全氟聚醚羧酸铵离子液体的润滑性能及润滑机理研究

设计制备了三种全氟聚醚羧酸铵离子液体,在微动振动摩擦磨损试验机上考察了其在不同温度下对钢/铜锡合金以及钢/钢摩擦副的润滑性能,并与全氟聚醚(PFPE)和全氟聚醚羧酸(PFPEC)进行了对比. 通过测量接触角表征了所制备离子液体对金属表面的润湿性,通过测试摩擦试验过程中接触电阻的变化分析了摩擦过程中摩擦膜的变化;采用扫描电镜和X射线光电子能谱仪分别对磨斑表面形貌和元素状态进行了表征. 结果表明:作为钢/铜锡合金摩擦副的润滑剂时,全氟聚醚羧酸铵离子液体在常温下的润滑性能与PFPE和PFPEC相差不大,但在高温条件下表现出更为优异的减摩抗磨性能;而作为钢/钢摩擦副的润滑剂,其在常温、高温条件下均表现出优于PFPE以及PFPEC的减摩抗磨性能. 多种物理化学表征研究表明该类离子液体优异的减摩抗磨性能归因于其在金属表面优异的吸附性能以及稳定摩擦化学反应膜的形成.      

磷酸酯胺盐离子液体作为钢/铜锡合金润滑剂的高温摩擦学性能研究

以烷基胺盐为阳离子,磷酸酯为阴离子合成了三种磷酸酯胺盐离子液体(磷酸二丁酯单丁胺离子液体,磷酸二丁酯二丁胺离子液体,磷酸二丁酯四丁铵离子液体),并在微动摩擦磨损试验机(SRV)上评价了其作为钢/铜锡合金摩擦副润滑剂的高温摩擦学性能.结果表明所合成的磷酸酯离子液体具有优异的减摩抗磨性能;磷与氮元素之间在摩擦过程中存在协同作用.采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析磷酸酯胺盐离子液体的润滑机理.从磨斑形貌对比图与磨损表面特征元素的XPS能谱图可以看出,该离子液体在铜磨损表面形成了一层具有保护作用的边界润滑膜,从而使得磷酸酯胺盐离子液体表现出优异的高温摩擦学性能.     

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.      

AlCoCrFeNi高熵合金的高温摩擦磨损性能

AlCoCrFeNi高熵合金因其优异的综合力学性能而有望成为新一代高温结构材料,但对其高温摩擦磨损性能的研究还较为少见.本文中应用放电等离子烧结(SPS)技术制备了AlCoCrFeNi高熵合金,研究了其显微组织和力学性能,系统地考察了其在室温至800℃时的摩擦磨损性能.结果表明:应用SPS技术制备的AlCoCrFeNi高熵合金主要由FCC相、无序BCC相和少量有序BCC相组成;呈网格状分布的FCC相使高熵合金具有良好的塑性和韧性,而呈等轴状分布的BCC相赋予了高熵合金优异的强度;高熵合金室温至800℃时的摩擦系数在0.43~0.51之间,磨损率低于10–5mm3/(N·m).室温至中温阶段主要为磨粒磨损,中温至高温阶段的磨损机制为磨粒磨损、黏着磨损和塑性变形综合作用.高温下高熵合金表面形成了一层主要由为Al2O3和Cr2O3组成的氧化物膜,在一定程度上起到抗磨作用.     

膦酸酯离子液体在合成多元醇酯过程中的双重作用:从催化剂到合成酯的减摩抗磨添加剂

合成了两种膦酸酯类离子液体,用作三羟甲基丙烷(TMP)与油酸(OA)的酯化催化剂合成三羟甲基丙烷三油酸酯(TMPTO).结果表明:这两种离子液体均具有一定的催化活性和较高的产物(二酯和三酯)选择性.反应结束后,离子液体催化剂可完全溶于产物TMPTO中,在微动摩擦磨损试验机SRV-IV上评价其作为钢/钢摩擦副润滑油减摩抗磨添加剂的高温摩擦学性能;结果表明所合成的磷酸酯离子液体具有优异的减摩抗磨性能.采用扫描电子显微镜(SEM)及X射线光电子能谱仪(XPS)对磨斑表面进行了分析,结果表明所合成的膦酸酯类离子液体在高温下均表现出优异的摩擦学性能,源于膦酸酯类离子液体与金属基底发生了摩擦化学反应并形成了摩擦化学反应膜从而使该离子液体表现出优异的摩擦学性能.     

MoS2在菜籽油中的高温摩擦磨损性能研究

采用多功能SRV摩擦磨损试验机考察了含质量分数5%MoS2的菜籽油的高温摩擦磨损性能.结果表明:在点接触条件下,MoS2在200～400 ℃范围内表现出非常低的摩擦系数(约0.06),但在100 ℃和500 ℃时,其摩擦系数与菜籽油相当;在线接触条件下,MoS2在不同温度下的摩擦系数变化趋势与点接触条件下的相似;无论在点接触还是线接触条件下,MoS2在不同试验温度下的抗磨性能均比菜籽油好,尤其在300 ℃时MoS2显示出优异的抗磨性能,含5%MoS2的菜籽油在300 ℃时显示出非常优异的减摩抗磨性能.这是因为MoS2主要以吸附形式存在于摩擦表面.     

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.     

高温润滑脂中WS_2亚微米粒子的摩擦学性能研究

以新型润滑材料WS2亚微米粒子作为高温润滑脂添加剂,对其在高温润滑脂中于不同温度下所起的抗磨、减摩、抗极压等摩擦学性能进行了研究,并用电子探针显微镜和俄歇电子能谱仪分析了钢球磨斑表面形貌与表面典型元素的面分布和深度分布.结果表明:在不同温度尤其高温下,WS2亚微米粒子能显著提高润滑脂的摩擦学性能;在摩擦过程中,WS2亚微米粒子在摩擦副表面形成WS2吸附膜和含Fe、S的化学反应膜来有效减少摩擦磨损,增强润滑脂的抗磨、减摩和极压性能,从而更好地保护摩擦表面.     

1-乙基-3-辛基咪唑二乙基膦酸盐离子液摩擦学行为研究

合成了1-乙基-3-辛基咪唑二乙基膦酸盐离子液体,采用傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR）和核磁共振谱仪表征了其结构;测定了该化合物的黏度、倾点和密度;在四球试验机和SRV摩擦磨损试验机上评价了其作为润滑剂对钢/钢体系的润滑作用;采用扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱仪（XPS）分析了钢块磨损表面形貌及化学状态.结果表明：1-乙基-3-辛基咪唑二乙基膦酸盐离子液体低温流动性能和抗腐蚀性能较好;作为润滑剂对钢/钢摩擦副具有优异的减摩抗磨性能,XPS结果显示该离子液体在钢磨损表面形成了含Fe2O3和有机金属复合物等的边界润滑膜,有效地提高了摩擦副的承载能力和抗磨性能.     

1—甲基—3—西基咪唑六氟磷酸盐离子液的摩擦学性能

合成了1－甲基－3－西基咪唑六氟磷酸盐离子液体，采用核磁共振氢谱仪和傅立叶转换红外光谱仪表征了其结构；测定了该化合物的粘度、倾点和密度，在SRV摩擦磨损试验机上评价了其作为润滑剂对钢／钢体系的润滑作用；采用X射线光电子能谱仪和扫描电子显微镜分析了钢磨损表面形貌及化学状态，以考察其润滑机理。结果表明：1－甲基－3－丁基咪唑六氟磷酸盐离子液低温流动性能好，作为润滑剂对钢／钢摩擦副具有优异的润滑作用，摩擦系数极低，且抗磨性能优良。这是由于该离子液体在钢磨损表面形成含FePO4和FeF2等物质的边界润滑膜，从而有效地提高了摩损副的承载能力和抗磨性能。     

定向结晶材料高温蠕变规律研究

利用高温云纹干涉法对航空发动机叶片定向结晶材料的高温蠕变进行了测试，获得该材料不同主方向的高温蠕变性质和规律。实验结果表明定向结晶材料在结晶方向和各向同性平面的蠕变性质有很大差异。     

高温超声拉压疲劳试件设计与温度自动控制

本文较深入地开展了高温环境条件下的超声拉压疲劳实验系统研究,深入分析了试件温度高精测量与自动控制和高温试件设计的关键问题。实验系统可以实现高温环境条件下大于1010周次超高周次的疲劳加载。本实验系统利用传统超声疲劳试验机,使用非接触式红外测温仪对试件温度进行实时动态监测,采用间歇振动的方法保证温度波动小于±3℃。实验结果显示,采用本系统得到的实验结果与传统疲劳加载方式的结果一致性很好。本文工作为进一步开展高温环境条件下金属材料高温超高周(1010周次)疲劳损伤和疲劳破坏机理研究提供了新的有效的平台。     

碳化物抗氧化稳定性及其与基体的协同作用对Cr—Ni合金铸铁高温耐磨性的影响

通过改变Cr-Ni合金铸铁中共晶碳化物的抗氧化稳定性,在可控气氛高温磨料磨损试验机上研究了碳化物及其与基体的氧化协同性对合金耐高温磨料磨损能力的影响。结果表明：碳化物的抗氧化稳定性以及碳化物与基体的氧化大无畏同性对合金在大气气氛中的高温耐磨性起着重要的作用。在Cr-Ni合金铸铁中,碳化物在高温氧化气氛中将优先于合金基体发生氧化腐蚀,使合金的耐磨性得到极大损害,因此,使碳化物与合金基体在高温下保持协同的高温稳定性对合金的高温耐磨性非常有利。     

一种热轧钢管润滑剂的研制与性能研究

研制了一种ＳＭ－Ｂ型热轧钢管芯棒润滑剂。这种润滑剂是以石墨作为基体润滑剂，辅以多种添加剂，并以适量的水复配而成。这种芯棒润滑剂的突出特点是含有特效悬浮稳定剂和主同温固化剂，可以在７００－１１００℃的高温范围内把石墨微粒和极压添加剂等牢固地附着在芯棒上，形成由化学反应膜与固体润滑剂颗粒组成的聚合型混合吸附膜。     

等离子喷涂高温自润滑涂层的发展概况

为了满足高新技术发展的需要，研制从常温到８００℃乃至１０００℃都具有良好摩擦学性能的固体润滑材料，是高温固体润滑领域的一个重要研究课题，而开展等离子喷涂高温自润滑涂层的研究，则是达到这个白的有效途径之一。因此，在已有研究工作的基础上，通过文献调查对国内外等离子喷涂高温自润滑涂层的发展概况作了综合介绍与评述，并就其基（连续相）润滑相和耐磨相等进行了比较全面的分析与讨论，结论认为，要加速解决了工程实际     

热冲压模具钢SDCM高温摩擦磨损性能

为了研究新型热冲压模具材料SDCM钢的高温摩擦磨损性能,对比国外优质热作模具材料CR7V钢,利用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),X射线衍射分析(XRD),UMT-3型高温摩擦磨损试验机以及Bruker白光轮廓仪等手段研究了新型热冲压模具钢SDCM热处理后组织状态、抗氧化性能以及不同温度高温摩擦磨损后磨痕形貌、截面形貌、表面物相.结果表明:不同温度下SDCM钢磨损机制差异明显,100℃时,材料主要为黏着磨损,经过300℃、500℃轻微氧化磨损与黏着磨损共存的阶段后,700℃时,磨损机制转变为氧化磨损;在100~400℃范围内,CR7V由于含有更多的M23C6型和M7C3型碳化物(分别占总碳化物的3.4%和12.7%),因而具有较高的耐磨性;500~700℃范围内,SDCM因具有更高的抗回火软化能力;同时Cr元素含量较少,抗氧化能力较弱,能够及时形成摩擦氧化层,作为"润滑剂",提高材料的耐磨性.     

高温高压下扩张式封隔器胶筒非线性流动仿真计算

针对井下温度压力环境下扩张式封隔器的工作状态,本文建立了卡距内管柱及封隔器力学模型,采用网格重划分方法来描述胶筒在环空间隙中的非线性流动,并将重划分前后的网格信息进行映射,解决了封隔器有限元方程矩阵奇异问题。对不同压裂泵压、不同井温和不同环空间隙下封隔器胶筒的位移、剪切应力及接触压力进行仿真计算。压裂泵压为30 MPa～80 MPa时,胶筒未发生轴向窜动,橡胶基体的剪切应力及接触压力随着压裂泵压的增加而增大;井温为25℃～175℃时,胶筒基体剪切应力随井温的升高而增大,胶筒与套管间接触压力随井温升高而降低;胶筒与套管环空间隙为2.5 mm～9.5 mm,胶筒剪切应力随间隙增加而增大,胶筒与套管接触压力随间隙增加而降低。通过胶筒网格变形可知,胶筒橡胶在环空间隙中产生非线性流动是引起胶筒剪切应力数值增大、接触压力数值降低的根本原因。综上可得,在压裂作业中,随着压裂泵压的增大、井温的升高和环空间隙的增大,封隔器胶筒更容易发生剪切撕裂破坏,且封隔器的密封效果亦降低。     

一种改进的金属材料的高温动态拉伸实验技术

在旋转盘冲击拉伸实验装置上,利用金属材料自身的导电特性,对试样施加电流.使其在电流作用下发热,实现自加热,形成了试件快速加热而波导杆温升很小的金属材料的动态高温高应变率拉伸实验技术.应用该实验技术获取了45 #钢从室温到1000℃温度范围和应变率650s-1时的材料动态拉伸应力—应变曲线.实验结果表明,45 #钢具有明显的热软化效应,其流动应力和屈服应力随温度的升高而降低.     

奥氏体不锈钢高温循环棘轮行为的实验研究

对两种不锈钢材料（316L和304）进行了高温应力控制下的系统循环试验。对该类材料在应力循环下的平均应力、应力幅值及其历史对循环蠕变（棘轮效应）的影响进行了分析,同时也分析了环境温度的变化以及先前应变循环对后继应力循环的棘轮行为的影响。研究表明,两种不锈钢材料在高温非对称循环下的单轴棘轮行为基本相同,不但依赖于当前温度和加载状态,而且还依赖于先前加载历史。研究得到了不锈钢材料高温单轴循环棘轮行为的一些有意义的结果。