钢结构表面涂层受风沙冲蚀机理和评价方法

内蒙古中西部地区钢结构表面涂层受风沙冲蚀磨损严重.在模拟钢结构涂层受风沙冲蚀磨损试验的基础上,应用扫描电子显微镜(SEM)观测涂层在不同冲蚀条件下的冲蚀磨损部位微观形貌,分析涂层材料受风沙冲蚀磨损的损伤机理,提出了评价涂层冲蚀磨损程度的计算方法.结果表明:低角度冲蚀时微切削作用占主导,硬度起决定作用,高角度冲蚀时挤压变形占主导,柔韧性起决定作用,由于涂层硬度较低,柔韧性好,所以高角度时涂层的耐冲蚀性能较好;最大冲蚀磨损失重量出现在45°左右,是由于该材料具有介于塑性和脆性材料之间的冲蚀磨损特性;速度越大,粒子的动能越大,冲蚀磨损失重量越大;在低浓度时,冲蚀磨损失重量随着浓度的增加而增加,而在高浓度时则出现下降的趋势;评价公式的计算结果与实验结果吻合.研究结果为钢结构涂层的耐久性研究提供了理论依据.     

碳化钨颗粒增强钢基复合材料的冲蚀磨损性能研究

以直径为188～250 μm的石英砂为磨料,在自制颗粒冲蚀磨损试验机上对WC颗粒增强ZG45钢基表层复合材料的气-固两相冲蚀磨损性能进行研究,采用扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌.结果表明,在相同冲蚀角条件下,增强相WC颗粒的直径越大,复合材料的耐磨性越差,复合材料在冲蚀角为45°时的冲蚀磨损率最大;而ZG45钢在冲蚀角为15°～30°范围内的冲蚀磨损率达到最大值,此后随着冲蚀角增加而减小;复合材料抗冲蚀磨损性能在较小冲蚀角(15°左右)下优于ZG45钢,在较大冲蚀角(≥30°)时劣于ZG45钢.     

车轮材料特性对轮轨磨损与疲劳性能影响的研究

在MMS-2A滚动摩擦磨损试验机上进行不同材料车轮与U75V热轧钢轨的匹配试验,研究材料特性对轮轨试样磨损与疲劳性能的影响.结果表明:随着车轮碳含量增加,组织中珠光体比例增加,珠光体中渗碳体片层间距减小,硬度增大;随着轮/轨硬度比增大,车轮表层的塑性变形层厚度逐渐减小,对摩副钢轨塑性变形层厚度呈现先增大后减小的趋势;车轮试样磨损形式由小剥离掉块向大剥离掉块转变,钢轨磨损机制由材料表层的轻微剥落向深层剥落磨损转变;提升车轮的硬度,轮轨表面的疲劳裂纹长度减小;且随着车轮硬度的增大,钢轨表面萌生的疲劳裂纹的末端扩展角度有增大的趋势,使钢轨的疲劳裂纹更容易向材料心部扩展.     

热处理对NiTi形状记忆合金冲蚀磨损性能的影响

采用自制浆罐式砂水冲蚀磨损试验装置研究了4种经不同条件热处理的NiTi合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢的冲蚀磨损性能;采用XL-30型扫描电子显微镜观察试样的冲蚀磨损表面形貌;采用MH-6型显微硬度计测量NiTi合金硬度;采用自制拉伸装置测量NiTi合金的力学性能.结果表明:5种试样的冲蚀磨损量随着冲蚀时间、冲蚀速度、砂水比及砂粒度的增加而增大,4种NiTi合金的耐冲蚀性能相近,均明显优于1Cr18Ni9Ti不锈钢,其中试样NiTi-3和NiTi-1表现出较好的耐冲蚀性能;硬度并非NiTi合金冲蚀磨损性能的决定因素,超弹性和超塑性是NiTi合金具有较好耐冲蚀性的主要原因,热处理使得NiTi合金的超弹性变形量减小,但增加了NiTi合金的塑性变形量;合金丝磨损表面不同部位的磨损机理不同,中部为典型的变形磨损,侧面为微切削磨损,5种试样均表现为典型的韧性材料冲蚀磨损特征.     

冲击速度和磨粒粒度对FeCrAl/WC复合涂层冲蚀性能的影响

采用粉芯丝材作为原料,利用高速电弧喷涂技术制备了具有良好抗高温冲蚀磨损性能的FeCrAl/WC复合涂层;考察了650℃下冲击速度和磨粒粒度对复合涂层高温冲蚀磨损性能的影响.结果表明,复合涂层和20G锅炉钢的耐高温冲蚀磨损能力随着磨粒粒度的增加而有所提高;30°攻角下冲蚀率随磨粒粒度的变化速率比90°攻角下的小;同20G锅炉钢相比,复合涂层对速更加敏感,速度越低,FeCrAl/WC复合涂层的抗冲蚀磨损性能越好.     

Al含量对FeCrNiCoCu高熵合金涂层组织结构及冲蚀性能的影响

采用放电等离子烧结(SPS)制备不同Al含量的Al_xFeCrNiCoCu(x=0,1,2,3)高熵合金涂层.通过XRD、SEM和冲蚀磨损等检测方法,研究了Al含量对该高熵合金涂层的组织及冲蚀磨损性能的影响.结果表明:FeCrNiCoCu高熵合金的微观组织主要为简单FCC结构的富Cu相及富Al相.随着Al元素增加,涂层的微观结构出现由FCC向BCC的转变.同时,涂层的硬度、耐冲蚀性也显著提高.随着冲蚀角度的增加,涂层的冲蚀磨损量逐渐增加,表现出脆性材料的冲蚀磨损特性.在冲蚀角度为90°时,随着Al元素的增加,涂层的主要冲蚀磨损机理逐渐由微切削和锻造挤压转变为犁削.     

轮轨材料硬度匹配性能试验研究

利用滚动磨损试验机研究了车轮钢与U71 Mn热轧钢轨的硬度匹配性能,分析了不同硬度车轮与U71 Mn钢轨匹配时的摩擦磨损与表面损伤行为.结果表明:车轮硬度对轮轨试样滚动摩擦系数基本无影响;随车轮硬度增加,车轮磨损量呈下降趋势,钢轨磨损量表现为线性增加,轮轨总磨损量呈先降低后增加的趋势,轨轮硬度相同时轮轨系统总磨损量达到最小.车轮硬度对车轮和钢轨试样表面损伤形貌有一定影响,车轮硬度低时车轮表面损伤以麻点式剥落损伤为主,随车轮硬度增加试样表面发生大块剥落损伤,对摩副钢轨试样主要表现为表面剥落损伤机制.     

低碳贝氏体微观组织形态对冲蚀磨损性能的影响

通过热处理改变低碳贝氏体钢中的奥氏体及其转变物(下称M/A)分布形态,调整钢响应载荷时的微观应力集中位置,并用弹塑性力学理论揭示了贝氏体钢较高的抗冲蚀磨损性能的力学机理.对比研究了相同化学成分贝氏体、珠光体和马氏体的冲蚀磨损性能,发现珠光体和马氏体因强度、韧塑性无法达到最佳匹配,其抗冲蚀磨损性能均不如贝氏体.在贝氏体钢中,粒状M/A贝氏体的应力集中位置使得冲蚀裂纹显著地向试样心部扩展,降低了抗冲蚀磨损能力.薄膜状M/A贝氏体的应力集中位置不利于表面裂纹向试样心部生长,实现了较高的抗冲蚀磨损性能.     

聚氨酯(脲)涂层冲蚀磨损性能研究

选用不同比例的低聚合物多元醇、多元胺、扩链剂、催化剂和异氰酸酯制备聚氨酯(脲)弹性涂料,采用喷涂技术在玻璃试片上制备聚氨酯(脲)涂层,用Taber摩擦磨损试验机和高速含沙水射冲蚀磨损试验机评价聚氨酯(脲)涂层的耐磨性能,用扫描电子显微镜观察涂层的磨损表面形貌,分析涂层组分与其冲蚀磨损性能的关系.结果表明:聚氨酯(脲)涂层体系中主要成膜物质的组分对耐冲蚀磨损性能影响较大,随着活性氢组分中端胺基聚醚和胺类扩链剂含量增加,聚氨酯(脲)涂层的耐冲蚀磨损性能提高;由于聚氨酯/聚脲混合体系和聚氨酯涂层中大量气孔的存在,从而导致涂层冲蚀磨损量增加;纯聚脲涂层具有比聚氨酯/聚脲混合体系涂层优越的磨损性能,不仅在干摩擦条件下,在高速含水砂流冲蚀条件下也体现出优异的抗冲蚀性能,而且对冲蚀角的敏感性有所改善.     

几种水机常用金属材料的冲蚀磨损性能研究

研究了在水力机械中普遍应用的铸铁(HT200)、中碳结构铸钢(40#)、不锈钢(1Cr18Ni9Ti)和高铬铸铁(KmTBCr26)4种材料的冲蚀磨损规律,得出了材料的冲蚀磨损率随磨损时间、冲蚀速度、磨粒浓度和粒径变化的规律,同时根据观察材料冲蚀磨损表面形貌探讨了其冲蚀磨损机理.结果表明:材料的冲蚀磨损性能受到材料基本机械性能的控制,其中高硬度材料的抗冲蚀性能较好,在相同试验条件下其磨损率由大到小排列顺序为HT200＞40#＞1Cr18Ni9Ti＞KmTBCr26;4种材料的冲蚀磨损率随磨粒粒径、浆料浓度和磨粒冲击速度的变化规律基本一致,当磨粒粒径小于425 μm时,磨粒粒径对KmTBCr26和1Cr18Ni9Ti的磨损率影响很小;金属材料的组织结构对材料的冲蚀磨损性能和机理影响较大,其中KmTBCr26和1Cr18Ni9Ti的冲蚀磨损机理以脆性断裂、破裂及颗粒脱落为主,而HT200和40#的冲蚀磨损机理以选择性切削式冲蚀磨损为主.     

激光离散处理车轮钢-钢轨钢摩擦副的摩擦学性能研究

将激光离散处理前后的车轮试样分别与钢轨试样匹配,利用滚动接触摩擦磨损试验机测试各摩擦副的摩擦系数和磨损率,研究激光离散处理对轮轨摩擦副滚动接触摩擦磨损性能的影响.结果表明:车轮试样经过激光离散处理后,其抗磨损性能大幅增加,对应的轮轨试样摩擦副的摩擦系数小幅增加,其对摩钢轨试样的磨损加剧.未处理车轮试样主要发生剥层磨损并伴随轻微的疲劳磨损;处理后的车轮试样主要发生疲劳磨损并伴随轻微的剥层磨损.这是由于激光离散处理提高了车轮试样表层材料的抗塑性变形能力,从而抑制了材料的剥层磨损.各钢轨试样均发生剥层磨损,但是车轮试样经激光离散处理后,对应钢轨试样的剥层磨损加剧.     

合金含量对高速车轮材料滚动接触磨损性能的影响

将2种含碳量相同合金含量不同的高速车轮材料分别与钢轨材料匹配,利用滚动接触摩擦磨损试验机测试了各摩擦副的摩擦系数和磨损率,比较研究了组织、硬度和加工硬化等因素对车轮材料滚动接触磨损性能的影响.结果表明：在传统的高速车轮材料中适当地增加Si、Mn的含量,降低Cr的含量可以提高车轮材料的抗磨损性能;硬度高的车轮材料未必耐磨,组织差异对车轮材料的抗磨损性能影响显著;表面裂纹易萌生于高度变形的先共析铁素体组织;加工硬化引起的硬度增加对材料的抗磨损性能影响不大.     

新型极地船用钢在模拟低温海水中的磨损-腐蚀耦合作用研究

分别采用正火和调质工艺对新型破冰船用低碳高强钢进行了热处理，并使用UMT-3多功能摩擦磨损试验机低温模块和摩擦电化学模块研究了其在低温模拟海水环境中不同外加电位下的磨损-腐蚀耦合行为. 使用电子扫描显微镜和白光干涉显微镜对钢样的微观组织及磨痕形貌进行了表征，并对其在不同外加电位作用下的磨损-腐蚀机理进行了探讨. 结果表明:两种热处理后的钢材的平均摩擦系数都随外加电位升高而降低，而磨痕深度、磨损量和腐蚀电流则随着外加电位升高而增加；钢材的开路电位随着磨损的发生逐渐负移，腐蚀电流密度增加；其中，经过正火处理的钢样磨痕表面主要出现剥落坑，而调质钢磨痕表面则主要出现了裂纹和腐蚀坑. 正火钢磨损和腐蚀损失量所占比例分别为80.6%、19.4%，调质钢分别为55.1%、44.9%，两种钢材的磨损-腐蚀之间相互促进损失量ΔV_W和ΔV_C均为正值，证实磨损和腐蚀之间存在着相互协同作用.      

两种热处理钢轨焊接接头冲击磨损与损伤性能研究

研究了过共析钢轨焊接接头淬火和正火后不同区域的硬度与微观组织,利用冲击磨损试验机对不同区域进行冲击试验,分析了各区域冲击磨损与损伤特性. 结果表明:钢轨焊接接头分为母材区、焊缝区和热影响区. 母材区微观组织为片层状珠光体,焊缝区为珠光体与先共析铁素体且正火后铁素体含量较多,热影响区淬火后为粒状珠光体而正火后存在少量片层状珠光体. 焊接接头不同区域硬度大小为母材区>淬火焊缝区>正火焊缝区>正火热影响区>淬火热影响区. 硬度越低的区域,冲击深度和磨损体积越大. 母材区冲击损伤轻微,表面呈轻微剥落;焊缝区损伤较严重,出现明显裂纹且正火后损伤较淬火后严重;热影响区损伤最为严重且正火后损伤较淬火后略轻微.      

攻角对聚醚醚酮/泡沫镍双连续复合材料料浆冲蚀行为的影响

聚醚醚酮(PEEK)/泡沫镍双连续复合材料是一种新型复合材料，它是由比强度高的PEEK树脂(基体相)和韧性较高的泡沫镍(增强相)牢固结合而成，具有两相相互连通、拓扑连续和各向同性等特点. 使用孔径为100 PPI(每英寸孔隙数目)的泡沫镍与PEEK树脂混合，采用热压成型技术制备了PEEK/泡沫镍双连续复合材料(PEEK-Ni). 利用喷射式腐蚀冲蚀试验设备研究了纯PEEK树脂、金属镍和PEEK-Ni在5个攻角下(30°、45°、60°、75°和90°)的料浆冲蚀行为. 使用ANSYS Fluent有限元仿真软件对不同攻角下料浆的冲蚀过程进行建模和仿真，并设置了边界条件. 试验和仿真的结果均表明:随着攻角增加，冲蚀损伤形貌由月牙形损伤区域变为U型损伤区域，并最终发展成为围绕驻点的环形损伤区域，试验和仿真能相互吻合. 由于泡沫镍具有遮挡效应和协同效应，PEEK-Ni比纯PEEK具有更低的冲蚀损伤量，且对攻角不敏感.      

稀土元素对软氮化层抗冲击磨损性能的影响

作者利用La和Ce加特定溶剂对7Cr_7Mo_3V_2Si和4Cr_3Mo_3(?)两种模具钢进行了常规软氮化和稀土软氮化处理,冲击磨损试验结果证明,稀土软氮化层的冲击韧性和抗冲击磨损性能都比常规软氮化层的好。稀土软氮化处理的自行车螺钉热镦模具的使用寿命分别为常规软氮化和未经表面处理的两倍和4倍以上。通过扫描电子显微镜对冲击磨损表面形貌的观察发现,常规软氮化层发生了大块磨屑剥落,而稀土软氮化层发生的是小层片状磨屑剥离,并就软氮化层的冲击磨损机理进行了探讨。     

不同介质对轮轨增黏与磨损特性影响

利用MMS-2A摩擦磨损试验机研究了水介质下砂、氧化铝、研磨子对轮轨增黏与磨损特性影响.结果表明:干态和水介质下随蠕滑率增大黏着系数呈先增加后小幅降低并趋于稳定.水介质下氧化铝介质的增黏效果最好,研磨子最差;砂介质使轮轨磨损严重且塑性流变层最厚,轮轨试样表面剥落严重;氧化铝介质下轮轨磨损量较砂介质小,塑性流变层轻微;研磨子介质下的轮轨试样磨损量最小,磨损表面较为光滑;落叶显著降低黏着系数,且易形成落叶浆,使接触表面产生划痕;落叶工况下撒砂能增加黏着系数且能去除落叶浆,但易造成轮轨试样的剥落损伤.     

高岭土填充改性超高分子量聚乙烯的浆体冲蚀磨损特性

分别采用机械混合和釜内聚合方法在UHMWPE基体上填充高岭土,制得两类UHMWPE／Kaolin复合材料,考察了两类UHMWPE／Kaolin复合材料的浆体冲蚀磨损特性及其与冲击速度和高岭土含量之间的关系,通过对磨损表面形貌的观察分析,探讨了UHMWPE／Kaolin复合材料的磨损机理。结果表明,采用聚合方法制备的含高岭土约6．6％（质量分数）UHMWPE／Kaolin复合材料的浆体冲蚀磨损性能优于UHMWPE,是一种有应用前景的复合材料。