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.     

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.     

在氮气介质中WC-Co/Ti6Al4V摩擦副的摩擦磨损性能研究

在THT07-135型高温摩擦磨损试验机上采用销-盘式接触形式,研究了WC-Co硬质合金/Ti6Al4V钛合金摩擦副在氮气介质中的摩擦磨损性能,并与空气介质中的摩擦磨损性能进行对比.结果表明:与空气介质相比,在氮气介质中WC-Co/Ti6Al4V摩擦副的摩擦系数稍低;WC-Co硬质合金比Ti6Al4V钛合金的磨损量低得多,氮气介质具有一定的减磨作用;钛合金材料的主要磨损机理为摩擦副之间产生较强的犁沟与挤压撕裂,而硬质合金的主要磨损机理为磨粒磨损与粘结剥落.     

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.     

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.     

风沙环境下钢结构表面涂层冲蚀行为与侵蚀机理研究

风沙环境的侵蚀和劣化作用严重影响着基础设施的安全耐久性.本文根据风沙环境特点,利用气流挟沙喷射法对钢结构涂层进行冲蚀试验,研究了涂层在风沙环境下的冲蚀磨损特性、冲蚀行为和侵蚀机理.结果表明:涂层磨损量随沙剂量和冲蚀速度的增加而增加;侵蚀机理为在低角度冲蚀下,涂层主要受微切削作用,而在高角度冲蚀下,主要受冲蚀挤压变形作用,由于涂层强度低而韧性较好,其在低角度冲蚀下的磨损更为严重.     

锡黄铜在3.5%NaCl中的液固两相流冲蚀机理研究

利用旋转式冲蚀磨损试验机,对锡黄铜在3.5%NaCl溶液中进行液固两相流冲蚀磨损试验,利用扫描电镜详细分析了不同条件下锡黄铜表面的微观形貌、失效规律及微观破坏机理.结果表明:锡黄铜在失重的不同阶段对应不同的磨损机制,在不同外界条件下其破坏机制也不尽相同.锡黄铜在阴极保护即无腐蚀影响下,试样发生严重冲蚀前存在门槛速度,冲蚀形貌主要以犁削和铲削为主同时兼有切片.当冲蚀速率增加,冲蚀切削形貌减少,而冲蚀时间的增加将导致冲蚀率首先增加后减小并趋于平衡;在无阴极保护作用下,试样表面出现腐蚀凹坑,冲蚀率大幅度增加,随着冲蚀速率的增加失重率增加,但随冲蚀时间增加,冲蚀率减小.     

氯化橡胶涂层冲蚀磨损行为的研究

针对含有海砂的海水环境,研究了氯化橡胶涂层在不同冲击角度、不同海砂浓度的环境中的冲蚀磨损行为及机理.结果表明:在含砂的海水环境中,氯化橡胶涂层的最大冲蚀磨损量发生在冲蚀角度为67.5°,最小冲蚀磨损量发生在冲蚀角度为22.5°;在不同冲蚀角度下,冲蚀磨损量均随着海砂浓度的增加而增加;低角度冲蚀磨损时,涂层的破坏形式主要以切削和犁削为主,高角度下,涂层的破坏形式则以变形与凿击为主.     

铸造铝青铜合金Cu-14Al-4Fe-Mn的摩擦磨损性能

用往复式摩擦磨损试验机考察了新型高强度、高耐磨性铸造铝青铜合金Cu-14Al-4Fe-Mn(代号HSWAB)的摩擦磨损性能,利用形貌扫描电子显微镜观察分析了合金磨损表面形貌,探讨了其磨损机理.结果表明,HSWAB合金在干摩擦和油润滑条件下的摩擦磨损性能及磨损机理存在明显差异.在干摩擦条件下,合金中脱落的硬质点及氧化物等磨粒导致较为严重的磨粒磨损,摩擦系数高、磨损率大,主要磨损机理为磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损及疲劳磨损.在油润滑条件下,摩擦系数和磨损率均显著降低,疲劳磨损和氧化磨损受到抑制,主要磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损.Cu-14Al-4Fe-Mn合金在油润滑条件下的摩擦系数低达0.08,磨损率低达3.7×10-6g/m,是一种优良的耐磨材料.     

端铣Ti40阻燃钛合金的刀具磨损破损形态及其机理

分别采用油冷和低温喷雾射流冷却方法开展了涂层硬质合金刀具端铣Ti40阻燃钛合金试验,结合铣削力和铣削温度,对刀具磨损破损形态及其磨损机理进行了系统研究.结果表明:涂层硬质合金刀具在铣削Ti40阻燃钛合金时主要磨损形式为前刀面月牙洼磨损和后刀面边界磨损;前后刀面破损形态主要表现为涂层贝壳状剥落、裂纹和微崩刃.磨损机理主要是黏结磨损、磨粒磨损、氧化磨损及疲劳破损的综合作用.铣削高温是造成硬质合金刀具快速磨损的主要原因.低温喷雾射流冷却方式明显降低了铣削温度,减轻了刀具黏结磨损、氧化磨损,同时抑制了刀具边界磨损的发展速度,因而大幅度提高了刀具的耐用度.     

基于纳米压痕试验的混凝土微观耐久性表征

利用纳米压痕和扫描电镜研究了不同冻融循环下混凝土的微观性能,揭示了冻融循环所导致混凝土退化的机理．纳米压痕结果显示,混凝土浆体的压痕模量与硬度的相关系数很大,并且都不满足正态分布．本文利用核密度估计来计算浆体微观性能的概率密度函数．根据浆体和骨料的性能差异,用阶跃函数来拟合界面过渡区的微观力学性能,同时利用扫描电镜观察界面过渡区的形貌．采用以上两种方法研究不同冻融循环下的混凝土,发现在不同的尺度下,冻融循环对混凝土的影响不同：在纳米尺度下,由于水的参与,高密度水凝胶会进一步形成;而在微米尺度下,由于冻融循环中水结冰膨胀和材料多相性,微裂纹进一步扩展,导致断裂能量降低,混凝土表现出宏观退化．     

碳纤维/环氧树脂仿贝壳珍珠层结构强韧机制与性能优化的实验研究

材料的轻量化设计在生产实践中具有重大意义,将天然贝壳珍珠层结构应用到现有的高性能人工合成材料上,能够获得性能更加优异的轻质高强结构材料。本文采用碳纤维/环氧树脂复合材料,设计出了多种具有规则"砖-泥"交错叠层结构的仿贝壳珍珠层复合材料,通过力学性能测试实验、微观结构表征及力学原理分析等对不同片层单元长度及不同单元搭接形式的材料在拉伸载荷下的力学行为进行了研究,探索了其微观结构对材料强度和韧性的影响机制。结果表明,"砖-泥"交错叠层结构中"砖块"单元长度是影响材料强度和韧性的关键因素,而在此基础上通过对片层搭接形式的优化设计,可进一步改善其内部的应力分布与载荷传递机制,从而实现其强度和韧性的进一步提升与有效调控。     

润滑条件下金刚石薄膜及石墨／金刚石复合薄膜的摩擦学性能

利用SRV摩擦磨损试验机对比考察了液体石蜡润滑时硬质合金基体上金刚石薄膜和石墨 /金刚石复合薄膜的摩擦学性能 ,采用扫描电子显微镜对试样和磨痕表面形貌进行了观察分析 ,并进而探讨了磨损机理 .结果表明 ,在润滑条件下 ,石墨 /金刚石复合薄膜的摩擦系数和磨损体积损失均较金刚石薄膜的小 ,金刚石薄膜和石墨 /金刚石复合薄膜的主要磨损机理均为亚微断裂磨损 ,而石墨膜可以有效地减轻亚微断裂磨损     

磁过滤多弧离子镀C/C多层膜在模拟体液中的微磨粒磨损行为

采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术在Ti6Al4V表面制备C/C多层DLC膜,利用纳米压痕划痕仪测试薄膜的纳米硬度和膜-基结合强度,采用微磨粒磨损试验机对C/C多层DLC膜在模拟体液环境中的磨损性能进行评价,并与Ti6Al4V的耐磨性能进行对比.结果表明:C/C多层DLC膜硬度达54.82 GPa,弹性模量和划痕临界载荷分别为342.27 GPa和0.52 N;在模拟体液环境中DLC膜的耐磨性能显著优于Ti6Al4V合金,DLC膜的磨损机制主要包括二体磨损及混合磨损;随着料浆浓度的增加,DLC膜的磨损机制从二体磨损向混合磨损过渡.     

WSi_2/MoSi_2复合材料的摩擦磨损特性

选用 MM- 2 0 0型摩擦磨损试验机测定了不同载荷条件下 WSi2 /Mo Si2 复合材料与 45 #钢配副的干摩擦磨损性能 ,采用扫描电子显微镜和 X射线衍射仪分析讨论了其磨损机理 .结果表明 :WSi2 /Mo Si2 复合材料在高于 80 N载荷条件下具有比较稳定的摩擦磨损性能 ;在 85～ 1 3 5 N范围内其摩擦磨损性能优于 Mo Si2 材料 .WSi2 /Mo Si2 复合材料的磨损机理表现为脆性断裂和粘着磨损     

煤粉燃烧中NOx和SOx生成的详细反应机理模拟

采用详细化学反应机理与CFD方法耦合的煤粉燃烧数值模拟程序,计算了煤粉燃烧过 程中CO, NOx和SOx等的浓度分布特性. 通过与实验对照,验证了数值模拟方法的 可靠性,并分析了燃烧温度和煤粉细度等因素对于NO生成的影响. 结果表明温度对于NO的 生成影响较大,随着温度的增加,NO的生成浓度明显增加;对于不同煤种,可能存在一个温 度点,这时NO的生成速率将非常快;在计算范围内,温度对SO2的最终生成浓度没有 明显影响,而只影响SO2的释放过程. 煤粉细度对于NO生成有较小的影响.     

Al—TiO2体系热扩散反应合成Al3Ti／Al复合材料的磨损性能研究

针对Al-TiO2 体系 ,采用热扩散反应合成方法制备了Al2 O3 /Al和Al3 Ti/Al复合材料 ,考察了复合材料的组织结构特性、磨损性能及磨损机理 .结果表明 ,Al-TiO2 体系的热扩散反应合成产物为Al2 O3 和Al3 Ti,其中Al3 Ti呈棒状 ,相对均匀地分布于Al基体中 ;Al2 O3 为细小颗粒 ,偏聚于Al基体的晶界 .随着反应物中TiO2 /Al摩尔比的提高 ,产物中Al2 O3 和Al3 Ti的体积含量增加 ,复合材料的耐磨性明显提高 .复合材料的磨损失效主要源于其在反应过程中产生的微空隙 (裂纹核 )在摩擦载荷反复作用下的生长、扩展和摩擦表面的疲劳断裂     

空间润滑谐波减速器失效机理研究

为研究空间环境下谐波减速器失效机理,并为其可靠性寿命试验提供理论基础,对空间润滑谐波减速器进行5 000 h真空寿命试验.结果表明:DLC薄膜与润滑脂(Braycote601)复合润滑的柔轮-刚轮齿面运转良好,Braycote601油脂单独润滑的柔轮内壁-柔性轴承外圈出现严重磨损.对其进行混合润滑数值分析,结果显示在3～150 r/min的转速范围内,该接触区域始终处于混合润滑状态并由此导致磨损产生,微凸体直接接触所负担的载荷比例随转速的增加而减小,随温度与载荷的增加而增大;低速运转时,温度与载荷对微凸体接触程度的影响效果明显,但随着转速的增大,温度与载荷的影响快速减弱.     

石墨对三氧化二铝/铜金属陶瓷复合材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金技术制备了Al2O3／Cu石墨复合材料；采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了石墨对Al2O3／Cu基金属陶瓷复合材料摩擦磨损性能和硬度的影响；采用扫描电子显微镜分析了复合材料磨损表面形貌．结果表明：Al2O3／Cu基复合材料的摩擦系数随石墨含量的增加而降低，当石墨含量大于1.0％后，摩擦系数降低明显；当石墨含量低于3％时，Al2O3／Cu基复合材料的磨损体积损失随石墨含量的增加而降低；当石墨含量低于2．0％时，石墨对Al2O3／Cu基复合材料的硬度无明显影响；当石墨含量超过3．0％后，Al2O3／Cu基复合材料的硬度随石墨含量的增加迅速降低；此外，石墨使得Al2O3／Cu基复合材料磨损表面的微裂纹减少、裂纹长度缩短；当石墨含量达到2．5％时，复合材料磨损表面微裂纹消失．这是由于石墨在磨损表面形成固体润滑膜，从而降低摩擦力并减少裂纹源所致．