SiC/(W,Ti)C梯度陶瓷喷嘴材料的制备及其冲蚀磨损机理研究

针对陶瓷喷嘴磨损特点,在喷嘴材料的设计和制造中提出运用梯度功能材料理论,通过控制陶瓷喷嘴材料的成分分布以实现其力学性能的合理梯度变化,将梯度陶瓷喷嘴材料制备过程中所产生的残余压应力引入喷嘴入口以提高喷嘴入口的力学性能,从而缓解喷嘴入口的高应力,提高其抗冲蚀磨损能力.采用热压烧结工艺制备SiC/(W,Ti)C梯度陶瓷喷嘴材料并分析其冲蚀磨损机理.结果表明,在相同冲蚀磨损条件下,梯度陶瓷喷嘴材料的抗冲蚀磨损性能较非梯度陶瓷喷嘴材料显著提高,这是由于梯度陶瓷喷嘴应力状态的改善及其力学性能提高的缘故.梯度陶瓷喷嘴材料的磨损机制为入口处呈现疲劳断裂、中间呈现微切削、出口处呈现疲劳断裂和脆性断裂特征.     

水煤浆喷嘴热冲蚀磨损机理研究

采用1Crl8Ni9Ti不锈钢、YG8硬质合金和Al2O3／(W，Ti)C陶瓷3种材料制备了水煤浆喷嘴，考察了其在水煤浆雾化和燃烧过程中的热冲蚀磨损机理．结果表明：喷嘴材料的硬度对水煤浆喷嘴的热冲蚀磨损行为具有重要影响；在相同条件下，高硬度的Al2O3／(W，Ti)C陶瓷喷嘴的冲蚀率最低，YG8硬质合金次之，硬度较低的1Crl8Ni9Ti不锈钢喷嘴的冲蚀率最高；在热冲蚀磨损工况下，1Crl8Ni9Ti不锈钢水煤浆喷嘴主要呈现微切削特征，YG8硬质合金水煤浆喷嘴主要呈现晶粒剥落特征，而Al2O3／(W，Ti)C陶瓷水煤浆喷嘴主要呈现研磨损伤和热崩特征．     

Al2O3基陶瓷刀具材料摩擦磨损特性及其有限元分析

以添加TiC、Ti（C，N）和SiCw 3种Al2O3基陶瓷刀具材料作为研究对象，在MRH-3型高速环-块摩擦磨损试验机上研究3种陶瓷刀具材料在相同试验条件下的摩擦磨损性能，通过扫描电子显微镜对陶瓷的磨损表面进行观察，并利用ANSYS有限元软件分析计算磨损时的应力分布．结果表明，Al2O3基陶瓷刀具材料的摩擦磨损特性与其添加剂的种类有关，其抗磨性能由大到小顺序依次为Al2O3／SiCw〉Al2O3／Ti（C，N）〉Al2O3／TiC．Al2O3基陶瓷刀具的摩擦磨损性能与其硬度（H）、弹性模量（E）和断裂韧性（KIC）有关，磨损率W随E／H增加而增大，随KIC增加而减小．Al2O3／TiC陶瓷刀具材料的磨损机理以粘着磨损为主，Al2O3／Ti（C，N）和Al2O3／SiCw陶瓷刀具材料的磨损机理主要为磨粒磨损．     

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.     

聚氨酯-Si3N4陶瓷复合材料浆体冲蚀磨损性能研究

利用聚四氢呋哺醚二醇和甲苯二异氰酸酯反应得到预聚体，将预聚体同经过表面处理的Si3N4陶瓷粉末共混，利用模压硫化和常温硫化制得聚氨酯-Si3N4陶瓷复合材料；采用LJ-500型拉力试验机测定了所制备的聚氨酯-Si3N4复合材料的抗拉强度和断裂伸长率；采用MSH型冲蚀磨损试验机对比考察了聚氨酯、2Crl3钢、45^#钢及聚氨酯-Si3N4复合材料的抗冲蚀磨损性能；采用扫描电子显微镜观察了冲蚀磨损表面形貌，探讨了Si3N4陶瓷粉末增强聚氨酯弹性体的冲蚀磨损机理．结果表明：聚氨酯-Si3N4复合材料的抗冲蚀磨损性能显著优于2Crl3钢和45^#钢；当Si3N4粉末质量分数为5％～10％时，相应的聚氨酯-Si3N4复合材料的抗冲蚀磨损能力同聚氨酯弹性体相比提高80％以上；聚氨酯／Si3N4陶瓷粉末复合材料主要冲蚀磨损机制为Si3N4聚集体或附聚体的溃裂脱落．     

C/C复合材料及高强石墨高温摩擦磨损性能对比研究

采用MG-2000型摩擦磨损试验机对比考察了C／C复合材料及航空发动机主轴密封环拟用材料高强石墨的高温摩擦磨损行为，采用显微激光拉曼光谱仪及扫描电子显微镜分析了C／C复合材料磨损表面组成及形貌．结果表明：具有粗糙层和光滑层复合结构的C／C复合材料的高温摩擦磨损性能明显优于高强石墨材料，适合用作航空发动机主轴密封环材料；C／C复合材料的高温摩擦磨损性能取决于磨粒磨损、粘着磨损及氧化磨损的共同作用．     

几种等离子喷涂陶瓷涂层之固体粒子冲蚀磨损的特性与数学模型

研究了几种等离子喷涂陶瓷（Ａｌ＿２Ｏ＿３、Ａｌ＿２Ｏ＿３－ＴｉＯ＿２、Ｃｒ＿２Ｏ＿３和ＺｒＯ＿２）涂层的固体粒子冲蚀磨损特性及其冲蚀磨损机理，同时根据冲蚀磨损表面形貌特征的扫描电子显微镜观察，并且从准静态压印断裂分析入手，提出了这类陶瓷涂层在固体粒子于较低速度和较小角度冲击下的冲蚀磨损数学模型（试验选用的粒子冲击速度有３０ｍ／ｓ和７０ｍ／ｓ的两种，冲击角度为３０°）．研究结果表明，固体粒子冲击压印断裂－层状剥落是这类陶瓷涂层的主要冲蚀磨损机理。根据所提出的模型得到涂层的体积冲蚀磨损率Ｅｖ与其硬度ＨＶ呈反比关系（即Ｅｖ∝ＨＶ－１），这与试验结果相符；由该模型推导出涂层的Ｅｖ之速度指数ｎ＝２．１，这与试验结果基本相符。按照这种模型，对于固体粒子以较低速度和较小角度冲击的情况，高硬度的陶瓷涂层具有较高的冲蚀磨损抗力；通过改善陶瓷涂层的断裂韧性，可以有效地提高其在正向冲击时的冲蚀磨损抗力。     

SiCp／Cu复合材料摩擦磨损行为研究

采用粉末冶金结合热挤压工艺制备了组织均匀、致密的SiCp／cu复合材料，在MM-200型摩擦磨损试验机上考察了复合材料在干摩擦条件下同GCr15钢对摩时的摩擦磨损性能；采用扫描电子显微镜观察分析了复合材料磨损表面和截面形貌；采用X射线能量色散谱仪分析了复合材料磨损表面元素组成．结果表明，SiC颗粒作为增强相可以起到承载作用、减轻基体同偶件之间的粘着作用以及使基体产生塑性变形，从而显著改善复合材料的耐磨性能．但由于硬质SiC颗粒的犁削作用以及复合材料磨损表面高硬度机械混合层的形成，同Cu基体相比，复合材料的摩擦系数有所增大．SiCp／Cu复合材料主要呈现磨粒磨损和源于亚表层裂纹扩展的剥层磨损特征，其磨损表面形成的富Fe机械混合层对改善复合材料的耐磨性能具有重要影响．     

Al2O3纤维及炭纤维增强ZL109混杂复合材料磨粒磨损行为

利用挤压铸造法制备了Al2O3纤维及炭纤维增强ZL109混杂复合材料(Al2O3 Cf／ZL109)，考察了该混杂复合材料的磨粒磨损行为．结果表明：就砂纸粒度对复合材料抗磨粒磨损性能的影响而言，存在砂纸粒度的临界区域；Al2O3纤维有利于提高混杂复合材料的抗磨粒磨损性能，而炭纤维不利于提高复合材料的抗磨粒磨损性能，其中(12％Al2O3f 4％Cf)／ZL109混杂复合材料的抗磨粒磨损性能最佳．     

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.     

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.     

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.     

高浓度过氧化氢中AlCoCrFeNiCu 的摩擦学性能研究

为研究AlCoCrFeNiCu高熵合金在强氧化的过氧化氢介质中的摩擦学性能,采用销盘磨损试验机测试了AlCoCrFeNiCu合金与3种工程陶瓷组成摩擦副在90％过氧化氢介质中的摩擦学性能,采用SEM、EDS、白光共焦显微镜等分析了磨损表面,并且探讨了高熵合金与3种陶瓷配副在高浓度过氧化氢中的磨损机理.结果表明:在高浓度过氧化氢中,AlCoCrFeNiCu合金与碳化硅和氮化硅陶瓷配副具有较低的摩擦系数和较小的磨损;AlCoCrFeNiCu/ZrO₂摩擦副的主要磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损,同时伴随有氧化磨损;AlCoCrFeNiCu/SiC摩擦副和AlCoCrFeNiCu/Si₃N₄摩擦副的主要磨损机制为抛光型氧化磨损并伴随有轻微的三体磨粒磨损;AlCoCrFeNiCu/Si₃N₄摩擦副还伴随有边界润滑效应.     

超高分子量聚乙烯及其纳米Al2O3填充复合材料摩擦磨损性能研究

采用MM - 2 0 0型摩擦磨损试验机考察了载荷及对摩偶件表面SiC粒度对超高分子量聚乙烯及其纳米Al2 O3填充复合材料摩擦磨损性能的影响 ,利用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌并分析了其磨损机理 .结果表明 :纳米Al2 O3 可以提高超高分子量聚乙烯的硬度及抗磨粒磨损性能 ;随着载荷的增大 ,超高分子量聚乙烯及纳米填充复合材料的磨损加剧 ;纳米Al2 O3 填充超高分子量聚乙烯复合材料的摩擦系数较超高分子量聚乙烯的略有增大 ;纳米Al2 O3 含量的增加有利于超高分子量聚乙烯复合材料抗磨粒磨损性能的提高 ;偶件表面喷涂SiC粒度的大小对超高分子量聚乙烯及其纳米Al2 O3 填充复合材料的磨损影响较大     

深度拉伸塑性变形对0.7%碳钢耐磨性的影响

经过铅浴处理的0.7%碳钢进行冷拉变形,采用扫描电子显微镜观察分析冷拉0.7%碳钢的组织形貌,采用材料拉力试验机和显微硬度计测试0.7%碳钢丝的抗拉强度和显微硬度,采用ML-10型销-盘式磨料磨损试验机考察深度冷拉0.7%碳钢丝在不同磨料磨损工况下的磨损特性,利用扫描电子显微镜观察分析0.7%碳钢磨损表面形貌.结果表明,深度拉伸塑性变形使得0.7%碳钢的组织超细化,大幅提高0.7%碳钢的机械性能.在以氧化铝和石英为磨料工况下,随着0.7%碳钢真应变增加,耐磨性缓慢提高;在以玻璃为磨料工况下,随着0.7%碳钢真应变增加,耐磨性呈现阶段性变化,当变形达到一定程度时,0.7%碳钢的耐磨性大幅提高.在以氧化铝和石英为磨料工况下,其磨损机理以微观切削和犁沟为主;以玻璃为磨料工况下,在低应变阶段,其磨损机理以显微切削为主,在高应变阶段,磨损机理以多次塑性变形和疲劳磨损为主.     

Cr4Mo4V轴承钢滚动接触疲劳和磨损性能研究

通过球棒滚动接触疲劳(RCF)试验机,研究了Cr4Mo4V轴承钢在4050润滑油润滑和0.18滑滚比条件下的滚动接触疲劳和磨损性能.结果表明:Cr4Mo4V钢的应力-寿命(S-N)曲线数据分散性较大,疲劳寿命随着应力增加呈下降趋势.Cr4Mo4V钢滚动接触磨损主要为磨料磨损,黏着磨损和疲劳磨损,随着应力和时间增加磨损体积增加,滚道凹槽深度达到17μm.通过光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)观察试样棒剖面与滚道交界处疲劳裂纹,发现疲劳破坏类型主要有两种:起源于表面的剥落(SOF)和起源于白蚀区的剥落(WSF).通过滚道径向切割抛光酸蚀显示Cr4Mo4V钢滚动接触疲劳影响区,随着应力和循环接触次数的增加,在次表层依次发现黑蚀区(DER)、白蚀区(WEA)和蝴蝶组织(BW).表面碳化物的剥落坑,黏着磨损和疲劳磨损的凹坑导致了表面起裂、白蚀区和蝴蝶组织中的碳化物和夹杂导致微裂纹的产生,链状碳化物使裂纹往深处扩展.     

环形管内壁磨粒侵蚀物理过程的研究

对高分子材料的磨粒侵蚀进行了系统的试验研究，为了进一步阐明其物理本质并预测其磨损，通过分析颗粒在环形流场中的轨迹，发现环形和管壁的磨粒侵蚀可以分为两个阶段；即冲击侵蚀阶段和湿磨粒磨损阶段，并以后者为主，对于聚氨酯材料，其磨粒侵蚀第二阶段的磨损机理主要是由于滑动摩擦引起的表面疲劳磨损。