核环境下的摩擦、磨损与润滑

理解核环境下材料的摩擦、磨损与润滑问题对建设商用第三代核反应堆、发展新型四代堆以及验证未来先进聚变核能系统至关重要. 服役于核岛尤其是核反应堆一回路的机械部件及材料，不仅承受运动过程中循环应力及摩擦磨损，而且还要面对高温、腐蚀和辐射等极端环境，本文中针对反应堆中核环境下结构材料摩擦磨损问题，以及核环境下润滑材料特殊需求，总结了本领域研究进展及面临的挑战，并对推进及解决核环境下材料的摩擦、磨损与润滑研究提出了展望.      

亚表面引发原子转移自由基聚合构筑温度响应型纳米纤维油水分离膜

亚表面引发聚合是一种用于制备共价嵌入型聚合物刷的新型改性策略. 该方法在发展高稳定性聚合物刷功能化表界面材料方面具有显著的优势. 本工作利用亚表面引发原子转移自由基聚合(sSI-ATRP)对静电纺丝聚丙烯腈(PAN)基纳米纤维膜进行亚表面改性, 通过接枝聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)制备了温度响应型纳米纤维油水分离膜(PAN-sg-PNIPAM). 当温度低于低临界溶解温度(LCST)时, PNIPAM链与水分子之间的强氢键作用使得聚合物链完全伸展, 分离膜表面亲水且对油滴具有非常低的粘附力, 对油水乳液具有非常高的分离效率(达98.7%); 当温度高于LCST时, PNIPAM链失水收缩, 膜表面变得更加疏水且对油滴的粘附力显著增加, 其油水乳液分离效率显著降低, 仅为9.1%. 此外, 由于共价嵌入聚合物刷的高稳定性, 该分离膜在4 kPa压力下, 20 ℃和45 ℃之间可逆切换10个循环后, 仍能保持非常稳定的渗透通量. 本研究为发展高稳定性的智能型油水分离膜提供了一种新方法.     

直流射频等离子体增强化学气相沉积类金刚石碳薄膜的结构及摩擦学性能研究

利用直流射频等离子增强化学气相沉积技术在单晶硅表面制备了类金刚石碳薄膜．采用Raman光谱、红外光谱、x射线光电子能谱和原子力显微镜等研究了薄膜的微观结构和表面形貌,在UMT-2MT型摩擦磨损试验机上考察了薄膜在不同载荷与滑动速度下的摩擦学性能。结果表明：所制备的类金刚石碳薄膜具有典型的类金刚石结构特征,薄膜均匀、致密,表面粗糙度小,硬度较高;薄膜与Si3N4陶瓷球对摩时显示出良好的抗磨减摩性能;随着试验载荷与滑动速度的提高,薄膜的摩擦系数降低,耐磨寿命降低;薄膜的减摩抗磨性能同其在Si3N4陶瓷球偶件磨损表面形成的转移膜相关。     

滑动干摩擦条件下铸铁的摩擦学特性研究

系统地研究了铸铁材料在干滑动摩擦条件下的摩擦学特性。考察了铸铁石墨形态、合金元素及基体组织对其与钢配副时的滑动摩擦学特性的影响。研究结果表明：蠕墨铸铁具有良好的摩擦磨损特性；在铸铁中加入合金元素P和B可显著改善摩擦副的性能；同时，铸铁的基体组织对于摩擦磨损特性有十分显著的影响。     

离子液体添加剂对硬脂酸钾固体润滑薄膜摩擦磨损性能的影响

采用浸渍-提拉方法在单晶硅片上制备硬脂酸钾以及添加离子液体的硬脂酸钾复合薄膜,采用DF-PM型静-动摩擦磨损试验机考察薄膜在低速滑动条件下的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜和X射线能量散射谱仪观察分析薄膜及其偶件表面的磨损形貌及典型元素面分布.结果表明:在相对低速滑动条件下,在羟基化硅基底上制备的复合薄膜的摩擦磨损性能优于硬脂酸钾薄膜;在载荷为1.0 N条件下,含离子液体质量分数40.0%的复合薄膜的耐磨寿命超过5 000次,而硬脂酸钾薄膜仅为100次左右;随着复合薄膜中离子液体含量增加,复合薄膜更容易在偶件钢球表面形成有效转移薄膜,使复合薄膜摩擦磨损性能得以提高.     

纳米碳管/铝基复合材料的制备及摩擦磨损性能研究

利用粉末冶金法制备纳米碳管/铝基复合材料,研究不同纳米碳管含量对复合材料硬度和稳态摩擦磨损行为的影响,采用扫描电子显微镜观察复合材料的磨损表面形貌,并对其磨损机制进行探讨.结果表明:随着纳米碳管质量分数的增加,复合材料的硬度呈现先增大而后减小的趋势,含质量分数为2%的纳米碳管复合材料硬度比铝增加约80%;复合材料的摩擦系数逐渐降低,磨损率先减小而后增大;含质量分数为1%的纳米碳管复合材料磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损,而含质量分数为2%的纳米碳管复合材料以剥层磨损和疲劳磨损为主.     

Ti-6Al-4V微弧氧化陶瓷膜的微观结构及摩擦磨损性能研究

在NaAlO2和Na3PO4混合电解液中,利用微弧氧化技术在Ti-6Al-4V表面制备了氧化物陶瓷膜.用扫描电子显微镜、X射线衍射仪及显微硬度仪分别对微弧氧化膜的微观结构、相组成及其断面硬度进行分析,并对氧化膜致密层的摩擦磨损性能进行研究.结果表明:氧化膜表面呈现出多孔结构,氧化膜疏松层与致密层无明显界限,氧化膜与基底以犬牙交错形式结合;氧化膜主要由TiAl2O5和TiO2相组成,还含有少量AlPO4相和Al2O3相,氧化膜疏松层中TiAl2O5相的含量明显高于致密层;氧化膜内距Ti-6Al-4V基底约21 μm处的硬度存在最大值,两侧硬度降低;微弧氧化膜与Si3N4球对摩时具有较高的摩擦系数,磨损率比Ti-6Al-4V降低2个数量级,说明氧化膜致密层具有良好的耐磨性能,其磨损机制为微区脆性断裂.     

几种酰胺类化合物作为添加剂对钢—钢和钢—铝摩擦副摩擦学性能的影响

采用四球摩擦磨损试验机和SRV摩擦磨损试验机考察了 4种酰胺化合物对钢 -钢和钢 -铝摩擦副摩擦磨损性能的影响 ,用X射线光电子能谱 (XPS)分析了丙烯酰胺润滑下铝合金磨斑表面元素的化学状态 .结果表明 :对钢 -钢摩擦副 ,酰胺类化合物表现出一定的抗磨减摩作用 ,对钢 -铝摩擦副 ,丙烯酰胺和乙酰胺表现出良好的抗磨减摩性能 .XPS分析结果显示 ,铝合金磨斑表面存在 3种价态的氮的化合物及 2种价态的铝 ,表明其磨损表面生成了复杂的反应膜     

聚酰亚胺复合材料的摩擦性能及其机理研究

研究了含有固体润滑剂的炭纤维增强 PI复合材料在干摩擦和水润滑 2种状态下的摩擦磨损性能及其磨损机理 .结果表明 ,在水润滑条件下 ,摩擦系数和磨损率都有不同程度的降低 ,其中含 PTFE的炭纤维增强 PI复合材料的耐磨性最佳 ,最低磨损率为 9.9× 10 - 7mm3/ N· m.其主要原因可能与材料存在极性酰胺基团有关 ,酰胺基易通过氢键与水分子结合 ,在摩擦表面形成水吸附膜 ,使摩擦表面直接接触减少 ,从而改善材料的摩擦磨损性能     

纳米金刚石对电沉积镍基复合镀层微观结构及抗磨性能的影响

利用直流电沉积技术制备了纳米和微米镍镀层,以及纳米金刚石增强镍基复合镀层,考察了纳米金刚石颗粒对纳米及微米镍基质的表面形貌、微结构、硬度及磨损性能的影响．结果表明：引入纳米金刚石使得微米镍镀层的硬度和抗磨性能显著提高;但引入纳米金刚石对纳米镍镀层硬度的影响不大,对镀层的抗磨性能则反而产生不利影响．