦釉质层具有良好的减摩抗磨作用,特别是W元素氧化产生的...     

磁场对液态金属流的制动效应

研究在静磁场作用下；连铸坯中液态金属的流动，建立了二维数学模型并考虑了湍流的影响．采用数值分析方法分析了磁场对液态金属流股的制动效应．计算结果说明静磁场可以有效地减小流股速度并使其分散，同时使上升到液态金属液面的反转流减弱．随着哈特曼数增高和雷诺数的减小，磁场的制动效应增强．     

激光熔覆CoCrFeNiNbx高熵合金涂层的高温摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术成功制备了CoCrFeNiNb_x (x=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0)高熵合金涂层,研究了Nb元素对高熵合金涂层微观组织和显微硬度的影响,分析了CoCrFeNiNb_0.75涂层在25~800 ℃的摩擦磨损性能和机制. 结果表明:CoCrFeNiNb_x高熵合金涂层主要由FCC (面心立方)相与具有HCP晶格结构的Laves相组成. 随着Nb摩尔含量的增加,CoCrFeNiNb_x的微观组织由单一的胞状晶FCC固溶体相(x=0)向亚共晶组织(x=0.25)、共晶组织(x=0.5)和过共晶组织(x=0.75,1.0)逐步发生演变. CoCrFeNiNb_0.75涂层具有最高的平均硬度(574 HV),表明适量的Nb元素的掺杂能有效提高涂层的显微硬度,这是固溶强化、第二相强化以及层片共晶组织中产生的大量新界面阻碍位错运动的边界强化相互作用的结果. CoCrFeNiNb_0.75涂层在室温下的磨损机制主要为氧化磨损和轻微的磨粒磨损,而在400和800 ℃下均为氧化磨损. 在800 ℃时,磨损表面形成了致密的氧化物釉质层,起到了良好的减摩抗磨作用,使高熵合金在高温环境下表现出了优异的摩擦磨损性能.      

原位合成M23C6-WC双相碳化物协同增强激光熔覆层摩擦磨损行为的研究

选用W-Fe60-C合金粉末作为原材料,利用激光熔覆技术以最佳工艺参数(激光功率1.5 kW、扫描速度4 mm/s和送粉率10 g/min)在16Mn钢表面制备M₂₃C₆-WC (M: Cr, W, Fe)双相碳化物增强铁基熔覆层,并对其微观结构与物相进行表征,以及在商用铁基合金数据库的基础上,使用Thermo-Calc软件进行热力学计算来研究熔覆层的凝固过程. 此外,还对比研究了纯Fe60合金熔覆层、WC增强铁基熔覆层和M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的显微硬度和摩擦磨损行为. 结果显示:M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层主要以α-Fe枝晶为基体、W、WC和M₂₃C₆复合碳化物为增强相. M₂₃C₆碳化物以连续网状结构分布在α-Fe枝晶间,WC颗粒以残留W为形核核心生长成块状分布在熔覆层中. 微观结构结合热力学计算结果表明:激光熔覆过程中M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的凝固过程为液态+W→液态+W+WC→液态+W+WC+γ-(Fe,Ni)枝晶→W+WC+γ-(Fe, Ni)枝晶+M₂₃C₆→W+WC+α-Fe枝晶+M₂₃C₆. 根据显微硬度和磨损率测试可知:M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的平均显微硬度为835.3 HV_0.5,比纯Fe60合金涂层(604.6 HV_0.5)和WC增强铁基熔覆层(658.9 HV_0.5)分别增加了约230 HV_0.5和180 HV_0.5. M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的磨损率为3.44×10?6 mm3/(N·m),比纯Fe60合金熔覆层[8.51×10?5 mm3/(N·m)]和WC增强铁基熔覆层[7.98×10?6 mm3/(N·m)]分别减少了约24.7倍和2.3倍.      

磁流体动力轴承

磁流体动力轴承的研究开始于1961年.目前研究工作进行得比较多的有美国、苏联、日本等.这种轴承适用于高温的工作条件(如800℃以上)或液态金属的工作环境,如核反应堆和核动力的涡轮发电机等.由于在高温条件下,普通的轴承润滑剂会汽化或变为不稳定,而液态金属(如钠、锂、钠钾共晶 ...     

磁场对液态金属流的制动效应

研究在静磁场作用下；连铸坯中液态金属的流动，建立了二维数学模型并考虑了湍流的影响．采用数值分析方法分析了磁场对液态金属流股的制动效应．计算结果说明静磁场可以有效地减小流股速度并使其分散，同时使上升到液态金属液面的反转流减弱．随着哈特曼数增高和雷诺数的减小，磁场的制动效应增强．     

磺酸醇胺离子液体作为水润滑添加剂的摩擦学机制研究

合成了不含卤素的磺酸醇胺离子液体(S-IL),并将其作为水基润滑添加剂进行研究. 与商用的水基润滑添加剂聚合蓖麻油酸酯(L4)进行对比,共同考察了他们在不同金属摩擦对偶上的摩擦学性能. 通过对磨斑表面的XPS测试探究了S-IL分别在钢/钢、钢/铜、钢/铝、钢/钛和钢/镁摩擦副上的润滑机理. 结果表明:所合成的磺酸醇胺离子液体在水体系中具有良好的溶解性,同时表现出一定的抗腐蚀性能. 相比于商用水基添加剂,S-IL具有优异的减摩作用和极压性能,这主要归因于离子液体分子结构中极性基团(-SOO-)在金属摩擦副表面的物理/化学吸附,以及其分子结构中含有的活性元素S和N与金属摩擦副基底发生摩擦化学反应所形成的摩擦化学反应膜.