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.     

泡沫镍/聚氨酯双连续复合材料的液滴冲蚀行为研究

利用液滴冲蚀试验装置,开展了泡沫镍/聚氨酯双连续复合材料和纯聚氨酯的液滴冲蚀试验研究,并采用PIV系统,测量了液滴冲蚀中液滴速度和直径. 结果表明:随着冲击能量的增加,复合材料表现出比纯聚氨酯更好的抗液滴冲蚀性能;泡沫镍结构参数对复合材料的液滴冲蚀行为有重要影响,泡沫镍孔径越小、体密度越大,复合材料的抗冲蚀能力越强;密集的金属骨架能有效阻挡高速液滴的破坏作用,并为树脂基体提供较强的阴影保护效应和地毯保护效应,显著提高复合材料的抗冲蚀性能.      

Reynolds数对大攻角细长旋成体绕流滚转角效应影响的数值研究

使用低耗散的Roe格式,数值模拟了Reynolds数(Re)对大攻角细长旋成体绕流滚转角效应的影响.模型头部加了几何小扰动块以引发流场的不对称.在较大的Re数(Re=10 5)下,本文的计算结果与实验是相符的,此时细长体的滚转会导致双稳态、双周期现象,即侧向力随滚转角呈现类似方波形式的双周期变化,方波中侧向力基本保持不变的状态对应于流场的正则态,且两个正则态的侧向力方向相反,方波中侧向力基本保持不变的状态对应于流场的正则态,且两个正则态的侧向力方向相反;而在较小的Re数(Re=4 000)下,如果扰动足够大,细长体的滚转将导致不同的双稳态现象,此时两个正则态的侧向力方向相同,而在较小扰动下双稳态现象不再出现;Re数更小时(Re=1 000),即使在较大的扰动下,双稳态现象也不再出现,侧向力随滚动角仍是连续变化的.本文的计算结果表明,Re数越小,流场对头部扰动的感受性越弱.     

碰撞角对爆炸复合材料界面状态的影响

复合材料界面状态是衡量复合质量优劣的主要评定因素之一,焊接参数和界面状态之间存在着紧密的联系。为了获得理想的复合质量,必须正确选择爆炸焊接参数。本文在实验的基础上,通过理论研究和数值计算,探讨了爆炸复合的力学模型及物理机制,验证了碰撞角对再入射流的质量(或再入射流的厚度)和爆炸复合材料界面状态存在的影响,得出了波形的变化趋势与碰撞角的变化趋势相一致的结论,同时确立了波形参数和碰撞角的半定量表达式,拓展和深化了爆炸复合的研究领域,丰富和发展了爆炸复合的成波机理,从而能够更好地指导工程应用,减少工程损耗,提高复合质量和工作效率。     

三维双连续铜/石墨自润滑复合材料的构筑及其摩擦磨损性能研究

以聚氨酯海绵为三维连续网络结构模板,采用浸渍法在聚氨酯海绵骨架表面均匀涂敷石墨浆料构筑具有三维连续网络结构的石墨骨架,然后在石墨骨架中填充铜合金粉,经排胶-热压烧结工艺制备石墨相和金属铜呈三维双连续复合型结构的铜/石墨自润滑复合材料.研究考察了三维双连续复合结构对材料承载能力和抗冲击破坏能力的影响,并探究了材料在重载作用下的摩擦磨损行为.结果表明：通过三维双连续结构设计,能够有效改变石墨相的富集状态和分布形式,并借助连续金属铜基体的高承载作用,显著提升材料在重载作用下的减摩抗磨性能.在180 N载荷下与轴承钢相对摩擦时,块体663铜合金和均相铜/石墨复合材料均出现急剧磨损并与摩擦配副发生“卡咬”现象,其中块体663铜合金与配副由于“卡咬”严重而停止试验,均相铜/石墨复合材料的磨痕深度达1.38 mm.然而,具有三维双连续结构的铜/石墨复合材料的摩擦系数可保持约在0.12左右,磨痕深度为0.16 mm,展现出优异的长时间耐磨损性能,磨损率约为5.3×10-6 mm3/(N·m).同时,该结构设计能够大幅减少石墨相与金属铜间的弱界面数量,并有效利用连续石墨相对裂纹传播路径的“歧化”引导和金...     

表面织构对PTFE复合材料摩擦磨损行为的影响

为了研究表面织构对聚四氟乙烯(PTFE)复合材料摩擦磨损性能的影响规律及其作用机理,采用BBD响应面法对试验进行设计与分析,利用LSR-2M往复摩擦试验机测试了复合材料的摩擦学性能,建立了织构参数与摩擦系数和体积磨损率之间的二次回归模型,研究了槽宽、间距和角度参数及其交互作用对复合材料摩擦学性能的影响.结果表明:二次回归模型显著,拟合精度分别为82.9%和83.2%,预测出槽宽323.2μm、间距295.4μm、角度88.7°时摩擦系数存在最小值0.147,槽宽331.1μm、间距307.6μm、角度87.6°时体积磨损率存在最大值8.11×10^-5 mm³/(Nm);织构增大了初始摩擦系数和体积磨损率,但有利于储存磨屑,在接触应力作用下磨屑中的纳米粒子与槽底及侧面的粗糙峰形成了机械互锁,提高了磨屑的附着力,促进了转移膜的生成.     

镍涂层对碳纳米管/镁复合材料界面结合强度影响的分子动力学模拟

使用分子动力学模拟方法研究了镍涂覆单壁碳纳米管(SWCNTs)增强镁基复合材料的力学行为.结果表明,镍涂覆SWCNT/Mg复合材料的杨氏模量显著大于未涂覆SWCNT/Mg复合材料的杨氏模量,在碳纳米管表面修饰的Ni涂层可有效传递碳纳米管和Mg基体之间的载荷.此外,还研究了Ni涂层数对SWCNT/Mg复合材料界面结合强度的影响.对于不同Ni涂层数,即无Ni涂层、1层Ni涂层和2层Ni涂层,涂覆1层Ni和2层Ni的SWCNT从Mg基体中完全拔出后的界面结合强度分别约为无Ni涂层SWCNT/Mg复合材料界面结合强度的3.9和11.9倍.     

石墨相形态对铜/石墨复合材料摩擦学性能和可靠性的影响

采用真空热压烧结工艺制备了石墨相形态为粉体(粒径约5 μm)、鳞片状(粒径445~636 μm)和近球形颗粒状(粒径200~300 μm)的铜/石墨复合材料,考察了以Al₂O₃陶瓷为摩擦副条件下石墨相形态对铜/石墨复合材料摩擦磨损性能及作用机制的影响,并探讨了材料在外载作用下的可靠性. 结果表明:石墨相形态不同时,石墨相和金属铜在材料中的分布方式也随之改变,进而影响到材料的摩擦学性能和力学性能. 在保持复合材料中石墨相含量不变的基础上,将石墨相形态从微米级粉体转变为各向异性的大块鳞片状石墨,再转变为各向同性较好的大尺寸近球形颗粒状石墨时,石墨相在材料中与金属铜形成的弱界面含量逐渐减小,金属铜的三维连续性变得更好. 材料在受到外载破坏时,从石墨相与铜基体界面萌生裂纹的扩展应力可被连续金属铜及时吸收钝化,使材料抵抗裂纹破坏的能力明显提高. 当石墨相为近球形颗粒状时,材料的抗弯强度、抗压强度、断裂韧性和冲击韧性分别高达155.4±3.6 MPa、353.5±24.7 MPa、5.3±0.6 MPa·m1/2和4.0±0.4 J/cm2. 此外,石墨相形态对材料的摩擦学性能也有重要影响,当石墨相以粉体形态存在时,石墨相与金属铜间形成的弱界面越多,铜基体的连续程度被石墨显著割裂,在摩擦力作用下割裂的铜颗粒易被剥离进入摩擦界面,与摩擦副形成“三体”磨损,导致材料的大量磨损. 当石墨相以鳞片状形态存在时,石墨相的聚集程度相对增加,使得金属铜的连续程度相对提高,可避免发生类似复合粉体形态石墨材料的磨损. 但是,鳞片状石墨呈大块片层状,形状各向异性,随着材料表面鳞片石墨的摩擦损耗,或者垂直于材料表面的鳞片石墨较多时,将造成摩擦副间摩擦系数较大的波动. 当石墨相为近球形颗粒状时,较为均匀的石墨相空间分布状态、三维连续结构的铜基体和润滑相/承载基体呈现的软/硬交替结构使得铜/石墨复合材料具有低且平稳的摩擦系数以及优异的减摩抗磨性能. 本文中以Al₂O₃栓为摩擦对偶时,复合材料的摩擦系数和磨损率分别低至0.13±0.02和5.4×10?6 mm3/(N·m).      

PAN炭纤维预制体对C/C复合材料滑动摩擦磨损行为的影响

以二维平纹编织叠层炭纤维坯体(2D)、二维无纬布/炭毡混合叠层针刺毡坯体(2DN)、三维正交编织炭纤维坯体(3D)为预制体,采用化学气相渗透结合树脂浸渍炭化技术进行增密,制备了4种C/C复合材料.在室温干态条件下测试4种C/C复合材料与表面镀Cr的40Cr钢配副时的滑动摩擦行为.结果表明:在试验载荷下,采用2D坯体增强的C/C复合材料摩擦系数最高;随载荷增加,其摩擦系数和磨损体积的波动幅度最大,分别为0.17和1.22mm3;采用2DN坯体的2种C/C复合材料摩擦系数较低,在0.13～0.17之间,且随时间延长呈下降趋势;其余2种坯体的C/C复合材料摩擦系数则上升.4种材料摩擦系数的波动幅度均逐渐降低.SEM观察表明:采用2D坯体C/C复合材料在低载荷下的摩擦表面粗糙,充满磨屑,高载荷下能形成了较松散的摩擦膜.而采用2DN、3D坯体的C/C复合材料摩擦表面部分形成了较完整、致密的摩擦膜,部分呈现显著的纤维磨损和摩擦膜大块剥落形貌.     

2.5维自愈合C/SiC复合材料的压缩力学行为

试验研究了2.5维自愈合C/SiC复合材料的压缩力学行为,根据材料的细观结构特点,建立了压缩载荷下的损伤力学模型,得到了经纬向压缩的非线性应力应变关系,预测结果与试验值吻合较好。结果表明,经向和纬向的力学行为不同,纬向的压应力逐渐增大时,切线模量逐渐增大,压缩强度为270.05MPa,而经向压应力逐渐增大时,层间损伤逐渐发生,经纱承受的弯矩越来越大,切线模量逐渐降低,破坏强度为128.66MPa。     

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.     

纤维取向对C／C复合材料滑动摩擦磨损特性的影响

采用M-2000型摩擦磨损试验机研究了干摩擦条件下纤维取向对C／C复合材料与40Cr钢摩擦副摩擦磨损特性的影响．结果表明：随着载荷增加，纤维轴向与滑动方向一致（X方向）时的摩擦系数较垂直滑动方向／摩擦表面（Y／Z方向）时的变化幅度低，X方向试样基体炭的磨屑损耗快，磨损较大；Y／Z方向试样基体炭的磨屑移动能力低，易堆积成膜，但在高载荷下纤维易被剪切．对于全光滑层热解炭材料，随着载荷增加，其X方向的磨损体积损失在0．4266～0．997mm^3之间，Y方向的磨损体积损失在0．448～1．020mm^3之间，而Z方向的磨损体积损失在0．349～1．420mm^3之间；对于全树脂炭材料，X方向的磨损体积损失随载荷增加在0．429～1．134mm^3之M波动，而Y方向的磨损体积损失在0．237～0．981mm^3之间变化．     

n-ZrO2/Ni复合电刷镀层的微动磨损行为

利用电刷镀技术制备n-ZrO2/Ni复合镀层,研究复合镀层与GCr15配副从室温到500 ℃的微动磨损行为,探讨了复合镀层的微动磨损机理.结果表明:随着试验温度升高,由于磨损表面发生摩擦氧化反应,形成具有固体润滑作用的氧化物保护层,使得其摩擦系数逐渐降低,当试验温度为500 ℃时,氧化物保护层大面积脱落导致摩擦系数上升;复合电刷镀层的显微硬度随温度升高而显著下降,导致其抗磨损性能降低;复合电刷镀层在室温下的微动磨损失效机理主要以剥层磨损为主,在200 ℃以上主要为剥层磨损,并伴有一定程度的粘着磨损.     

厚热塑性复合材料AS4/PEEK角铺设层合板的层间应力分析

将表征热塑性复合材料AS4 /PEEK非线性行为和应变速率相关行为的三维弹塑性模型通过程序加以实现。将程序计算结果和文献实验结果相比较可以发现,二者吻合较好,验证了所生成程序的有效性。计算了厚的AS4 /PEEK角铺设层合板[±25]s4在不同界面上的层间应力。由层间应力的三维分布图,分析了不同界面上层间应力的分布特征,并说明了可能引起层间分层的主要因素。     

镍基合金－碳化铬复合涂层耐磨特性的研究

用真空熔烧法在４５＃钢表面制取了镍基合金－碳化铬复合涂层，用扫描电子显微镜和Ｘ射线衍射仪分析了这种涂层的微观结构、物相组成和性能，并对这种涂层的耐磨特性进行了试验研究．结果表明：镍基合金－碳化铬复合涂层与底材形成了牢固的冶金结合，同时还含有较高比例的硬质相；碳化铬的加入使涂层的耐磨性显著提高，在给定的试验条件下分别于干摩擦和２０＃机械油润滑时，镍基合金－碳化铬复合涂层的耐磨性比４５＃钢的分别高５倍和１０倍以上     

(Ni-P)-石墨复合镀层的耐磨减摩行为

利用电沉积工艺制备了(Ni-P)-石墨复合镀层,并在环-块试验机上对其摩擦系数、磨损率和摩擦力矩进行了试验研究,认为正确选择复合镀层的对磨副是发挥镀层中石墨减摩作用的关键之一,配副双方的强度(或硬度)应基本相当而且不易发生粘着。文章还报道了对复合镀层中磷与石墨含量之最佳配比的考察结果。同时,作者还结合磨屑与磨痕形貌的观察结果等提出了石墨减摩膜形成过程的模型,并指出外载荷是影响石墨减摩膜稳定存在的重要因素。     

SiC/环氧树脂复合材料冲蚀磨损性能的研究

采用环氧树脂为粘接剂制备了SiC/环氧树脂复合材料,在自制的射流式冲蚀磨损试验机上研究了SiC/环氧树脂的冲蚀磨损性能.结果表明:大尺寸SiC颗粒制备的复合材料较小尺寸SiC颗粒制备的复合材料具有更好的冲蚀磨损性能,且大尺寸SiC颗粒复合材料的冲蚀磨损性能优于Q235钢,而小尺寸SiC颗粒复合材料则低于Q235钢.随着冲蚀角度的变化,其平行材料表面的切削分量和垂直材料表面的冲击分量将会发生变化,低角度冲蚀磨损机理以显微切削和碾压造成环氧树脂及SiC颗粒的层片状脱落为主转变为高角度冲蚀磨损以SiC颗粒碎裂造成环氧树脂疲劳脱落为主.     

复合材料层合板的数值分析与实验

本文用云纹干涉法和逐层分析有限元法研究了Gr/PEEK[0/45－45/90]2S复合材抖层合板的变化特征,在层与层交接处,特别是0°与45°和一45°与90°层交接处,位移存在较明显的变化,说明这两种层接处有比较大的层间应力,是脱层的易发处.计算与实验结果都证实了这种变形特征．