石油防砂割缝筛管的冲蚀磨损性能研究

以直径为0.1～0.6 mm的石英砂为磨料,黏度为10 mPa·s的原油为携砂液,在自制的冲蚀磨损试验装置上研究了含砂原油对石油防砂割缝筛管的冲蚀磨损性能,采用LW200-4CS数码倒置金相显微镜观测了筛管缝口表面的冲蚀磨损形貌;利用曲线拟合方法建立了割缝筛管冲蚀磨损率与原油流速、砂粒直径、砂粒浓度、冲蚀角之间关系的数学模型.结果表明:筛管的冲蚀磨损率随含砂原油流速的增加而成指数关系增加;开始时随着原油中所携带砂粒直径和浓度的增加,筛管的冲蚀磨损率增加,达到一定数值后砂粒直径和浓度再增加,割缝筛管的冲蚀磨损率反而降低;随着冲蚀角的增大,割缝筛管的冲蚀磨损率增加,在冲蚀角为90°时达到最大,这种现象不同于塑性材料的冲蚀磨损机理;所建立的数学模型与试验结果较吻合.     

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.     

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.     

酚醛塑料化学镀Ni-P合金镀层的显微结构与摩擦磨损性能

用化学镀方法在酚醛塑料基底上沉积了Ni-P合金镀层,采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析等方法研究了反应温度(80～95℃)对Ni-P合金镀层的相组成和显微结构的影响,采用激光弯曲法和显微硬度仪测试镀层内应力和显微硬度,采用M-2000摩擦磨损仪测试Ni-P合金镀层的摩擦磨损性能,并分析了磨损机理.研究结果表明:随着反应温度升高,Ni-P合金镀层中磷含量降低,镀层由非晶→非晶+纳米晶→纳米晶转变,晶粒长大,镀层表面粗糙度和硬度增大,镀层内部应力由压应力转变为拉应力,并且拉应力逐渐增大.在酚醛塑料基体上的化学镀Ni-P合金镀层能明显地提高其耐磨性.镀层的耐磨性与其硬度不是完全的正相关,耐磨性不仅与硬度有关还与内部应力、显微结构等因素有关,反应温度为92℃的Ni-P合金镀层耐磨性最高.Ni-P合金镀层的磨损机制主要发生了轻微黏着磨损→严重黏着磨损→脆性脱落的转变.     

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.     

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.     

泡沫镍/环氧树脂/碳化硅双连续复合材料的料浆冲蚀行为研究

设计并制备出一种颗粒增强型双连续三元复合材料--泡沫镍/环氧树脂/碳化硅双连续复合材料,以材料的总损失量为重点研究了其在含氯化钠料浆冲蚀条件下的损伤行为.结果表明:颗粒增强的泡沫镍/环氧树脂/碳化硅双连续三元复合材料的耐料浆冲蚀性能明显优于环氧树脂/碳化硅二元复合材料;不同孔径泡沫镍骨架的复合材料的冲蚀量随攻角变化出现了不同的峰值;合理匹配泡沫镍骨架的孔径和体密度,可制备出具有优异抗冲蚀性能的颗粒增强双连续复合材料.     

DH32船用钢板在模拟极地破冰环境中的冰载荷冲蚀磨损性能研究

使用自行设计并加工的低温海冰冲蚀磨损试验机研究了船用低温钢板DH32在模拟极地破冰环境下不同船速条件下的耐海冰冲蚀磨损性能. 利用失重法研究了不同转速下的冲蚀磨损失重率,通过扫描电子显微镜和白光干涉显微镜对材料冲蚀磨损后的微观组织形貌和表面3D形貌轮廓进行观察,并讨论了不同冰水比的冰载荷冲蚀磨损-腐蚀机理. 结果表明:随着模拟船速的不断增加,DH32钢的冲蚀磨损失重率也随之增大. 当转速为3.3 m/s(模拟船速6节)、冰水比为1∶2时,DH32钢样的冲蚀磨损失重率升高幅度最大,达到12%,其在海冰条件下冲蚀磨损以冲蚀磨损坑、犁削、犁沟以及滑坑等失效机理为主. 另外,文中还讨论了常温下砂粒冲蚀磨损和不同冰水比的冰载荷冲蚀磨损的对照性,为后续制定与海冰载荷相关的材料冲蚀磨损标准提供数据支持. 试验证实,以5.5 m/s在43%(质量分数)石英砂+海水溶液中进行冲蚀磨损试验可以近似模拟2∶1冰水比条件下海冰冲蚀磨损对材料破坏作用.      

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.     

ZrN单层、多层、梯度层及复合处理层对不锈钢固体粒子冲蚀行为的影响

对比研究了离子镀ZrN单层、多层、梯度层及其与离子渗氮复合处理对2Cr13马氏体不锈钢抗大小攻角固体粒子冲蚀性能的影响规律,通过硬度、韧性、结合强度、动静态承载能力等特性的综合测试与分析,探讨了表面处理层对不锈钢固体粒子冲蚀行为的作用机制.结果表明,上述4种表面改性层均显著提高了2Cr13不锈钢表面的硬度和抗微切削能力,因而有效改善了2Cr13钢抗30°小攻角固体粒子冲蚀性能.经离子渗氮层上沉积ZrN梯度层的复合处理后,其硬度由表面至基材呈梯度分布,界面应力分布连续性好,承载能力和抗塑性变形能力高,多冲疲劳性能优,能够显著提高基材抗90°大攻角固体粒子的冲蚀能力.然而,ZrN单层、多层、梯度层的抗多冲疲劳性能较差,其抗大攻角固体粒子的冲蚀能力反而不及2Cr13基材.     

表面纳米化中碳钢在干摩擦条件下的摩擦磨损性能研究

采用高能喷丸方法对45#钢进行表面纳米化处理,在环-盘摩擦磨损试验机上评价表面纳米化处理45#钢与T10钢摩擦副在干摩擦条件下的摩擦磨损试验,通过分析其磨损表面形貌探讨表面纳米化对中碳钢磨损行为的影响.结果表明:在载荷为10～60 N条件下,表面纳米化中碳钢的摩擦系数较处理前有所降低;在载荷为10～40 N时,其磨损质量损失较处理前有所降低;表面纳米化能够减弱中碳钢的疲劳磨损效应,提高中碳钢的摩擦磨损性能.     

火焰喷涂聚苯硫醚(PPS)复合涂层在水环境中的摩擦磨损性能研究

利用火焰喷涂技术在45#钢表面制备了炭纤维增强聚苯硫醚复合涂层并研究了其结构和力学性能,采用MM-200型摩擦磨损试验机对比考察了复合涂层同不锈钢对摩时在干摩擦与水环境中的摩擦磨损性能,并对涂层及偶件磨损表面形貌进行观察分析,采用X射线光电子能谱仪分析了偶件磨损表面典型元素的化学状态,探讨了涂层在水环境中的抗磨机理.结果表明:用火焰喷涂工艺制备聚苯硫醚复合涂层的过程中,聚苯硫醚粉末未发生明显降解与氧化;炭纤维含量影响复合涂层的粗糙度、显微硬度及与底材的结合强度;在水环境中炭纤维增强聚苯硫醚涂层表现出比聚苯硫醚涂层更优良的抗磨性能,这是由于水的冷却与冲刷作用使得复合涂层向偶件磨损表面的粘着转移明显减轻的缘故.     

微细铣削铅黄铜时微径铣刀的损伤研究

采用TiAlN涂层硬质合金微径铣刀在微小型机床上对铅黄铜(HPb63-3)工件进行了微细铣削加工试验研究,全面分析了微刀具的磨损、破损形态及磨损失效机理.结果表明:在微细铣削加工条件下,微径铣刀主要失效与磨损区发生在刀尖部位,刀具的磨损与破损形态呈现显著的尺度效应.微细铣削铅黄铜材料时,微刀具的主要失效形式表现为涂层剥落与刀尖破损;主要磨损机理为黏着磨损和磨粒磨损等损伤机制.刀具与工件之间存在着扩散作用,但并不是引起刀具磨损的主要原因.     

第22届材料磨损国际会议的简要评述

本文中对第22届材料磨损国际会议进行了总结与评述，对大会涉及到的传统磨损、表面技术、聚合物、腐蚀磨损、金属磨损、模型仿真和磨损检测等多个领域的最新进展做出了简要的概括，对今后摩擦学领域的研究重点进行了展望.      

有序态Fe3Al合金在水环境中的磨粒磨损行为

研究了不同载荷下含Ｃｒ的Ｂ２和ＤＯ３有序态Ｆｅ３Ａｌ合金在水中的磨粒磨损行为。采用扫描电镜分析了合金的磨损表面形貌和磨屑形貌。二次离子质谱分析结果表明：在水环境磨损条件下，随着载荷的增加，进入Ｆｅ３Ａｌ合金表层的氢浓度升高，合金表层的氢损伤加剧。在高载荷下由机械磨损所引起的材料流失仍占主导地位，相同载荷下Ｂ２有序态Ｆｅ３Ａｌ合金的磨损质量损失比ＤＯ３有序态Ｆｅ３Ａｌ合金低。     

一种搪瓷涂层的磨料磨损性能研究

利用转盘式磨料磨损试验机考察了非晶态搪瓷涂层的磨料磨损性能,并分析了磨损机理。结果表明：搪瓷涂层磨损受磨料颗粒的种类及尺寸以及滑动速度的影响,其磨损机制主要为脆性剥落;这种脆性剥落源于滑动过程中涂层磨损表面的裂纹形成及其扩展。     

二烷基二硫代磷酸锌添加剂对油润滑下填充聚四氟乙烯复合材料摩擦磨损性能的影响

利用MM-200型摩擦磨损试验机对比考察了聚四氟乙烯(PTFE)及其铜和镍填充复合材料在干摩擦以及液体石蜡和含商品添加剂二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)的液体石蜡-润滑下同GCr15轴承钢对摩时摩擦磨损性能,采用能量色散X射线显微分析(EDXA)测定了钢环磨损表面S和Zn元素的面分布,进而探讨了ZDDP对液体石蜡减摩抗磨作用的影响.研究表明:液体石蜡及含2%ZDDP的液体石蜡润滑均可大幅度降低摩擦副的摩擦系数,同时可显著降低PTFE-30%Ni复合材料的磨痕宽度,但对PTFE-30%Cu复合材料抗磨性能的影响不大.ZDDP作为添加剂可以有效地提高液体石蜡的抗磨作用,但对其减摩作用几乎无影响;ZDDP作为添加剂在摩擦过程中未发生摩擦化学反应,而是以物理吸附或化学吸附的方式在摩擦副接触表面成膜,从而起到抗磨作用.     

滑动模式对超高分子量聚乙烯摩擦磨损行为的影响

在自行研制的髋关节模拟试验机上,以交叉滑动及单向滑动2种方式对比考察了蒸馏水润滑条件下超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察分析了UHMWPE的磨损表面形貌并探讨其磨损机理.结果表明:在相同载荷条件下,UHMWPE在交叉滑动方式下的磨损率明显高于单向滑动方式;在交叉滑动方式下,UHMWPE的主要磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损及塑性变形引起的表层剥落,而在单向滑动下其磨损形式主要为磨粒磨损伴随着少量的疲劳剥片;不同滑动方式所导致的磨损机理差异是造成UHMWPE磨损性能变化的主要原因.与其它试验方式相比,在髋关节模拟试验机上所得出的试验数据更接近临床观测结果.     

载荷对Al2O3增强Y-TZP陶瓷磨损特性的影响

采用往复式摩擦磨损试验机研究了10%(质量分数计)Al2O3增强四方氧化锆多晶Y-TZP陶瓷材料(简称10ADZ)在不同载荷下的磨损行为与机制.结果表明:随着载荷的增加和滑动时间的延长,10ADZ陶瓷的磨损率增大,但并非呈线性增加,磨损率增长幅度不同;在62 N低载荷条件下,10ADZ陶瓷的磨损机制以犁沟和塑性变形为主;在124 N载荷下其主要的磨损形式为塑性变形、微切削和微断裂;而在310 N的高载荷下其主要的磨损机制为断裂磨损.     

激光熔覆Cuss/Cr5Si3金属硅化物复合涂层组织及耐磨性的研究

利用激光熔覆技术在奥氏体1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备出由Cuss增韧铜基固溶体(Cr5Si3)金属硅化物新型耐磨复合涂层,分析了其显微组织,并在室温干滑动摩损条件下评价其耐磨性能.结果表明:涂层中高硬度耐磨相Cr5Si3得到Cuss基体的有力支撑,同时由于Cuss的高导热、低摩擦及自润滑效果,使得复合涂层在室温干滑动磨损条件下具有优异的耐磨性能;随着铜基固溶体体积分数增加,涂层的硬度和耐磨性明显降低.