硅相锌基复合材料减摩抗磨性能的研究

为了改善锌铝合金在干摩擦条件下的耐磨性能，拓宽它的工程应用范围，在其中添加质量分数为１０％的Ｓｉ，同时以质量分数０．１％～０．３％的Ｐ－Ｃｕ对硅相进行变质处理，研制出硅相增强锌基复合材料，并且对这种材料的减摩抗磨性能进行了试验研究．结果表明：硅相锌基复合材料分别在干摩擦和２０＃机械油滴油润滑条件下的减摩抗磨性能良好．扫描电子显微镜观察发现，硅相锌基复合材料中的硅相经变质处理得以细化和分布均匀化，这对改善锌铝合金的综合性能具有重要作用；由于硅相的硬度远比基体的高，在滑动摩擦过程中可以起支撑作用，减少偶件与基体的直接接触而降低摩擦磨损     

油润滑条件下ZA27／SiCp复合材料的滑动磨损行为

高能超声凝固法制备ＺＡ２７／ＳｉＣｐ复合材料，用环－块摩擦磨损试验机研究了油润滑下复合材料的滑动摩擦磨损性能，发现未增强的基体合金在重载时产生严重粘着磨损，磨损层发生软化和塑性流动，而复合性能中的ＳｉＣ颗粒暴露于磨损表面并起承载作用，从而保护基体不发生严重磨损。与基体合金相比，复合材料的摩擦系数平稳而较低，且耐磨性提高１０倍以上。     

团球共晶体增强奥氏体钢基自生复合材料的干摩擦磨损行为研究

利用MPX—2000型主轴盘—销式摩擦磨损试验机和扫描电子显微镜研究了团球状共晶体增强奥氏体钢基自生复合材料(EAMC)的干摩擦磨损行为．结果表明，根据EAMC的磨损量随载荷变化的关系，可以将其磨损划分为轻微磨损、严重磨损的过渡阶段和严重磨损等3个阶段，前2个阶段的磨损机制主要为磨粒磨损，而第三阶段的磨损机制为氧化磨损．同基体合金奥氏体中锰钢相比，在中、低载荷下，由于硬质相团球状γ (Fe，Mn)3C共晶体强化高韧性奥氏体基体具有基体和增强相的双重特性并发生二者的强韧性耦合，因此EAMC的抗磨性能优于基体合金；在高载荷下，剥落的共晶体使磨损表面产生局部变形，降低氧化激活能，使得EAMC的耐磨性降低．团球共晶体增强相可以有效减小试盘和试销的热量线扩散长度，增大摩擦热的散失空间，从而降低摩擦表面温度；此外，团球共晶体有利于EAMC在较高温度下依然保持室温时的强度，故EAMC发生严重磨损的外载荷高于基体合金奥氏体中锰钢．     

Ni-Cr-Mo-Al-Ti-B-MoS2系合金高温摩擦学特性的研究

用粉末冶金法制备了Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ－Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ－ＭｏＳ２系宽温度范围自润滑合金材料,测试了合金机械性能及其在室温至６００ ℃范围内的摩擦磨损性能,同时还探讨了其耐磨机理．研究结果表明,ＭｏＳ２ 质量分数为１０％ 的合金具有较好的机械和摩擦磨损综合性能．该合金主要由Ｎｉ基固溶体、Ｎｉ３Ａｌ、Ｎｉ３（Ａｌ,Ｔｉ）、不定比化合物ＣｒｘＳｙ、ＭｏＳ２ 和Ｍｏ２Ｓ３ 等相组成,在室温至３００ ℃范围内摩擦表面形成含硫化合物复合膜而起润滑作用,高温摩擦时承载表面形成釉质层,次表层形成氧化层,其硬度比合金基体高,这是合金具有良好高温耐磨性的基础．高温下摩擦表面及磨屑中的氧化物及残余硫化物的协同作用使摩擦系数进一步降低．     

硅酸铝短纤维对其增强 ZL109 复合材料摩擦因数影响的双重性

采用预制件液态模锻法制备了硅酸铝短纤维增强的ＺＬ１０９复合材料，并以合金球墨铸铁为偶件，在干摩条件下于ＭＧ－２０００高速高温摩擦磨损试验机上，对复合材料的摩擦性能进行了试验研究，考察了硅酸铝短纤维的添加量对这种材料摩擦因数的影响．结果表明，随着纤维添加量（以体积分数计）由０．０％增至７．０％，复合材料摩擦因数的变化是先降低而后升高，纤维添加量为４．５％时的摩擦因数呈现出最低值，而纤维添加量为７．０％时复合材料的摩擦因数与基体的基本相当．在用扫描电子显微镜对磨损表面形貌观察的基础上，着重讨论了硅酸铝短纤维对复合材料摩擦因数影响的双重性，指出这种双重性影响导致纤维含量较低时，纤维分布于磨损表面有利于复合材料摩擦因数的降低，而当纤维含量较高时则使复合材料的摩擦因数升高．     

三氧化二铝短纤维对ZA22合金干摩擦磨损性能的影响

针对无油润滑场合的实际需要，采用挤压铸造法制取了Ａｌ２Ｏ３短纤维强化ＺＡ２２合金复合材料，并对其在干摩擦条件下的摩擦磨损性能进行了试验研究，同时还用扫描电子显微镜对试样磨损表面形貌进行了观察，进而对材料的磨损机理作了分析与讨论。结果表明，随着Ａｌ２Ｏ３短纤维含量的增大，ＺＡ２２／Ａｌ２Ｏ３复合材料的耐磨性能提高，但摩擦性能降低；当纤维取向垂直于摩擦而时，复合材料的摩擦磨损性能比纤维平行于摩擦面取向     

氮合金化堆焊合金往复式摩擦磨损行为的研究

在马氏体不锈钢中引入氮，通过铌、钛固氮制备氮合金化堆焊合金. 利用往复式摩擦磨损试验机测试加氮和未加氮两种堆焊合金在不同载荷(5、10和15 N)下的摩擦磨损性能，研究了其摩擦磨损行为. 结果表明:在摩擦磨损过程中，堆焊合金表面承受周期性载荷，摩擦表面出现明显的切削痕和塑性变形，其磨损机制以磨粒磨损和表面疲劳磨损为主. 氮合金化堆焊合金中，碳氮化物沿马氏体基体、晶界弥散析出，起到了明显的细晶强化和弥散强化作用，增强了基体的塑性变形抗力以及抵御磨粒磨损的能力，使磨损表面切削痕数量更少、深度更浅，抗疲劳剥落现象得到明显改善.      

高铝锌基合金的摩擦磨损性能与磨损机制

高铝锌基合金是铜合金和铝合金等高强度磨损件的理想替代材料，虽然人们已经就其耐磨性能进行了一些研究，但对这种合金更全面的摩擦学性能研究，尤其是有关它的磨损机理之研究却还是一个尚未深入开展的课题。为了对合理选用高铝锌基合金材料提供科学依据，在干摩擦和３０＃机械油润滑条件下，对高铝锌基合金同材质摩擦副及其与４５＃钢配副的摩擦磨损性能在ＳＲＶ滑动摩擦磨损试验机和Ｍ２００磨损试验机上进行了考察，并且利用俄歇电子能谱仪、扫描电子显微镜和Ｔａｌｙｓｕｒｆ５Ｐ－１２０形貌检测系统等分析和检测了磨损表面的组成变化、形貌和磨痕特征，提出了ＺＡ２７合金在不同工况下的磨损机制．     

铝基石墨复合材料的摩擦特性与机理分析

研究了低速、低载荷滑动摩擦条件下铝基石墨复合材料的摩擦学特性．结果表明：在相对滑动初期,复合材料的摩擦系数与基体合金相近;随着摩擦过程的进行,复合材料的摩擦系数逐渐下降并最终趋于稳定;石墨含量越高,达到稳定摩擦系数所需的时间越短;摩擦系数的变化与摩擦表面石墨成膜过程相对应;摩擦系数达到稳定状态时自润滑膜覆盖面积大约为摩擦表面的８５％ ,这时自润滑膜在摩擦表面上生成和剥落过程达到动态平衡．     

一种自润滑镍基合金显微组织和相结构分析

为了进一步优化研制的含硫高温自润滑镍基合金的综合性能，以将其应用于新型高效热引擎和推进系统为目的，利用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子探针和Ｘ射线衍射仪等，对一种铸态的含硫高温自润滑镍基合金的显微组织和相结构进行了分析．结果表明：这种合金主要由以合金元素Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ和Ｍｏ等固溶强化的镍基固溶体基体相、硫化物相Ｃｒ３Ｓ４和复合碳化物相（Ｍｏ０．９Ｃｒ０．１）２Ｃ所组成，具有三元共晶组织特征的显微组织；这种合金的摩擦磨损性能良好，但因Ｃｒ３Ｓ４多呈粗大网状分布，故其强度和冲击韧性都比较差．这为通过调整合金的成分和制备工艺，或采用适当的热处理及后加工工艺改善合金的性能提供了科学依据     

单晶硅的纳米力学响应及其相变机制

硅在大规模集成电路、MEMS/NEMS、半导体工业中具有不可替代作用,但是目前对硅的塑性变形及其相变机制的理解远未成熟.采用大规模分子动力学模拟研究(100)面的单晶硅在球形金刚石压头纳米压入过程中的纳米力学响应、相变过程和相分布规律.结果表明:在弹性变形阶段载荷-压深曲线与Hertz接触理论预测结果相吻合.两者的分离点准确地预示了塑性变形的发生.金刚石结构的Si-I相向体心结构的BCT5相转变导致了单晶硅初始的塑性变形.初始形成的BCT5相在次表面形成了一个倒置的金字塔形结构.Si-II相的形成则稍微滞后一些.在较大的载荷下BCT5在压入面上形成一个四重对称的图案分布.相对于小压头条件下大的BCT5相区,大压头更有利于SiII相的发展.卸载后生成的高压Si-II相和BCT5相全部转变为非晶硅.研究结果确认了单晶硅纳米压入中BCT5相的存在;揭示了单晶硅塑性变形的相变机理,即Si-I转变为BCT5和Si-II相;并强调了Si-I相向BCT5相转变对于单晶硅塑性变形的重要作用.     

单晶硅滑动磨损性能及其相变研究

考察了单晶硅在室温和低接触应力条件下的摩擦磨损行为随速度的变化情况．结果表明，单晶硅的摩擦系数和磨损率随滑动速度的提高而呈现降低趋势；单品硅在低速、短滑动时间下的磨损表面形貌特征以微断裂为主，并伴有一定程度的塑性变形;随着滑动时间的延长，塑性变形特征逐渐减弱，塑性变形同具有金属延性特征的p—Sn(简称si—II)相密切相关，Si—II在滑动过程中可转变为体心立方结构(简称Si-III)、斜方六面体结构(简称Si—XII)和非晶硅相;在高速条件下，单晶硅磨损表面呈现微断裂和较弱的塑性变形特征；尽管通过Raman分析证实磨损表面存在si—III相，但其对磨损机制的影响有待于进一步研究．     

润滑介质对单晶硅相变与脆塑行为的影响

研究了分别在十五烷、无水乙醇和蒸馏水润滑下单晶硅的摩擦磨损行为及其相变和脆塑行为.结果表明:在十五烷润滑下单晶硅的摩擦系数和磨损体积损失最低,而在蒸馏水润滑下的摩擦系数和磨损体积损失最大;单晶硅在非极性溶剂十五烷润滑下发生明显的Si-I→a-Si相变,磨损表面光滑并呈现明显的金属塑性特征;单晶硅在无水乙醇润滑下发生轻度Si-I→a-Si相变,磨损表面特征为微弱的塑性变形和微断裂共存;在蒸馏水润滑下,单晶硅发生轻度的Si-I→Si-III相变,磨损表面变得粗糙并伴有大量微断裂;润滑介质的极性是影响单晶硅磨损表面相变和脆塑行为的主要因素之一.     

In Situ Measurement of Phase Boundary Kinetics during Initial Lithiation of Crystalline Silicon through Picosecond Ultrasonics

Experimental Mechanics - Studying the kinetics of phase transformation and phase boundary propagation during initial lithiation of silicon electrodes in lithium ion batteries is relevant to...     

硅微机械陀螺仪的新进展及其方案分析

介绍了国外硅微机械陀螺仪的新进展，综述了梳状驱动振动陀螺仪、压电棒式振动陀螺仪、电磁驱动音叉陀螺仪、振环陀螺仪、静电悬浮转于陀螺仗和微机械加速度计陀螺仪的结构、原理及性能。关键词     

硅微机械谐振式陀螺仪

介绍了硅微机械谐振式陀螺仪的工作原理，给出了硅微机械谐振式陀螺仪的动力学方程详尽推导。针对此方程进行仿真研究，对结构设计参数进行了估计。研究表明，硅微机械谐振式陀螺仪是一种很有发展前途的新型陀螺仪。     

硅晶体纳米压痕试验与应力场分析

采用纳米压入法测量了4种硅晶体的微压痕特性,讨论了加载过程与卸载过程的特征,分析了硅晶体的纳米压入测量结果,同时计算了硅晶体中的应力分布,计算结果表明,剪应力为硅晶体微薄片剥落失效的原因。     

氮离子注入硅表面的力学性能及其微摩擦磨损行为研究

以单晶硅作为研究对象,选用离子注入剂量分别为5 ×1014 ions/cm2、6 ×1015ions/cm2和1 ×1017ions/cm2,注入能量为110 keV的氮离子注入单晶硅片,利用原位纳米力学测试系统对氮离子注入前后单晶硅片的硬度和弹性模量进行测定,在UMT-2型微摩擦磨损试验机上对氮离子注入前后单晶硅片的往复滑动微摩擦磨损性能进行研究.结果表明,氮离子注入后单晶硅片的纳米硬度和弹性模量减小,且注入剂量越大,其降低越明显.氮离子注入后单晶硅片的减摩性能提高,其摩擦系数大幅度降低,在载荷达到一定值后,氮离子注入层被迅速磨穿,摩擦系数迅速增加并产生磨痕.其磨损机制在小载荷下以粘着磨损为主,在大载荷下以材料的微疲劳和微断裂为主.     

基于单晶硅材料的微摩擦测试机构及其试验研究

设计出1种能够模拟基于单晶硅材料微机电器件侧面摩擦副摩擦磨损状况的试验机,有效模拟可动MEMS器件摩擦副之间磨损的真实状况,介绍了试验机测试机构的工作原理并从理论计算及有限元模拟分析2方面对其结构模态进行分析,在超净间内(千级、室温、相对湿度RH约50%),利用光学显微镜、CCD图像采集系统及计算机对梳齿驱动器的谐振频率及摩擦副的动态摩擦系数进行了测试.结果表明:采用所研制的试验机测得的谐振频率为5 600,与理论计算及模拟分析的结果(5 590和5 641)非常接近;摩擦副的动态摩擦系数在0.24～0.35之间;动态摩擦系数随着施加在摩擦副上的正压力变化而变化.