酯基功能化离子液体作为钢/钢摩擦副润滑剂的摩擦学性能研究

合成了含酯基官能团的咪唑类离子液体;研究了其物化性质及热稳定性;通过与非功能化的烷基咪唑离子液体对比,在SRV摩擦磨损试验机上研究了常温及高温条件下酯基功能化离子液体作为钢/钢摩擦副润滑剂的摩擦学性能;用SEM和XPS对磨斑表面进行了分析.结果表明:酯基功能化离子液体具有很高的热稳定性;酯基团的引入使得离子液体的黏度有所增加,导致其在较低载荷下的减摩性能降低,但引入的酯基官能团增强了离子液体对金属表面的化学吸附力,使其抗磨性能显著提高,在高载荷下离子液体分解所产生的活性元素氟与摩擦副表面的金属发生摩擦化学反应,生成以氟化亚铁和氧化铁为主体的边界润滑膜,从而降低了摩擦和磨损.同时发现含有TF₂N^-阴离子的功能化离子液体较含有BF^-₄阴离子的功能化离子液体具有更好的抗磨性能;含有较长N-烷基链的功能化离子液体的抗磨减摩性能较好.     

N/P无卤素离子液体润滑剂的链长与摩擦学性能的关系

合成了不同链长的N/P无卤素离子液体(NPILs:缩写为NP-11114，NP-11116，NP-11118)润滑剂，以聚α-烯烃(PAO 10)和卤素离子液体1-辛基3-甲基咪唑六氟磷酸盐(L-P 108)作为参照样，评价NPILs、PAO 10及L-P 108之间黏温性能、热稳定性以及室温和高温条件下的钢/钢摩擦副润滑剂的性能差异，探索了NPILs阳离子链长变化对其物理化学性质和摩擦学性能的影响规律. 结果表明:NPILs的黏度高于PAO 10和L-P 108，热分解温度低于PAO 10和L-P 108，NPILs黏度和热分解温度随着链长的增加而增加. 作为钢/钢摩擦副的润滑剂时，NPILs室温状态下减摩性能不及L-P108，但是NP-11118的抗磨性能优于L-P108；高温状态下，NPILs的减摩抗磨性能均优于L-P 108. 在常温和高温下NPILs相比PAO 10均具有优异的减摩抗磨性能，而且摩擦学性能随着烷基链长的增加而提高. 通过对磨斑表面进行扫描电镜分析证明这类离子液体具有优异的抗磨性能，通过EDS和XPS对磨斑表面的元素进行分析结果表明这类离子液体优异的摩擦学性能归因于离子液体结构中包含的N、P元素与金属基底发生摩擦化学反应所形成的具有优异减摩抗磨特性的摩擦化学反应膜.      

高速电弧喷涂NiCrBMoFe/BaF2·CaF2涂层的摩擦磨损性能研究

利用高速电弧喷涂技术制备了NiCrBMoFe和NiCrBMoFe/BaF₂·CaF₂两种复合涂层.两种涂层均含非晶相与纳米晶相,非晶相质量百分数分别达45%和33%.NiCrBMoFe涂层中纳米晶相弥散分布在非晶母相中;NiCrBMoFe/BaF₂·CaF₂涂层纳米晶相以团聚形态存在.检测了两种涂层的摩擦磨损性能.在常温下,NiCrBMoFe和NiCrBMoFe/BaF₂·CaF₂两种涂层的摩擦系数分别为0.5和0.375,后者比基体18Cr₂Ni₄WA的摩擦系数下降了25%,耐磨性能优异.在高温摩擦磨损条件下,NiCrBMoFe/BaF₂·CaF₂涂层也具有良好的耐磨性能.在450 ℃左右,涂层中BaF₂·CaF₂固体润滑相会析出涂层表面,形成一层低摩擦系数的润滑转化膜,使涂层具有良好的减摩润滑作用.     

高浓度过氧化氢中AlCoCrFeNiCu 的摩擦学性能研究

为研究AlCoCrFeNiCu高熵合金在强氧化的过氧化氢介质中的摩擦学性能,采用销盘磨损试验机测试了AlCoCrFeNiCu合金与3种工程陶瓷组成摩擦副在90％过氧化氢介质中的摩擦学性能,采用SEM、EDS、白光共焦显微镜等分析了磨损表面,并且探讨了高熵合金与3种陶瓷配副在高浓度过氧化氢中的磨损机理.结果表明:在高浓度过氧化氢中,AlCoCrFeNiCu合金与碳化硅和氮化硅陶瓷配副具有较低的摩擦系数和较小的磨损;AlCoCrFeNiCu/ZrO₂摩擦副的主要磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损,同时伴随有氧化磨损;AlCoCrFeNiCu/SiC摩擦副和AlCoCrFeNiCu/Si₃N₄摩擦副的主要磨损机制为抛光型氧化磨损并伴随有轻微的三体磨粒磨损;AlCoCrFeNiCu/Si₃N₄摩擦副还伴随有边界润滑效应.     

二元离子液体混合润滑剂的摩擦学性能研究

以1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(L-B104)、六氟磷酸盐(L-P104)及双三氟甲烷磺酰亚胺盐(L-F104)三种离子液体为研究对象,采用STA 449 C同步热分析仪、SYP1003-III运动黏度仪、Optimol SRV-IV微动摩擦磨损试验机、Micro XAM三维廓仪以及铜片腐蚀试验分别测试了这三种离子液体在混合前后其热稳定性、黏温性能、摩擦学性能以及对基底材料的腐蚀性能的变化规律.研究结果表明:L-B104+L-P104,L-B104+L-F104和L-P104+LF104三个混合体系中,L-B104+L-F104对基底材料的腐蚀性比未混合之前两种纯离子液体的腐蚀性低;其热稳定性高于纯离子液体L-B104,而接近于L-F104;这个体系在常温和高温条件下,都表现出较好的减摩抗磨性能.使用这种混合润滑剂,在实际应用中不但可以降低高成本离子液体L-F104的使用量,同时还能达到理想的润滑效果.     

微弧氧化陶瓷层对AZ31合金板料渐进成形的影响

利用数控试验机床(CNC)和微弧氧化处理技术,对AZ31镁合金板材热渐进成形和多孔陶瓷层润滑机理进行了研究.结果表明:镁合金表面微弧氧化多孔陶瓷层吸附固体二硫化钼颗粒,形成多孔陶瓷-二硫化钼润滑膜.在摩擦初始阶段,多孔陶瓷固体MoS ₂润滑膜的室温摩擦系数约为0.08,满足镁合金板材热渐进成形润滑和减摩条件.多孔陶瓷层为固体Mo S ₂润滑剂提供了良好润滑平台,加工件内表面光滑,且没有任何缺陷.由于陶瓷层孔中吸附大量固体Mo S ₂粉末,所研究的润滑陶瓷层在渐进成形中具有自润滑作用.与无微弧氧化处理相比,多孔陶瓷润滑层具有更好的润滑效果.     

稀土钇对Ni-W-ZrO2复合镀层性能的影响

通过脉冲电沉积技术在铝合金基体表面制备了Ni-W-ZrO₂复合镀层,利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪、维氏硬度仪、电化学工作站和马弗炉等设备分别对复合镀层的截面形貌、元素分布、表面硬度、耐蚀性和抗高温氧化性分别进行了表征和测试,研究了Y（NO₃）₃添加量对复合镀层性能的影响.研究结果表明：所制备复合镀层截面平整、成分分布均匀,基体与镀层之间结合良好,ZrO₂颗粒弥散分布于Ni-W基质金属之中,镀层厚度约为130 μm;Y（NO₃）₃的加入能显著提高复合镀层的硬度、抗高温氧化性和耐蚀性;当硝酸Y添加量为1.5 g/L时,Ni-W-ZrO₂复合镀层的综合力学性能达到最佳.     

氨基酸离子液体作为不同摩擦副润滑剂的性能研究

设计合成了三种具有不同官能团结构的氨基酸类离子液体,采用SRV-Ⅳ微动摩擦磨损试验机考察了其作为Si_3N_4/Si_3N_4和钢/钢摩擦副润滑剂的摩擦学性能,并与丙三醇进行对比,采用扫描电镜和X射线光电子能谱仪分析磨斑形貌和表面元素的化学状态.结果表明:三种氨基酸类离子液体均能适用于两种摩擦副的润滑,并具有良好的减摩抗磨性能.羟基和羧基官能团的存在不仅有效增强了离子液体在基底上的物理吸附作用,同时还促使其与摩擦副发生摩擦化学反应.比较三种离子液体的摩擦学性能发现,同时含有两个羧基的谷氨酸四丁基磷盐离子液体的减磨性能优于其他两种只含一个羟基或羧基基团的离子液体.     

磷酸酯类双离子液体的合成及摩擦学性能研究

以咪唑、1,6-二溴代己烷和磷酸三乙酯合成1,6-二(3-乙基-1-咪唑基)己烷二乙基磷酸盐双离子液体,采用核磁共振谱仪(NMR)和傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)等对其结构及理化性能进行了分析;用SRV摩擦磨损试验机考察了其作为钢/钢体系润滑剂的减摩抗磨作用;用SEM和XPS对磨痕表面的形貌和元素组成进行了表征,并分析了其润滑机制.结果表明,该类双离子液体具有较好的低温流动性,作为润滑剂对钢/钢摩擦副具有优异的减摩抗磨性能.XPS分析结果表明,该离子液体在钢磨损表面形成了含FePO4和Fe4(P2O7)3等物质的边界润滑膜,从而有效地提高了摩擦副的承载能力和抗磨损性能.     

中频磁控溅射制备不同S/W原子比WSx薄膜的结构和摩擦学性能研究

采用中频磁控溅射制备了WS_x薄膜,通过X射线衍射 (XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱 (XPS)对其结构进行了分析,采用纳米压入仪(Triboindenter)和真空球-盘摩擦试验机分别考察了薄膜的力学性能和摩擦磨损性能.结果表明:改变溅射功率密度和气压,将引起选择性溅射与薄膜氧化程度的变化,致使薄膜S/W原子比随之变化,薄膜的S/W原子比随着溅射功率密度的增加先减小后增大,而随着溅射气压的增大逐渐增大.薄膜S/W原子比较低时,薄膜W含量较高,薄膜结构较致密、硬度较高,但摩擦系数较大、耐磨性能较差;随着S/W原子比的增大,薄膜中WS₂含量显著增加,W含量明显下降,摩擦系数降低,耐磨性能明显改善.     

Evaporation heat transfer coefficient in single circular small tubes for flow natural refrigerants of C3H8, NH3, and CO2

An experimental study of evaporation heat transfer coefficients for single circular small tubes was conducted for the flow of C₃H₈, NH₃, and CO₂ under various flow conditions. The test matrix encompasses the entire quality range from 0.0 to 1.0, mass fluxes from 50 to 600 kg m⁻² s⁻¹, heat fluxes from 5 to 70 kW m⁻², and saturation temperatures from 0 to 10 °C. The test section was made of circular stainless steel tubes with inner diameters of 1.5 mm and 3.0 mm, and a length of 2000 mm in a horizontal orientation. The test section was uniformly heated by applying electric power directly to the tubes. The effects of mass flux, heat flux, saturation temperature, and inner tube diameter on the heat transfer coefficient are reported. Among the working refrigerants considered in this study, CO₂ has the highest heat transfer coefficient. Laminar flow was observed in the evaporative small tubes, and was considered in the modification of boiling heat transfer coefficients and pressure drop correlations.     

Fe_3Al/WS_2复合材料的真空摩擦学性能研究

采用热压烧结的方法制备了添加WS2质量百分数为10%、20%和30%的Fe-28Al-5Cr基复合材料,通过XRD和SEM等手段分析了样品的相组成和组织结构.利用自制的真空摩擦试验机测试了样品在4×10-4Pa真空下的摩擦学性能.研究结果显示:通过与WS2的复合能够显著降低Fe3Al基金属间化合物在真空条件下的摩擦系数,但三种不同WS2含量复合材料的摩擦系数差别不大.随着WS2含量增加,复合材料的磨损率逐渐降低,特别是30%复合材料的磨损率较纯Fe-28Al-5Cr的磨损率低约1个数量级.滑动速度和载荷对三种材料的摩擦系数和磨损率均有一定的影响.纯Fe3Al的磨损表面较为粗糙,出现严重的剥落坑和剥落痕迹,磨损机理为严重的疲劳磨损.添加质量百分数为10%WS2的复合材料的磨损机理为磨粒磨损和疲劳磨损;添加WS2质量百分数为20%和30%的复合材料,其磨损表面相对较为光滑平整,磨损机理为轻微剥落.因此,在复合材料制备中添加WS2能够显著提高Fe3Al金属间化合物的真空摩擦学性能.     

High-frequency dielectric properties of BSTO ceramic prepared with hydrothermal synthesized SrTiO3 and BaTiO3 powders

BSTO dielectric ceramic was prepared from SrTi03 and BaTi03 powders synthesized by hydrothermal method, as well as from Bao.sSro.4TiO3 powder synthesized by conventional solid-state reaction. The former can be sintered at a relatively low temperature of 1120 ℃. Characterization by SEM showed that the grain shapes of both ceramics are cubical, though the grain size of the former is much smaller. Dielectric constants measured at 20℃ were shown to vary with frequency in the range from I kHz to 2 MHz and dc bias field, and further that the dielectric loss of the former to be less than 2 × 10^- 3 in the frequency range of 20 kHz to 1 MHz, much smaller than that of the latter sample. For the former, temperature dependence of dielectric constant is much flatter and there exists an extended phase transition diffusion covering a wide temperature range of Curie temperature To. The smaller grain size of the former depresses the dc bias electrical field dependence of dielectric constant. The tunability is 7% under a bias field of 0.6 kV/mm dc.     

两种晶粒尺寸氧化铝陶瓷滑动磨损表面演化

文中比较研究了两种晶粒尺寸(0.6μm和3.8μm)氧化铝陶瓷在室温干摩擦条件下分别与氮化硅陶瓷对摩时的摩擦磨损性能,发现细晶氧化铝陶瓷(0.6μm)/氮化硅陶瓷摩擦副有较低的摩擦系数和磨损率以及高的磨损转变载荷,而粗晶氧化铝陶瓷(3.8μm)/氮化硅陶瓷摩擦副的摩擦学性能较差.对这两种晶粒尺寸氧化铝陶瓷的磨损表面进行了表征,发现了两种不同的磨损机制和磨损演化规律.在15 N的载荷下,3.8μm氧化铝陶瓷在磨损初期发生了晶粒断裂和拔出,在100 s后开始形成摩擦层,随后摩擦层的面积随着滑动时间的延长而增大,其特征为光滑、有裂纹贯通的机械混合层.0.6μm氧化铝陶瓷在初期的磨损以微凸体磨损和晶界破坏为主,随后出现晶粒断裂和拔出,没有发现机械混合层.本文中讨论了晶粒尺寸效应和磨痕尺寸效应对两种晶粒尺寸氧化铝陶瓷磨损表面演化的影响.     

Ti3SiC2/Inconel718摩擦副的高温摩擦学性能

本文考察了Ti3SiC2-Inconel 718摩擦副从室温到800 ℃范围内的摩擦磨损性能.结果表明:温度的升高有利于改善Ti3 SiC2-Inconel 718摩擦副的摩擦磨损性能,在800℃时,其摩擦磨损性能优异.随着温度的升高,摩擦系数从室温的0.71降至800℃时的0.37,Ti3SiC2的磨损率从4×10-3 mm3/(N·m)降至10-5mm3/(N·m)以下.高温塑性变形和摩擦氧化物层的形成导致摩擦系数的降低,300℃以下,晶粒的断裂、拔出与脱落以及材料向合金的转移造成了Ti3SiC2高的磨损率,从400℃至800℃,Ti3 SiC2晶粒的断裂与脱落受到明显抑制,其磨损率显著降低.     

Ti_3SiC_2/Cu摩擦副的载流摩擦学性能

本文中考察了Ti3SiC2/Cu摩擦副在干摩擦和微量离子液体润滑条件下的载流摩擦学特性.在干摩擦条件下,Ti3SiC2/Cu摩擦副的摩擦系数值为0.6~0.75.当滑动速度从0.11增至0.33 m/s时,接触电阻降低小,在Ti3SiC2栓磨损表面有Cu的转移膜形成.当滑动速度为0.44和0.56 m/s时,栓/盘接触不稳定并且产生电火花,表明在机械磨损和电磨损共同作用下Ti3SiC2栓发生了严重磨损.在微量离子液体润滑条件下,Ti3SiC2/Cu摩擦副处于边界润滑状态,随着滑动速度的提高,摩擦系数由0.08增至0.2.当滑动速度高于0.33 m/s时,产生长约数厘米、平均直径53μm的弯曲缠绕的铜丝,这是相对较硬的Ti3SiC2对Cu盘犁削作用的结果.铜丝将离子液体"扫离"了摩擦表面,并且对摩擦学性能和电性能造成不利影响.     

反应烧结Ti_3SiC_2/TiC复合材料摩擦磨损性能研究

采用无压反应烧结技术制备Ti3SiC2/TiC复合材料,利用XRD-7000型衍射仪、INSTRON-1195型电子万能试验机、JSM-6700F型扫描电子显微镜、HST-100型摩擦磨损试验机对Ti3SiC2/TiC复合材料烧结试样的相组成、抗弯强度、断口显微形貌和载流摩擦磨损性能进行了研究.结果表明:在1550℃下可制备得到均匀致密的Ti3SiC2/TiC复合材料;随着试样中TiC含量的增加,复合材料抗弯强度逐渐增大;当TiC质量分数达到18%左右时,抗弯强度明显增加,摩擦系数趋于稳定,磨损率快速下降;电流强度是Ti3SiC2/TiC复合材料摩擦磨损性能的主要影响因素,随着试验电流强度的增强,摩擦系数和磨损率明显增大;同时在摩擦表面生成一层熔融状氧化膜(非载流:SiO2、TiO2和FeTiO3载流:FeTiO3和Fe2.35Ti0.65O4),主要磨损形式为电弧烧蚀和氧化磨损.     

反应烧结Ti3SiC2材料的载流摩擦磨损性能

采用HST-100型摩擦磨损试验机,研究了载流条件下法向载荷和电流对Ti3SiC2材料摩擦磨损性能的影响,同时借助JSM-6700F型扫描电子显微镜研究了Ti3SiC2材料的磨损机理.结果表明:当电流为0 A时,Ti3SiC2材料磨损主要以机械磨损为主,随着载荷的增加,摩擦系数逐渐减小,在120 N时达到最小值0.32.在载流条件下,Ti3SiC2材料磨损主要以电弧烧蚀和机械磨损为主,随法向载荷的增加摩擦率逐渐减小,在120 N时磨损率接近于非载流条件下单纯的机械磨损量2.2×10-6mm3/(N.m).在高载荷和不同电流条件下,Ti3SiC2材料均表现出良好的载流摩擦磨损性能.     

钛硅碳衍生碳涂层在真空中的摩擦与磨损行为研究

采用高温氯化法(800℃,5%Cl2+Ar)制备了钛硅碳衍生碳涂层(CDC@Ti_3SiC_2).通过真空浸渍处理,将1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体(LP106)浸渍到多孔层状结构的CDC@Ti_3SiC_2涂层中,得到固-液复合润滑涂层(CDC@Ti_3SiC_2-LP106).以Si_3N_4球为摩擦配副,分别考察了Ti_3SiC_2、CDC@Ti_3SiC_2和CDC@Ti_3SiC_2-LP106涂层在两种真空模式下的摩擦磨损性能.这两种真空模式分别为固定真空度(10–4Pa)和改变真空度(由105Pa逐渐减小至10–4Pa).随着真空度的增大,CDC@Ti_3SiC_2涂层的摩擦系数呈现先减小后增大的趋势.相比较而言,CDC@Ti_3SiC_2-LP106涂层的摩擦系数低且对真空度变化不敏感.在两种真空模式下,CDC@Ti_3SiC_2和CDC@Ti_3SiC_2-LP106涂层均显著减小了Ti_3SiC_2的摩擦系数,但其抗磨损性能并没有明显提高.     

Heat transfer enhancement using Al2O3/water nanofluid in a two-phase closed thermosyphon

A two-phase closed thermosyphon (TPCT) is a device for heat transmission. It consists of an evacuated-close tube filled with a certain amount of working fluid. Fluids with nanoparticles (particles smaller than 100 nm) suspended in them are called nanofluids that they have a great potential in heat transfer enhancement. In the present study, we combined two mentioned techniques for heat transfer enhancement. Nanofluids of aqueous Al₂O₃ nanoparticles suspensions were prepared in various volume concentration of 1–3% and used in a TPCT as working media. Experimental results showed that for different input powers, the efficiency of the TPCT increases up to 14.7% when Al₂O₃/water nanofluid was used instead of pure water. Temperature distributions on TPCT confirm these results too.