激光处理合金铸铁的摩擦磨损性能研究

利用SRV摩擦磨损试验机考察了激光微精处理合金铸铁的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜分析了激光淬火组织剖面微结构及磨斑表面形貌,同时采用X射线光电子能谱仪(XPS)分析了激光微精处理合金铸铁的表面成分及典型元素化学状态.结果表明,激光处理的合金铸铁具有理想的表面形貌和较高的表面硬度,在含添加剂的油润滑条件下,其抗磨性能大幅度提高.3种添加剂的承载能力顺序为二烷基二硫代磷酸锌＞磷酸三甲酚酯＞硫化异丁烯.二烷基二硫代磷酸锌与激光微精处理的合金铸铁磨痕表面发生摩擦化学作用,形成由微量硫酸盐、磷酸盐及相应的氧化产物组成的表面润滑与防护薄膜,从而使得激光微精处理合金铸铁的摩擦磨损性能明显改善.     

激光硬化9SiCr表面土壤磨损研究

在壤土、沙土和黏土3种土壤中对激光处理的9SiCr材料进行磨损试验,考察了激光硬化工艺参数对9SiCr 旋耕刀基体显微硬度的影响,获得9SiCr 旋耕刀基体激光硬化处理的最佳工艺参数。结果表明：在激光功率为1 200W、扫描速度为14mm/s和激光功率1500W、扫描速度16mm/s的条件下,磨损率较小。激光处理表面在3种土壤条件下进行了耐磨性比较,沙土对试件的磨损率影响最小。9SiCr经过激光处理其表面耐磨性比一般淬火表面的耐磨性提高约5倍。9SiCr表面磨损形式主要是磨粒磨损。激光处理9SiCr表面提高了表面硬化层的硬度,从而提高了材料的耐磨性,增加了9SiCr的使用寿命。     

碳钢表面渗硼和激光热处理改性层的磨粒磨损性能和机理研究

采用固体渗硼与激光热处理复合工艺对 4 5 #钢试样进行表面改性 ,在 4 5 #钢表面得到完整的硼共晶层 ,采用扫描电子显微镜观察分析表面改性处理后的 4 5 #钢试样同 GCr15钢对摩时的磨损表面形貌 ,并考察了其磨损机理 .结果表明 ,经表面渗硼和激光热处理后 ,4 5 #钢表层形成共晶化组织 ,相应的硼共晶表面改性层具有适当的硬度和韧性 ,因而其抗磨粒磨损性能明显改善 ;表面改性处理后的 4 5 #钢试样同 GCr15钢对摩时呈现断裂磨损特征     

强流脉冲电子束表面改性Al-Pb合金的摩擦磨损行为研究

利用强流脉冲电子束技术对Al-Pb合金进行表面改性处理,测试改性试样表面硬度分布及其形貌和组织,采用销-盘式摩擦磨损试验机、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪对改性Al-Pb合金的摩擦磨损性能及其磨损机理进行分析.结果表明:改性Al-Pb合金的组织结构得到改善,最大硬度出现在距合金表面约40 μm的亚表层;由熔化区、热影响和准静态热应力影响重叠区和过渡区组成,改性层表现出良好的耐磨性;在高载荷下改性合金表现出的低磨损率和摩擦系数与其磨损表面形成的润滑膜密切相关;随着载荷增加,其磨损机制主要表现为氧化磨损和粘着磨损.     

激光处理对2Cr13不锈钢微动磨损性能的影响

利用Ｘ射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电于显微镜分析了激光相变硬化、激光熔凝渗碳和未经激光处理的２Ｃｒ１３不锈钢的相组成和显微组织，用显微硬度计和ＳＲＶ型微动磨损试验机分别测量了两种激光处理硬化层的显微硬度沿层深的分布及其与基体２Ｃｒ１３不锈钢的相对耐磨性，并且结合对微动磨痕表面形貌的扫描电子显微镜观察，发现激光相变硬化和激光熔凝渗碳处理可以分别使２Ｃｒ１３不锈钢的微动耐磨性提高４．４８倍和１．８１倍。这两种激光处理之所以都能够大幅度地提高２Ｃｒ１３不锈钢的微动磨损性能，是因其使这种不锈钢的主要微动磨损机制由粘着擦伤和严重的塑性变形转变成了氧化磨损和脱层损伤。     

45~#碳钢激光相变硬化层磨损特性的研究

本文在相同条件下对激光相变硬化处理、淬火-回火及未经处理的45~#碳钢的磨损特性进行了对比试验研究。结果表明,激光相变硬化处理明显地提高了材料表面的抗粘着和抗擦伤能力,因而可以使其在一定负荷和往复速度下的耐磨性能提高一个数量级。往复速度(频率)、负荷对激光相变硬化层和淬火-回火试样之磨损率的影响不同:淬火-回火试样的磨损率随着负荷的增大而迅速增大,但相变硬化层在负荷低于294N时的磨损率增加十分缓慢,只有当负荷超过294N之后才迅速增大;淬火-回火试样的磨损率是随往复频率的增大而迅速降低,而相变硬化层的磨损率随着往复频率的增大却是先上升而后下降,但其量值的变化较小,当往复频率高于每分钟500次时,二者的磨损率基本相同。     

铜表面激光熔覆NiCrWB合金的组织结构与耐磨性能研究

采用高能量密度激光重熔NiCrWB喷涂涂层的方式制备熔覆层,用XRD分析熔覆层和喷涂层的物相组成,用扫描电镜和金相显微镜分析涂层和熔覆层组织形貌以及磨损表面形貌.研究了涂层组织形貌、物相组成对涂层耐磨性能的影响,分析了喷涂层和熔覆层的磨损机理.结果表明:对于NiCrWB材料来说,组织结构对耐磨性能的影响要大于硬度对耐磨性能的影响.显微硬度较低的熔覆层由于组织致密均匀,其耐磨性能明显优于组织缺陷较多的喷涂层.通过扫描电镜观察发现,喷涂层的磨损表面出现较多的疲劳裂纹、凹坑、磨粒和较深的磨痕,推断喷涂层颗粒脱落是由于在周期载荷作用下,裂纹在表层和亚表层扩展后连接,使得裂纹包围区域颗粒脱落.而熔覆层中的裂纹是由于磨损表面发生塑性变形而形成的.     

激光织构仿生非光滑表面抗磨性能研究

采用激光织构技术在材料表面形成4种仿生非光滑表面形态，分析了织构表面金相组织结构，考察了其抗磨性能．结果表明，材料表面经激光织构处理后形成了微细的硬质金相组织，这有利于提高表面的抗磨性能；而将这种激光表面织构技术用于仿生非光滑表面形态，可以进一步提高表面的抗磨性能；其中经激光织构处理的鳞片形非光滑表面的抗磨性能最佳。     

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。     

石墨表面金属包覆处理对Cu基粉末冶金摩擦材料制动摩擦学行为的影响

分别以铜包覆石墨和普通石墨作为润滑组元,采用放电等离子烧结技术制备了两种铜基粉末冶金摩擦材料. 在对两种材料进行微观组织、力学及物理性能检测和对比之后,利用MM1000-Ⅱ型惯性制动试验台测试了不同条件下两者的制动摩擦磨损性能,并通过对试验后两种材料的摩擦表面及其三维形貌特征、表面及近表层主要元素分布特点、磨屑特征和摩擦表面物相进行微观分析,研究了石墨表面金属包覆处理对制动条件下铜基粉末冶金摩擦材料摩擦学行为的影响,并结合热力学相关理论解释了引起两种材料制动摩擦学行为差异的原因. 结果表明:石墨表面经铜包覆处理后,会使烧结时石墨与Cu基体间的界面结合得到明显改善,且材料的硬度、致密度和导热系数也可显著提高. 随着制动速度的提高,两种材料的平均摩擦系数和磨损率均逐渐降低;在相同的制动条件下,采用铜包覆石墨作润滑剂时,材料的平均摩擦系数和磨损率均较低,同时材料摩擦表面的几何质量较好. 提高制动速度均能够促进两种材料表面形成摩擦膜,但分别采用铜包覆石墨和普通石墨作润滑组元时,材料表面摩擦膜的形成机制存在明显差异. 采用铜包覆石墨时,材料表面主要形成氧化膜,而采用普通石墨时,由于材料表面存在的较多石墨对氧化反应具有较强的抑制作用,而使得此时表面主要形成石墨膜,且其对材料表面的保护效果不及氧化膜.      

ANTI-BLAST ANALYSIS OF CELLULAR SACRIFICIAL CLADDING

运用一维冲击波模型和三维细观有限元模型分析了多胞牺牲层的抗爆炸行为. 基于刚性-塑性硬化(R-PH)的多胞材料模型,建立了一维冲击波模型,得到了多胞牺牲层中冲击波传播的控制方程. 揭示了冲击波在多胞牺牲层中的传播特性,并阐述了附加质量和爆炸载荷强度两个参数对牺牲层设计的重要影响. 比较了基于刚性-理想塑性-锁定(R-PP-L) 模型和基于刚性-塑性硬化(R-PH) 模型的多胞牺牲层的结构设计,指出了两种模型的适用范围. 通过基于三维Voronoi 技术的细观有限元方法验证了基于R-PH 模型的多胞牺牲层结构的设计准则.     

多胞牺牲层的抗爆炸分析

运用一维冲击波模型和三维细观有限元模型分析了多胞牺牲层的抗爆炸行为. 基于刚性-塑性硬化(R-PH)的多胞材料模型,建立了一维冲击波模型,得到了多胞牺牲层中冲击波传播的控制方程. 揭示了冲击波在多胞牺牲层中的传播特性,并阐述了附加质量和爆炸载荷强度两个参数对牺牲层设计的重要影响. 比较了基于刚性-理想塑性-锁定(R-PP-L) 模型和基于刚性-塑性硬化(R-PH) 模型的多胞牺牲层的结构设计,指出了两种模型的适用范围. 通过基于三维Voronoi 技术的细观有限元方法验证了基于R-PH 模型的多胞牺牲层结构的设计准则.      

Influence on friction behavior of micro-texturing under lubricated non-conformal contact

Laser surface texturing (LST) is a well-known surface engineering process used to create arranged dimples on surface using a material ablation process. In this process, a well arranged micro-dimple can produce significant improvements of engineering components in aspects such as load carrying capacity, wear resistance, wetting characteristics and reduction of friction coefficient. In the present work, we investigated the effect of multi-dimple LST steel surfaces on tribological properties under non-conforming contact. The multi-dimple textured surfaces with some specific formula arrays were fabricated by laser ablation process on steel disc by combining patterns of circles and triangles, and circles and squares, having different dimple densities to optimize the surface texturing effect on tribological performance. The tribological test of multi-dimple textured surface was performed by a ball-on-flat unidirectional tribometer in lubricated condition, and the results compared with that of a single-dimple and untextured (polished and ground) surfaces. The results indicate that the surface with multi-dimple textured patterns had better friction performance than the untextured and single-dimple textured surfaces. The beneficial effect of multi-dimple textured patterns was associated with transition of lubrication from boundary to mixed lubrication regime.     

45#钢表面复合润滑结构的制备及其摩擦性能研究

采用激光微加工技术在45#钢表面制备了微坑型织构,将激光表面织构化与MoS2固体润滑剂相结合在45#钢表面制备了复合润滑结构.研究了其在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,考察了织构面密度及织构化微坑大小对其摩擦性能的影响.通过扫描电镜与能量色散谱仪对磨斑表面进行了分析.结果表明:与未织构面相比,织构面具有低而稳定的摩擦系数和高的耐磨寿命;对同一孔径织构面,随着织构密度的增加其表面摩擦系数随之减小,较适宜的织构密度为20%～35%;对同一织构面密度,当织构面密度小于20%时,较小孔径织构面的摩擦系数更低;织构面密度增至35%后,织构面摩擦系数则随孔径增大而减小;由于织构面复合润滑结构中的微坑有效地储存了润滑剂从而在摩擦过程中维持表面润滑薄膜的形成.     

Evolution of subsequent yield surfaces and elastic constants with finite plastic deformation. Part II: A very high work hardening aluminum alloy (annealed 1100 Al)

Results are presented on the evolution of subsequent yield surfaces with finite deformation in a very high work hardening annealed 1100 aluminum alloy. In Part I [Khan, A.S., Kazmi, R., Stoughton, T., Pandey, A., 2009a. Evolution of subsequent yield surfaces and elastic constants with finite plastic deformation. Part 1: a very low work hardening aluminum alloy (Al-6061–T6511) 25, 1611–1625.] of this paper, similar results are presented for a very low work hardening aluminum alloy. Those results were very different from the present ones, and all the results were for proportional loading paths. The subsequent yield surfaces are determined in tension, free end torsion and combined tension–torsion proportional and non-proportional loading paths, using 10 με deviation from linearity definition of yield. Yield surfaces are also determined after linear, bi-linear, and non-linear unloading paths after finite deformation under tension, free end torsion, and combined tension–torsion loading. The initial yield surface is closer to the von-Mises surface and the subsequent yield surfaces show distortion, expansion, positive cross-effect, and “nose” in the loading direction. Additionally, the subsequent yield surfaces after non-proportional loading paths show shrinkage and compounded distortion. The yield surfaces after unloading depict strong anisotropy, positive cross-effect and exhibits different proportion of distortion in each loading conditions. The Young’s and shear modulus decrease with plastic deformation and this decrease is much less than those reported in the published literature.     

激光表面织构化改善摩擦学性能的研究进展

介绍了激光表面织构化的过程及其摩擦学研究现状，讨论了激光表面织构的形状、直径、深度、取向和密度等结构参数对润滑状态及其磨损机理的影响，指出今后可将先进涂层技术和激光表面织构化结合起来，在混合／边界润滑状态下获得较低的摩擦系数，并应加强以润滑理论为基础的研究，预先模拟、计算出表面微结构的最佳参数以达到实际摩擦工况的润滑要求．     

低温硫钼复合渗镀工艺及其渗镀层的综合性能考察

本文首先阐述了低温硫钼复合渗镀方法的基本原理与工艺流程,接着又对硫钼复合渗镀层的物相组成和物理性能进行了测试与分析,并且着重就其减摩性能及抗粘着磨损性能与低温电解渗硫层的作了对比试验研究和讨论,最后还通过诸多例证综合说明了硫钼复合渗镀层的实用效果明显地比电解渗硫层的好。文章指出,由于这种渗镀层的物相组成主要是FeS和MoS_2等而具有良好的自润滑性能,故其特别在干摩擦条件下的摩擦学性能更佳。不仅如此,硫钼复合渗镀工艺还具有处理温度低、时间短、操作简便、无公害和成本低廉等优点,而且被处理零件无变形,尺寸变化可以控制在6μm左右,因而适用于精密零件和刀具的处理,应用前景相当广阔。     

表面机械滚压处理(SMRT)316L不锈钢梯度纳米层在腐蚀介质下的摩擦学行为研究

采用表面机械滚压处理(surface mechanical rolling treatment，SMRT)技术在316L奥氏体不锈钢表面构筑了梯度纳米结构层. 利用透射电子显微镜(TEM)和纳米压痕仪等分析其微观组织、力学性能等基础上，重点探讨了SMRT前后316L在1 mol/L HCl溶液(以纯水环境作为对比组)中的摩擦学行为. 结果表明:经SMRT加工后316L表面梯度纳米晶层厚度达200 μm以上，表面硬化层厚度超过1.5 mm，表面硬度提升至基体近2倍；SMRT大大减缓了材料磨损，与基体试样相比，SMRT试样在腐蚀介质下减摩效果比纯水环境更明显，且在腐蚀环境下表现出优异的耐腐蚀性能，其磨损机制由处理前伴随严重剥落特征的疲劳磨损和磨粒磨损转变为轻微疲劳磨损. 因此，316L不锈钢机械滚压梯度纳米层在腐蚀服役环境下具有较高的潜在工程应用价值.