电沉积纳米晶Ni-Co-Fe-P合金镀层的组织结构与摩擦磨损性能

用脉冲电沉积方法制备了纳米晶N i-Co-Fe-P合金镀层.采用X射线衍射（XRD）,透射电镜（TEM）,扫描电镜（SEM）,能谱分析（EDS）等方法研究了合金镀层的微观组织结构和成份.采用显微硬度计和摩擦磨损试验机测试合金镀层的显微硬度和摩擦磨损性能.结果表明：纳米晶N i-40.41%Co-6.16%Fe-1.63%P合金镀层的晶粒尺寸为8.3 nm,显微硬度和耐磨性明显高于不含P的N i-Co-Fe镀层;适当温度退火可以提高镀层的硬度及耐磨性;镀层的耐磨性与其硬度成正相关,且随着硬度的提高,镀层的磨损机理由磨粒磨损和黏着磨损共同作用转变为磨粒磨损主导.     

流体润滑状态下磨粒尺寸对液压泵磨损的影响

本文研究了流体润滑状态下磨粒尺寸对液压泵磨损的影响。结果表明,在液压系统中,泵的磨损主要决定于磨粒与泵内关键运动副动态间隙之间的尺寸关系:尺寸小于动态间隙的磨粒影响很小;尺寸明显比动态间隙大的磨粒不会对泵产生磨损作用;尺寸与动态间隙很接近的磨粒能使泵发生严重磨损。作者还利用扫描电子显微镜对流体润滑状态下三体磨粒磨损中的磨屑形貌进行了观察与分析,并且提出了控制液压系统中磨粒损磨的可行施措。     

堆焊熔敷层表面纳米晶层摩擦磨损性能研究

用预压力滚压技术在堆焊修复层表面制备纳米晶层.利用TEM、SEM分析技术研究表面纳米晶层微观结构,利用CETR-3型多功能摩擦磨损试验机考察在干摩擦条件下堆焊层表面纳米晶层的摩擦磨损性能.结果表明堆焊修复层表面经表面纳米化处理后,表面形成厚度约为10μm(晶粒尺寸小于100 nm)的纳米晶层,最表面层平均晶粒尺寸约为10 nm.纳米压痕试验表明纳米晶层的硬度提高,最表面纳米晶层的硬度约为原始堆焊层硬度的3倍.与原始堆焊试样相比,表面纳米化试样的摩擦系数降低了10%,磨损体积降低了25%~30%左右.表面纳米化样品的磨损机制由原始堆焊层的磨粒磨损和黏着磨损转变为磨粒磨损,分析表明晶粒细化导致的高硬度、低塑性是摩擦磨损性能改善和磨损机制改变的主要原因.     

滚压诱导梯度超细晶铜的润滑微动磨损特性研究

通过滚柱对纯铜表面进行大载荷的多次滚压,使其表层累积不同应变水平的塑性变形,对所形成的约150μm的塑性变形层沿深度方向的晶粒形态和分布进行分析,并对其显微硬度进行测试,表明该工艺在纯铜表层诱导形成了一种梯度超细晶结构;最表层平均晶粒尺寸约为662 nm,并随深度逐渐增至基体晶粒尺寸94μm;梯度超细晶铜(简称梯度铜)最表层硬度较基体硬度提高约45%,并随深度逐渐下降至基体硬度.在SRV IV试验机上对梯度铜和粗晶铜在润滑条件下的微动磨损特性进行对比研究.结果表明:梯度铜摩擦系数先减小后增大,并在大载荷下与粗晶铜趋于一致;梯度铜的主要磨损形式为磨粒磨损,而粗晶铜为磨粒磨损和疲劳剥落,部分区域出现氧化磨损;梯度铜抗微动磨损能力比粗晶铜提高10倍以上.     

高锰钢微合金化表层组织的转变及其对耐磨性的影响

本文利用X射线和透射电子显微镜考察了微合金化高锰钢在辊轧、静压和冲击磨粒磨损条件下表层组织的转变,发现高锰钢在加Nb并吹N_2以后形变时容易发生γ→α-M转变,而普通高锰钢和吹N_2高锰钢在相同条件下都只形成了大量的形变孪晶。冲击磨粒磨损试验表明,加Nb和/或吹N_2高锰钢的耐磨性比普通高锰钢的高33％—97％。文章指出,往高锰钢中加入适量的Nb,可以引起奥氏体在磨损过程中转变为形变诱发马氏体,这是强化奥氏体基体,提高高锰钢之加工硬化速率和耐磨性的有效途径之一。     

铝青铜合金的基本特性与摩擦学性能的关系

利用扫描电子显微镜和Ｘ射线衍射仪等对多种铝青铜合金的微观组织、微区成分、磨损表面形貌和磨屑等进行了观察与分析，研究了合金的基本特性与摩擦学性能的关系，探讨了边界润滑条件下铝青铜合金与４５＃钢对摩时的磨损机制．结果表明，铝青铜合金中软相与硬相的含量比和α－相的晶粒尺寸对合金的微观磨损形式和磨损机制都有重要影响：当较软的α－相与较硬的β－相＋Ｋ－相之和的相对含量比约为７０３０，α－相的晶粒尺寸在３２～６０μｍ之间时，铝青铜合金的摩擦学性能优良，主要磨损形式是轻度的粘着磨损、磨粒磨损和疲劳磨损；当软硬相的含量比更高或更低，且α－相的晶粒尺寸更大或更小时，铝青铜合金的主要磨损形式分别为严重的粘着磨损和疲劳磨损，或严重的磨粒磨损和疲劳磨损     

基于Mask R-CNN网络的磨损颗粒智能识别与应用

针对设备磨损故障诊断中磨粒识别技术难度高、工作主观经验影响大等问题,采用深度学习技术开展了磨粒智能识别的研究,提出了基于Mask R-CNN卷积神经网络的磨粒数字化表征方法. 该方法利用迁移学习训练基于Mask R-CNN网络的磨粒识别模型对图像中磨粒进行识别和实例分割,然后使用Suzuki85算法、迭代算法、等比例计算方法计算出磨粒的真实尺寸,解决了磨粒分析中难定量分析的问题. 结果表明:基于Mask R-CNN网络(采用R-101-FPN骨干网络)训练的磨粒识别模型可以对图像中多个异常磨损颗粒进行识别,综合准确率和召回率达到当前图像识别领域的主流水平. 辅以上述Suzuki85等算法,成功实现磨粒图像的定量评价分析,对促进设备故障诊断技术的自动化发展和工业应用具有一定的实际应用价值.      

Cr8型模具钢耐磨性能研究

在环/块对摩型磨损试验机上对比测试了不同载荷下4种Cr8型模具钢的干滑动磨损性能,测量磨痕宽度,观察磨损形貌,分析磨损机制.结果表明:不同载荷下均有磨粒磨损,随载荷增大氧化加剧并伴有粘附磨损,高载荷下氧化磨损的作用变大;磨损损失体积随载荷增加而增大,磨损损失体积总量与M7C3共晶碳化物量呈正线性关系:摩擦系数随载荷增加先升高后下降.     

陶瓷刀具干切削等温淬火球铁(ADI)的磨损机理研究

采用陶瓷刀具(CC650)和YG6硬质合金刀具对等温淬火球墨铸铁(以下简称ADI)材料进行干式精车切削试验, 采用带有X射线能谱分析的扫描电子显微镜观察刀具磨损表面形貌, 用能谱仪对刀具磨损微区和工件表面成分进行分析, 用X射线衍射仪对刀具、 ADI材料和切屑等试样进行物相分析, 研究陶瓷刀具磨损形态及其磨损机理. 结果表明: 刀具磨损的主要形式为磨粒磨损、粘着磨损、 扩散磨损及微崩和脱落; ADI材料中含有微量Al和Ti元素, 在较高速度下切削ADI材料时, 刀具与工件之间的亲和性增加而导致粘着磨损; 在刀具前刀面平均切削温度大于800 ℃以上时,ADI材料中的元素Fe和Si扩散到刀面,刀具中的元素Al和Ti扩散到ADI材料表面,从而加剧刀具的磨损;切削后ADI材料表面出现的Al2O3相及切屑中的FeCr相等高硬度化合物颗粒是造成CC650刀具磨粒磨损的主要原因.     

温度对准晶材料摩擦性能的影响

研究了温度对准晶材料 /类金刚石 ( DL C)涂层在干摩擦条件下的摩擦特性 ,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪及表面分析仪等对准晶材料表面形貌和晶体结构进行了观察与分析 .结果表明 ,温度对准晶材料表面摩擦特性影响显著 ,35 0℃下其磨损机制为剥层磨损 ,明显不同于室温下的磨损机制     

高速切削强化表面（HSMS）的摩擦学性能试验研究

借助X射线衍射应力分析仪、球-盘式滑动摩擦磨损试验机以及扫描电子显微镜等工具,考察了已加工表面的残余应力场与X射线衍射线半高宽分布特征,研究了高强度钢工件高速切削强化表面的摩擦学性能,探讨了强化表面的摩擦学性能与表面强化特征指标间的相关性.结果表明：合理的高速切削强化工艺能够有效提高高强度钢材料的滑动摩擦学性能;残余压应力场的作用深度是决定加工表面摩擦学性能的关键强化特征指标;位错密度增加和晶粒细化是提高强化表面耐磨性能的主要因素;高速切削强化表面的主要磨损机理为磨粒磨损、塑变磨损以及疲劳磨损等磨损机理.     

飞秒激光对金属材料表面烧蚀区的XRD分析

在激光脉冲宽度为30fs,重复频率为10Hz,靶面处激光功率密度为1013W/cm2条件下,开展了真空中飞秒激光对铝、铜材料的烧蚀效应研究。对材料表面烧蚀区进行X射线衍射分析的结果表明,材料的表面烧蚀区没有发生相变,X射线的反射强度发生变化,但该区晶面对X射线的反射强度随激光功率密度的增加发生了变化,其衍射峰处出现了明显的展宽并出现分叉,说明该区域的不同晶面对飞秒激光的吸收具有明显的取向作用。     

金属无润滑磨损过程的原位观察与研究

作者借助于新研制的可以直接观察磨损动态过程的试验装置和扫描电镜原位观察了无润滑条件下金属滑动表面的磨损特征与变化,发现摩擦表面可以划分为真实接触区和过渡磨损区,两者的磨损机理不同,真实接触区发生的是粘着磨损,而且磨粒沿摩擦力方向有明显增大的趋势;随着真实接触区的磨损,过渡磨损区可以逐渐转变为真实接触区,而且由于磨粒增多,非磨损区也可以逐渐转变为过渡磨损区。对磨损过程中摩擦力变化的测试结果表明,当磨损表面发生粘着时的粘着力与Bowden和Tabor粘着理论计算值十分接近。     

含WC陶瓷相电弧喷涂层耐磨粒磨损性能的研究

采用电弧喷涂含WC-CoNi金属陶瓷粉末的粉芯丝材,在低碳钢基体上制备铁基复合涂层,采用MLS-225型湿砂橡胶轮磨损试验机评价铁基复合涂层的耐磨粒磨损性能,利用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪对涂层的显微组织结构、磨损表面及其相组成进行分析.结果表明:含WC陶瓷相涂层的耐磨粒磨损性能较好,相对Q235钢提高约9倍;当粉芯中WC质量分数低于25%时,随着WC含量增加,涂层的硬度和耐磨性增加;当粉芯中WC质量分数超过25%后,涂层的耐磨性有所下降;电弧喷涂含WC陶瓷相涂层的磨损机制主要为硬质相的脆性剥离和轻微的塑性切削,在磨粒磨损条件下硬度较低的金属基体先磨损,硬度较高的WC和Fe3B硬质相起到阻止石英砂磨损的作用,从而降低了涂层的磨损.     

生物质燃油碳烟的组成和结构以及摩擦学特性研究

用自制碳烟捕集装置收集了生物质燃油碳烟(Bio-fuel soot,简称BS),采用四球摩擦磨损试验机考察了BS对液体石蜡(Liquid paraffin,简称LP)摩擦学特性的影响,借助扫描电镜/能谱仪、X射线光电子能谱仪、高分辨透射电镜、X射线衍射仪等分析了BS的组成、结构及摩擦学作用机理.结果表明:BS由平均粒径约40 nm的球形颗粒组成链状团聚体,主要成分为无定型碳和氧,并含少量石墨烯微晶,且其氧含量高于柴油碳烟.随着BS在LP中添加质量百分数的增大,最大无卡咬负荷先增大后减小,钢球平均磨斑直径呈线性增大,而平均摩擦系数先稍有减小后趋于增大.就摩擦学作用机理而言,一方面,BS中的含氧官能团使BS在摩擦过程中易于吸附到摩擦表面,影响边界润滑膜的作用;另一方面,BS引起磨粒磨损和腐蚀磨损,使得摩擦表面的金属氧化膜在摩擦过程中易脱落成磨粒,从而加剧磨损.     

二体磨料磨损犁沟及脊的三维有限元动态模拟

选用20#钢、45#钢、T8钢3种材料作为研究对象,利用三维有限元法动态模拟刚性球形磨粒在弹-线塑性平板上的压入-划动过程,所用磨粒半径为0.15mm,试样尺寸为1.2mm×1.2mm×3.0mm,划动距离1.2mm;采用ANSYS/LS-DYNA软件对每种材料在压入深度0.01～0.10mm范围内进行10次动态模拟.为验证模拟的有效性,在改装的HX-200型显微硬度计上进行单磨粒划伤试验,用OLS-1100型非接触式三维激光共聚扫描电子显微镜分析了相应的犁沟和脊.结果表明,模拟结果与试验结果相吻合,能够重现碳钢材料在磨损过程中的塑变行为,进而通过提取犁沟脊表面的节点坐标值,对材料犁沟两边塑变脊进行量化分析,得到脊形貌尺寸随磨粒压入深度、压入宽度和材料性能变化的规律,并建立了适用于碳钢系列材料塑变脊形貌与磨粒压入深度和宽度的关系曲线.     

冲击载荷下Al2O3磨料对齿轮磨损行为的作用机理研究

为了探究大型风电齿轮受冲击载荷在三体磨料磨损状态下的磨损特征与演变机理，需对初始磨粒混入的45钢斜齿轮磨损特征与运行状态进行分析研究.试验从齿轮磨损量、齿面磨损形貌分析、油液磨粒分析和振动分析4个方面进行磨损机理研究.利用磁粉制动器施加冲击载荷来模拟实际工况，使用颗粒计数器、单联式铁谱仪和扫描电子显微镜对油样磨粒和齿轮齿面损伤形貌进行观测.结果表明：初始硬质颗粒加速齿轮齿面磨损，导致齿轮提前进入剧烈磨损阶段，并引起齿面发生严重损伤，产生磨粒尺寸较大；对斜齿轮施加冲击载荷的加载方式加剧了磨粒磨损并扩大了应力集中，使得表面大磨粒脱落，齿宽降低，从而导致齿轮断裂失效.研究聚焦风电齿轮在风沙环境下易发生磨粒磨损的异常工况，研究结果将为改善风电齿轮在此类异常工况下的磨损状态，提供理论依据.     

聚氨酯在磨粒侵蚀条件下的表面化学效应

在工程实际中，由于高分材料的抗磨粒侵蚀性能都比较而得到了广泛的应用，然而载至目前，所见这类材料在磨粒侵蚀磨损机理方面的研究报道相当之少，而且仅局限于物理过程的考察。因此，对聚氨酯在磨粒侵蚀条件下的表面化学效应进行了试验研究。利用扫描电子显微镜、Ｘ射线光电子能谱仪和傅立叶表面红外分析仪，对这种高分子材料在磨粒侵蚀磨损前后表面的微观形貌、元素组成、结合能和官能闭进行了分析。     

电沉积方式对纳米晶钴镀层的结构和摩擦学性能影响研究

采用不同电沉积方式制备了不同结构和晶粒尺寸的纳米晶钴(Co)镀层.采用扫描电镜和X-射线衍射仪分别分析了镀层表面形貌、晶相结构与晶粒尺寸.采用MV-2T显微硬度计测试镀层的硬度.最后采用UMT-3M多功能摩擦磨损试验机对镀层的摩擦和磨损性能进行了评价,并用扫描电镜对其磨损表面进行了观察分析.结果表明:电沉积方式对制备的纳米Co镀层的晶相结构、晶粒尺寸、镀层形貌和摩擦磨损性能影响显著;采用双脉冲制备的纳米Co镀层具有最小的晶粒尺寸、最高的硬度及较好的耐磨性能;采用单双脉冲混合电镀制备的纳米Co镀层表面针孔孔洞直径最小,结构最致密,耐磨性能最好.这些研究结果说明可通过优化电沉积方式来提高镀层的结构致密性,改善其硬度和耐磨性能.     

涂铁基非晶涂层的磨粒磨损性能研究

用电弧喷涂技术在Q235钢基体上制备一种高非晶含量的Fe基合金涂层.用MLS-225型湿砂橡胶轮磨损试验机评价铁基复合涂层的磨粒磨损性能,利用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪对涂层的显微组织结构、磨损表面进行分析.结果表明,涂层中含有一定量的非晶相,通过Verdon方法对XRD图谱进行Pseudo-Voigt函数拟合,计算得出涂层的非晶相含量约为49%.涂层呈典型的层状组织结构,结构致密,孔隙率低,具有很高的硬度和耐磨性,显微硬度在HV900~1 050范围内,属于硬质涂层.涂层耐磨粒磨损性能为Q235钢的12.2倍.其磨损机制主要为脆性剥落.