MoSi2-Mo5Si3-Mo5SiB2/SiC配对副的摩擦磨损性能

MoSi₂-Mo₅Si₃-Mo₅SiB₂复合材料是一种很有发展前景的高温耐磨材料，但MoSi₂-Mo₅Si₃-Mo₅SiB₂/SiC配对副的干滑动摩擦磨损性能尚不清楚. 本文中通过销-盘式干滑动摩擦磨损试验，考察了MoSi₂-Mo₅Si₃-Mo₅SiB₂/SiC配对副在不同温度(25~1 000 ℃)和载荷下(2.5~10 N)的摩擦学特性. 结果表明:试验温度和载荷对MoSi₂-Mo₅Si₃-Mo₅SiB₂/SiC配对副的摩擦系数影响较大，而对其磨损率影响较小. 载荷为5 N时，在25~1 000 ℃区间，摩擦系数和磨损率分别在0.11~0.43和0.513×10-7~0.544×10-7 mm3/(N·m)范围；在25~400 ℃时，磨损机制以轻微的氧化和黏着磨损为主，在600~1 000 ℃磨损机制主要表现为严重的氧化和黏着磨损. 在1 000 ℃时，随着载荷(2.5~10 N)的增加，摩擦系数和磨损率分别为0.29~0.38和0.540×10-7~0.547×10-7 mm3/(N·m)；载荷为2.5~10 N时，始终存在黏着和氧化磨损；载荷为7.5~10 N时，材料磨损表面还伴随碾压塑性变形的特征.      

CH4/N2、CH4/CO2二元和CH4/N2/CO2三元混合气体爆炸极限的实验与估算

为了获取甲烷与不可燃组分组成的混合物的爆炸极限,采用一种基于绝热火焰温度的混合物爆炸极限估算方法,对CH₄/N₂和CH₄/CO₂这2种二元混合气体及3种不同阻燃剂体积分数的CH₄/N₂/CO₂三元混合气体的爆炸极限进行实验研究,并将实验结果与估算值进行比较。CH₄/N₂与CH₄/CO₂二元混合物实验值与估算值在爆炸上限处的平均绝对偏差为0.34%,在爆炸下限处的平均绝对偏差为0.15%。3种不同比例的三元混合物实验值与估算值在爆炸上限处的平均绝对偏差为0.43%,在爆炸下限处的平均绝对偏差为0.20%。结果表明,估算方法对甲烷与不可燃组分的二元混合物与三元混合物爆炸极限的估算均具有较高的准确度。     

La30Ce30Al15Co25金属玻璃应力松弛行为

作为潜在的工程材料, 金属玻璃在材料科学和凝聚态物理等领域引起广泛的研究兴趣. 金属玻璃结构与性能的关系表明, 金属玻璃的动态非均匀性与其黏弹性和塑性紧密相关. 然而, 宏观应力松弛行为与动态弛豫之间的物理图像并不清晰. 与传统金属材料不同, 金属玻璃的变形机理非常复杂. 应力松弛是一种表征玻璃体系黏弹性和塑性变形机制的有效手段, 从而探索结构和动态非均匀性. 本研究以La₃₀Ce₃₀Al₁₅Co₂₅金属玻璃为模型体系, 在较宽的温度窗口研究了其应力松弛行为. 研究结果表明, 与传统金属玻璃不同, La₃₀Ce₃₀Al₁₅Co₂₅金属玻璃具有明显的β弛豫行为. 基于Kohlarausch-Willams-Watts (KWW)方程的分析表明, 金属玻璃应力松弛为动态不均匀过程; 热动力学分析发现La₃₀Ce₃₀Al₁₅Co₂₅金属玻璃应力松弛存在显著的双阶段行为, 即从高应力条件下应力驱动为主导的松弛行为, 向低应力下热激活为主导的松弛行为发生转变. 通过激活能谱模型分析表明, 应力松弛单元的激活并非均匀, 而是存在能量上的起伏, 金属玻璃对于外力响应是一个渐进过程, 具有动力学不均匀性. 本研究进一步构建了金属玻璃的结构和动态非均匀性之间的关联, 为研究金属玻璃的α弛豫和β弛豫提供了强有力的支撑.      

CH4/O2/CO2预混体系爆炸动力学研究

为探究甲烷在富氧条件下的火焰动力学规律,以CH₄/O₂/CO₂预混体系为研究对象,在小尺度方形透明管道中进行了一系列爆炸实验,探讨了初始环境温度波动对爆炸参数的影响,并对预混体系的燃烧机理进行分析。结果表明:在273 K的环境温度下,化学当量比φ=0.8~1.0且氧气相对比γ<0.30和φ=1.2且γ<0.35的预混体系不能被点燃,而其他预混体系均可被点燃,最终产生郁金香与非郁金香两种火焰类型,并且根据郁金香火焰独特的演变特征,又划分为T形郁金香火焰和不对称郁金香火焰;随着γ的增大,无量纲火焰传播速度v/(S_Lσ)的变化趋势由“两升两降”转变为“一升一降”。初始环境温度的升高并未对火焰传播速度和爆炸超压的变化趋势产生影响,但是会导致最大爆炸超压p_max和最大火焰传播速度降低。值得注意的是,初始环境温度对爆炸强度的影响随化学当量比的减小而增强。另外,与最大爆炸超压相比,最大火焰传播速度与层流燃烧速度之间的关系更紧密。从敏感性分析中可知:层流燃烧速度对自由基链式反应R38(即H+O₂=O+OH)表现出最大的正敏感度,对R52(即H+CH₃(+M)=CH₄(+M))表现出最大的负敏感度,并且对自由基OH的生成速率最敏感,当初始环境温度升高至303 K时,层流燃烧速度对R38(正)和R52(负)的敏感度降低;H、O和OH自由基总摩尔分数的增大会削弱热扩散的不稳定性,增强流体力学的不稳定性。     

通过表面机械加工调控Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5非晶合金的结构和韧性

作为一种新型结构材料, 非晶态合金的韧性需要进一步提高. 提高非晶态合金韧性的方法有引入枝晶相、调整其成分改变其泊松比影响其剪切带衍生、裂纹扩展等.本文通过表面机械加工的方法来调控非晶态合金的微观结构及韧性. 我们采用真空电弧熔炼、亚稳态薄板离心浇铸系统制备了Zr_52.5Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀Ti₅ (原子百分比) (Vit105)非晶合金板,并用表面机械研磨处理方法(surface mechanical attrition treatment, SMAT), 在Vit105板上形成纳米尺度局域类晶体序结构. 基于差示扫描量热分析、纳米压痕实验, 我们发现SMAT处理后的Vit105合金板表面附近弛豫焓更低, 微观结构更加均匀、稳定. 通过显微维氏硬度计测试, 发现SMAT处理后样品的表面附近硬度增大,硬度值分布也更均匀. 通过三点弯断裂实验, 可得到SMAT处理后合金板缺口韧度值从70.7 ± 4.7 MPa·m1/2提高到112.8 ± 3.7 MPa·m1/2. SMAT处理后合金板断裂后, 缺口前端剪切带密度比未处理的更大. Vit105合金板韧性的提高源于SMAT处理对剪切带萌生的促进作用. 该研究表明,表面机械加工可以在非晶态合金中形成局域类晶体有序结构, 影响其结构均匀性, 增大其硬度, 促进剪切带萌生, 提高其韧性. 表面机械加工作为一种新型的改变材料性能的手段, 具有广阔的应用前景.      

Al0.2Co1.5CrFe1.2Ni1.5TiC0.4高熵合金的微观组织、力学与高温摩擦学性能

通过引入碳元素,设计了一种以原位形成的碳化物为增强相的高熵合金Al_(0.2)Co_(1.5)CrFe_(1.2)Ni_(1.5)TiC_(0.4),并采用放电等离子烧结(SPS)技术成功制备了这种高熵合金.采用XRD、SEM、EDS、万能材料试验机和高温摩擦磨损试验机等研究了微观组织、力学性能和室温至800℃下的摩擦学性能.结果表明:Al_(0.2)Co_(1.5)CrFe_(1.2)Ni_(1.5)TiC_(0.4)高熵合金由面心立方(FCC)结构的高熵固溶体基体相和弥散分布的TiC陶瓷相组成.FCC相使高熵合金具有良好的塑性和韧性,而TiC增强相赋予了高熵合金高的硬度和强度.随着温度的升高,高熵合金的摩擦系数和磨损率均具有逐渐减小的趋势.在800℃时,鉴于摩擦氧化作用,在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,使高熵合金表现出了优异的高温摩擦学性能.     

Mo/Al2O3复合材料的耐磨性

无压烧结制备了不同组分的Mo/Al2O3复合材料样品,对样品的磨损行为和磨损机理进行了研究,并用电子探针分析了其磨损形貌.结果表明:Mo/Al2O3复合材料的磨损率随Mo含量的增加呈上升趋势,在30vol.%Mo时出现峰值;摩擦系数随着Mo含量的增加而增大,20vol.%Mo样品的摩擦系数较小;Mo含量不超过60%时,当出现Mo的连续相或者Al2O3的连续相时复合材料表现出较好的耐磨性;Mo含量较低时磨损机理表现为脆性脱落,而Mo含量较高时材料的磨损机理主要为磨粒磨损.     

W25Fe25Ni25Mo25高熵合金高速侵彻细观结构演化特性

为了探究W₂₅Fe₂₅Ni₂₅Mo₂₅高熵合金弹体在侵彻过程中宏观变形行为与材料微细观结构之间的联系, 基于对两相流动模型的简化, 建立了考虑软、硬相密度、流速以及浓度差异的等截面直管两相流动演化模型. 类比宏观状态下侵彻弹体头部材料的流入流出特性, 选定分析区域, 建立两相细观结构下材料在分析区域的流入流出关系, 再结合细观结构演化方程, 给出了分析区域中浓度演化结果, 提出了表征材料浓度演化速率的流动稳定系数t/l_length. 为了对比不同细观结构弹体的侵彻行为, 选取典型两相材料钨铜合金(W₇₀Cu₃₀), 基于小口径弹道枪发射平台开展两种弹体侵彻半无限钢靶试验, 对比两种合金弹体细观结构演化行为. 结果表明, 硬相浓度分布总体上体现“中心浓, 边缘稀”的特点; 硬相的浓度越高, 密度越大, 驱动速度越快, 则流动稳定系数t/l_length值越小, 侵彻过程中弹体的流动稳定性越好, 弹体头部材料越容易形成连续的塑性流动带. 等截面直管两相流动演化模型可用于描述侵彻过程中弹体头部材料的流动稳定性, 揭示了侵彻过程中弹体头部变形与细观两相结构之间的关联机制.      

离子液体作为Si3N4-Ti3SiC2摩擦副润滑剂的摩擦学性能研究

采用SRV摩擦磨损试验机在室温及100 ℃下考察了两种离子液体（L-B106 和L-P106）、丙三醇、水作为Si₃N₄-Ti₃SiC₂摩擦副润滑剂的摩擦学行为,利用扫描电子显微镜（SEM）及X光电子能谱（XPS）对磨损表面进行了分析.结果表明：室温、20 N条件下,两种离子液体和丙三醇抗磨和减摩性能相当,室温、100 ℃条件下,L-P106相较于L-B106具有更好的润滑性能,且其抗磨和减摩性能均优于丙三醇,作为Si₃N₄-Ti₃SiC₂摩擦副润滑剂具有在苛刻环境条件下使用的应用前景. XPS分析结果表明：Ti₃SiC₂材料在摩擦过程中在摩擦热作用下生成了SiO_x、TiO₂,进而有效提高了Ti₃SiC₂摩擦副材料的抗磨损性能;此外,离子液体中的活性元素在Si₃N₄-Ti₃SiC₂摩擦副表面发生了复杂的摩擦化学反应,生成了由氟化钛、磷酸钛及硼酸钛等组成的具有减摩和抗磨性能的边界润滑膜.     

ZCuPb20Sn5合金耐磨性能研究

ZCuPb₂₀Sn₅合金作为柱塞泵转子内衬材料，因其含铅量高，而具有良好的减摩耐磨性能，可避免转子在工作中的磨损失效问题. 选用销盘式摩擦磨损试验机，以ZCuPb₂₀Sn₅和45钢为摩擦副，研究了不同PV值和油润滑条件下，ZCuPb₂₀Sn₅合金的摩擦磨损性能. 结果表明:随着PV值的增加，ZCuPb₂₀Sn₅合金的摩擦系数先增加后减小，而磨损率呈增加趋势. 在载荷50 N和线速度2.410 m/s条件下，摩擦系数和磨损率最低，摩擦系数最低能达到0.010，平均摩擦系数达到1个最低峰值点0.063；在载荷250 N、线速度3.610 m/s以及PV值为126 MPa·m/s的条件下，摩擦系数达到另一低峰值0.070，磨损率为2.972×10?7 mm3/(N·m). PV值最大时，摩擦系数和磨损率最大. 载荷小于150 N时，在油润滑的作用下，主要磨损机制为轻微黏着磨损；载荷大于150 N时，在铅和油的协同作用下，以黏着磨损为主，少量磨粒磨损；当载荷大于250 N时，摩擦系数与磨损率均偏高，以磨粒磨损为主，局部有少量氧化磨损.      

KH2PO4/SiO2复合粉体抑制铝粉爆燃效果及机理分析

为研究KH₂PO₄/SiO₂复合粉体抑爆剂对铝粉爆燃的抑制作用,采用球磨机将KH₂PO₄和SiO₂混合研磨制备出新型的KH₂PO₄/SiO₂复合粉体抑爆剂。在哈特曼管实验装置上,开展爆燃火焰传播抑制实验,结果表明:随着KH₂PO₄/SiO₂复合粉体抑爆剂含量的增加,爆燃火焰传播长度和速度逐渐减小,当添加质量比10∶6的KH₂PO₄/SiO₂复合粉体抑爆剂时,可实现铝粉爆燃火焰传播的抑制。在20 L球形爆炸装置上,开展复合粉体抑爆剂抑制铝粉爆炸压力测试实验,结果表明:随着KH₂PO₄/SiO₂复合粉体抑爆剂含量的增加,铝粉爆炸最大爆炸压力p_max和最大爆炸压力上升速率(dp/dt)_max逐渐减小,当添加质量比10∶9的KH₂PO₄/SiO₂复合粉体抑爆剂时,可实现铝粉爆燃的完全抑制。通过KH₂PO₄粉体、SiO₂粉体与复合粉体抑爆剂对比可知,复合粉体抑爆剂对铝粉火焰传播和爆炸压力的抑制效果都优于单体粉体抑爆剂。通过对铝粉在空气中燃烧的热分析研究,从化学和物理两个方面分析了KH₂PO₄/SiO₂复合粉体抑爆剂对铝粉爆燃的抑制机理。     

Al0.2Co1.5CrNi1.5Ti0.5Mox高温耐磨高熵合金的组织结构、力学性能和摩擦学性能

使用真空电弧熔炼技术制备了Al_0.2Co_1.5CrNi_1.5Ti_0.5Mo_x(x=0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4)高熵合金，研究了Mo含量对该高熵合金组织结构、力学性能和摩擦学性能的影响规律及其作用机制. Al_0.2Co_1.5CrNi_1.5Ti_0.5高熵合金由FCC相和有序AlNi₃相组成，Mo元素添加后促进形成σ相.较大原子半径的Mo元素引发的晶格畸变效应和σ硬质相析出引起的第二相强化效应赋予高熵合金优良的力学和摩擦学性能.随着Mo含量的提高，合金的硬度增加了40.4%，屈服强度增加了32.1%.对该合金的摩擦磨损性能进行研究，发现Mo元素的添加显著改善了高熵合金的摩擦学性能，尤其是当Mo的摩尔比为0.4时，高熵合金室温磨损率为2.62×10^-6 mm³/(N·m),800℃时的磨损率为6.23×10     

等离子喷涂Al2O3/TiO2纳米复合涂层的制备、结构及摩擦学性能

采用喷雾干燥法对溶胶-凝胶法合成的系列A l2O3/TiO2纳米复合粉体进行造粒,使用等离子喷涂技术制备系列A l2O3/TiO2纳米复合涂层.对涂层结构和形貌分析表明所制备的A l2O3/TiO2纳米复合涂层形成了具有熔融区和半熔融区的双区形态的纳米复合结构.使用UMT-2MT试验机研究了复合涂层的摩擦磨损性能,结果表明复合涂层的磨损率随TiO2含量的增加表现出先降低而后增大的趋势,TiO2质量百分数为10%的纳米复合涂层的磨损率最低;而涂层的摩擦系数随TiO2含量的增加变化不大.复合涂层的磨损机制为裂纹扩展导致的磨损剥落.     

开放空间H2/CH4/空气爆炸实验与数值模拟研究

近年来氢的使用范围逐渐发展到各个领域, 含氢多元混合物气体在工业生产及生活燃料中被普遍使用. 为了保障含氢气体在生产、运输、使用等各个环节的安全性, 构建了开放空间混合气体爆炸测试实验系统, 研究了H₂/CH₄/空气混合气体爆炸压力及火焰传播特性, 给出了不同氢摩尔分数(100%, 75%, 66.67%, 50%, 33.33%)、混合气体当量比(0.8, 1.0, 1.1, 1.2, 1.4)、可燃云团尺寸(1 m3, 4 m3, 8 m3)及障碍物约束等因素对混合气体爆炸压力及火焰的影响规律. 基于经典TNT当量法, 建立了考虑混合气体组分比及可燃云团尺寸的最大爆炸超压预测模型, 修正了爆炸火焰传播半径理论模型. 结合高精度数值模拟技术揭示了加气站内建筑结构对混合气体爆炸的影响. 研究表明, 氢气的加入能够明显增强气体爆炸强度, 最大爆炸超压、火焰传播速度均随氢摩尔分数的增加而增大, 随当量比的增大先增大后减小, 当量比为1.1~1.2时最大; 通过对大尺度混合气体爆炸数值仿真与分析发现, 加气站内不同建构筑物条件下爆炸火焰传播距离、传播速度、最大爆炸超压等关键参数明显不同, 顶部和背部同时约束时, 爆炸伤害范围及事故后果最严重, 因此在划定加气站安全距离时, 应充分考虑不同建筑结构的影响.      

惰性气体对C3H8可燃下极限的影响

为探究CO₂、N₂和Ar对C₃H₈可燃下极限的影响,在5 L爆炸容器中测定了C₃H₈在O₂/CO₂、O₂/Ar、O₂/N₂三种气氛下的可燃下极限。首先分析了稀释气浓度、稀释气种类和氧气浓度对C₃H₈的可燃下极限的影响。结果表明,在O₂/CO₂气氛下,稀释气浓度变化对C₃H₈的可燃下极限影响最大,对O₂/Ar的影响次之,对O₂/N₂的影响最小。在相同稀释气浓度条件下,CO₂对C₃H₈可燃下极限的影响最大,N₂的影响次之,Ar的影响最小。随着O₂浓度的上升,O₂/CO₂气氛的可燃下极限出现较为明显的下降,O₂/N₂和O₂/Ar的氛围的可燃下极限平缓上升。通过建立能量平衡方程分析了稀释气的比热和辐射效应对可燃下极限的影响。结果表明,混合气比热的改变是C₃H₈可燃下极限改变的主要原因,辐射热损失是影响可燃下极限的重要因素。     

纳米SiO2/CeO2复合磨粒的制备及其抛光特性研究

以尿素[CO(NH2)2]、(NH4)2Ce(NO3)6和SiO2为原料,采用均相沉淀法制备1种新型纳米SiO2/CeO2复合磨粒,通过X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、飞行时间二次离子质谱仪和扫描电子显微镜等分析手段对其结构进行表征,并将SiO2/CeO2复合磨粒配置成抛光液在数字光盘玻璃基片上进行化学机械抛光试验.结果表明所制备的SiO2/CeO2复合磨粒的平均晶粒度为19.64 nm,粒度分布均匀;经过1 h抛光后,玻璃基片的平均表面粗糙度(Ra)由1.644 nm降至0.971 nm;抛光后玻璃基片表面变得光滑、平坦,表面微观起伏较小.     

高承载高耐磨Cr3C2-NiCr/DLC复合涂层制备及摩擦学行为

采用超音速火焰喷涂(HVOF)和等离子体辅助化学气相沉积(PACVD)技术制备Cr₃C₂-NiCr/DLC复合涂层,对比研究其与单层DLC薄膜的微观结构、机械性能和不同载荷下的摩擦磨损行为. 结果表明:Cr₃C₂-NiCr/DLC复合涂层的结合力、承载力和摩擦学性能比单层DLC薄膜显著提高;HVOF制备的Cr₃C₂-NiCr中间承载层对表层DLC薄膜的微观结构和纳米硬度影响不大;Cr₃C₂-NiCr/DLC复合涂层在高载下的优异摩擦学性能归因于避免了高接触应力下发生塑性变形而导致DLC薄膜在摩擦磨损过程中的脆性断裂和剥落失效行为. 此外,在不同载荷下的摩擦过程中DLC薄膜和Cr₃C₂-NiCr/DLC复合涂层均未发生石墨化,其摩擦学行为主要取决于不同接触应力下的磨损机制变化和对偶球表面摩擦转移膜演化.      

等离子沉积Ni-WSe2-BaF2·CaF2-Y-Ag-hBN涂层的抗Al熔滴粘蚀特性

本文作者制备了等离子沉积Ni-WSe_2-BaF_2·CaF_2-Y-Ag-hBN高温固体自润滑涂层,研究了不同角度金属熔滴Al对该涂层试样表面的粘蚀能力以及在不同温度下的摩擦系数.研究表明:等离子沉积Ni-WSe_2-BaF_2·Ca F_2-Y-AghBN高温固体自润滑涂层在宽温域(30~800℃)的摩擦系数达到0.086~0.299.金属熔滴Al对涂层的粘蚀速度随沉积角度的增加而增加,90°时金属熔滴在涂层与基体表面沉积率最大,此时钢基体的平均沉积率达176.22 mg/(cm~2·s),含hBN的固体自润滑涂层的沉积率为58 mg/(cm~2·s).金属Ni粘蚀物抛磨剥落速率显示,hBN的存在有效降低了金属Al熔滴在涂层表面的粘蚀能力.     

添加Ag2Nb4O11的NiAl基复合材料的高温摩擦学性能及高温润滑机理研究

首先采用高温固相反应法合成了由纳米球状结构紧密堆积的微米级粉体Ag₂Nb₄O₁₁,然后通过粉末冶金技术制备了添加铌酸银(Ag₂Nb₄O₁₁)的NiAl基复合材料(NABO20,NiAl-20%Ag₂Nb₄O₁₁),考察其对复合材料显微结构、力学及摩擦学性能的影响. 结果表明:热压烧结过程中,Ag₂Nb₄O₁₁发生高温分解及与C发生氧化还原反应,形成了NbC和Ag相. 铌酸银(Ag₂Nb₄O₁₁)的添加使得复合材料的密度略有增加,并且显著改善了NiAl基复合材料的显微硬度. 在高温摩擦条件下(800 ℃),由于NABO20磨损表面和Al₂O₃对偶球表面均形成完整光滑的润滑膜(Nb₂O₅、Al₂O₃、Ag₂Nb₄O₁₁、AgNbO₃和AgNb₃O₈),两层膜的存在阻隔了对偶球和复合材料的直接接触,抑制了磨损进程,从而有效地提高了复合材料的耐磨性能.