纳米复合材料激光熔覆层组织及抗磨性能

利用5kWCO2激光器，在Ni基高温合金表面制备了纳米Al2O3／钴基合金熔覆层，分析了熔覆层的组织结构及其抗磨性能．结果表明，当纳米Al2O3颗粒含量较低时，Al2O3颗粒能均匀分布于熔覆层中，从而形成纳米氧化物弥散强化的复合材料涂层；Al2O3颗粒在熔池中长大，尺寸为250-450nm；复合材料熔覆层的硬度随纳米Al2O3含量的增加而提高；当纳米Al2O3颗粒含适中时，熔覆层的抗磨性能较好；而当纳米Al2O3颗粒含量过高(3．0％)时，复合材料熔覆层的抗磨性能反而降低。     

稀土对Fe基合金激光熔覆层抗磨性能的影响

在Fe基合金粉末中引入La2O3,通过激光熔覆得到了同基材结合良好的熔覆层,用扫描电子显微镜观察了稀土含量对熔覆层组织形貌的影响,用显微硬度计测量了熔覆层的硬度分布,并采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了不同熔覆层在干摩擦条件下的摩擦磨损性能.结果表明,引入稀土有利于促进晶粒细化,提高熔覆层的组织均匀性及表面硬度,从而改善熔覆层的摩擦磨损性能.     

CeO2对WC-Co/Ni60B激光熔覆涂层组织和磨损性能的影响

本文采用激光熔覆的方法,成功制备出了以45#钢为基体,Ni60B自熔性合金粉末为粘结相,微米和纳米WC-12%Co为增强相,含一定量稀土氧化物CeO2的陶瓷颗粒增强金属基复合涂层.在MM200环块磨损试验机上进行了相同磨损距离和不同载荷下的干摩擦滑动磨损试验.研究了CeO2对涂层组织形貌、硬度和磨损性能的影响.结果表明：CeO2的加入对熔覆层的组织起到明显的细化作用,使枝晶生长的方向性减弱,组织趋于均匀;由于硬质相的析出和细晶强化的作用,熔覆涂层的显微硬度值比未添加稀土的涂层有所提高,涂层的耐磨性也相应得到了改善.     

石墨及氧化铝增强AZ91D-Cex基复合材料的磨损性能研究

采用预制体和挤压铸造结合法制备以AZ91D-Cex镁合金为基体,Al2O3短纤维和石墨颗粒混杂增强复合材料,分析不同稀土含量下复合材料的显微组织并测量其硬度,同时考察载荷对复合材料磨损性能的影响.结果表明:复合材料中石墨和Al2O3短纤维分布均匀,与基体结合紧密,稀土Ce沿石墨和Al2O3短纤维的边界富集,其结构为Al3Ce相;复合材料的硬度随稀土含量增加而提高,其中含1.0?合金复合材料的硬度最高;复合材料的磨损率随着稀土含量增加而降低,在20N时3种复合材料的磨损率差别不大,在180N时,含1.0Ce合金的耐磨性最佳.这是由于石墨作为润滑相对摩擦表面起到润滑作用,同时稀土强化相Al3Ce的热稳定性较好,在高载荷时具有较好承载能力,延迟了磨损表面由轻微磨损向剥层磨损的转变.在低载荷时复合材料的磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损,在高载荷时为剥层磨损.     

Inconel625镍基合金微动磨损性能研究

研究了3个主要摩擦磨损参数载荷、振幅和频率对Inconel625镍基合金在常温常压下摩擦磨损性能的影响,对摩擦系数和磨损程度进行计算和分析,对磨痕表面形貌进行了观察,并用EDS和XPS分析了磨痕表面的化学成份和相组成,探讨了损伤机理.结果表明:在3个特征参量中,频率对摩擦系数的影响最大,平均摩擦系数随载荷增大略有减小,随振幅增大略有增大,但随频率增大而显著增大;磨损程度随振幅、载荷的增大而加剧;在磨痕不同区域展现出不同的损伤机制:中心磨损区的主要损伤机制是黏着和剥层,滑动损伤区的主要损伤机制是磨粒磨损,而在边缘区则为基体和磨屑的挤压变形;磨痕氧化层的主要组成是铁的氧化物Fe2O3和Fe3O4或FeO,有少量铬和镍的氧化物NiO、Ni2O3和Cr2O3,存在基体元素镍单质.     

铜表面激光熔覆NiCrWB合金的组织结构与耐磨性能研究

采用高能量密度激光重熔NiCrWB喷涂涂层的方式制备熔覆层,用XRD分析熔覆层和喷涂层的物相组成,用扫描电镜和金相显微镜分析涂层和熔覆层组织形貌以及磨损表面形貌.研究了涂层组织形貌、物相组成对涂层耐磨性能的影响,分析了喷涂层和熔覆层的磨损机理.结果表明:对于NiCrWB材料来说,组织结构对耐磨性能的影响要大于硬度对耐磨性能的影响.显微硬度较低的熔覆层由于组织致密均匀,其耐磨性能明显优于组织缺陷较多的喷涂层.通过扫描电镜观察发现,喷涂层的磨损表面出现较多的疲劳裂纹、凹坑、磨粒和较深的磨痕,推断喷涂层颗粒脱落是由于在周期载荷作用下,裂纹在表层和亚表层扩展后连接,使得裂纹包围区域颗粒脱落.而熔覆层中的裂纹是由于磨损表面发生塑性变形而形成的.     

原位合成M23C6-WC双相碳化物协同增强激光熔覆层摩擦磨损行为的研究

选用W-Fe60-C合金粉末作为原材料,利用激光熔覆技术以最佳工艺参数(激光功率1.5 kW、扫描速度4 mm/s和送粉率10 g/min)在16Mn钢表面制备M₂₃C₆-WC (M: Cr, W, Fe)双相碳化物增强铁基熔覆层,并对其微观结构与物相进行表征,以及在商用铁基合金数据库的基础上,使用Thermo-Calc软件进行热力学计算来研究熔覆层的凝固过程. 此外,还对比研究了纯Fe60合金熔覆层、WC增强铁基熔覆层和M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的显微硬度和摩擦磨损行为. 结果显示:M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层主要以α-Fe枝晶为基体、W、WC和M₂₃C₆复合碳化物为增强相. M₂₃C₆碳化物以连续网状结构分布在α-Fe枝晶间,WC颗粒以残留W为形核核心生长成块状分布在熔覆层中. 微观结构结合热力学计算结果表明:激光熔覆过程中M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的凝固过程为液态+W→液态+W+WC→液态+W+WC+γ-(Fe,Ni)枝晶→W+WC+γ-(Fe, Ni)枝晶+M₂₃C₆→W+WC+α-Fe枝晶+M₂₃C₆. 根据显微硬度和磨损率测试可知:M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的平均显微硬度为835.3 HV_0.5,比纯Fe60合金涂层(604.6 HV_0.5)和WC增强铁基熔覆层(658.9 HV_0.5)分别增加了约230 HV_0.5和180 HV_0.5. M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的磨损率为3.44×10?6 mm3/(N·m),比纯Fe60合金熔覆层[8.51×10?5 mm3/(N·m)]和WC增强铁基熔覆层[7.98×10?6 mm3/(N·m)]分别减少了约24.7倍和2.3倍.      

Al2O3—40%TiO2和Cr2O3等离子喷涂层的摩擦磨损特性

研究了AC4C铸铝合金表面等离子喷涂Al2O3-40%TiO2和Cr2O3陶瓷粉末涂层的滑动摩擦磨损特性;采用划痕试验方法测定了涂层与基体之间的结合强度;用扫描电子显微镜观察分析了磨痕形貌和涂层显微组织特征.研究结果表明:Cr2O3涂层的摩擦学性能优于Al2O3-40%TiO2涂层;涂层的结合强度、硬度和表面空隙对磨损影响较大;Al2O3-40%TiO2涂层的磨损机理主要表现为塑性变形和层状剥离;而Cr2O3涂层则主要为磨粒磨损     

石墨添加量对Fe-Ti-V-C熔覆层组织及耐磨性的影响

通过激光熔覆在低碳钢表面获得Fe-Ti-V-C铁基熔覆层,利用X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计和磨粒磨损试验机,分析比较了熔覆粉末中不同的石墨添加量对Fe-Ti-V-C熔覆层物相组成、硬度和耐磨性的影响.结果表明:熔覆层中碳化物为均匀分布的TiVC2和VC.TiVC2呈多角块状或枫叶状,VC呈小块状或细长条状,且碳化物数量随石墨加入量的增加而增加.熔覆粉末中石墨添加量过多时,熔覆层中出现残余奥氏体.一定范围内,熔覆层的硬度与耐磨性随石墨加入量的增加呈现先显著提高后降低的趋势.进行多层熔覆时存在回火软化现象,且熔覆层硬度越高回火软化现象越明显.     

SUS 304奥氏体不锈钢的摩擦变形层研究

研究了SUS 304奥氏体不锈钢与Al2O3陶瓷球以及GCr15轴承钢球对摩的摩擦特性,利用X射线衍射仪、金相显微镜和显微硬度计研究了SUS 304奥氏体不锈钢磨痕表层及其次表层硬度、磨痕表面的马氏体转变与试验条件的关系.结果表明:当载荷大于30 N后,摩擦系数在剧烈波动前存在1个与试验时间或滑动距离相关的孕育期;SUS 304奥氏体不锈钢磨痕表层的显微硬度从次表层至表层呈上升趋势;在相同滑动速度下,随着载荷增加,磨痕表层的显微硬度增大;摩擦诱发了亚稳奥氏体向马氏体转变,且磨痕表层诱发转变的马氏体含量随载荷和滑动速度的增加而降低;在载荷和摩擦剪切应力作用下,由于表层晶粒细化、相变马氏体和高密度位错的综合作用使得其显微硬度增大.     

爆炸产物发生化学反应对药室压力影响的研究

研究了爆炸产物发生化学反应对约束爆炸准静态压力的影响,推导了考虑爆炸产物发生化学反应时,约束空间内准静态压力的计算公式.以TNT炸药发生约束爆炸为例,分析了不同药量体积比下爆炸产物的化学反应动力学过程.编写了计算TNT炸药约束爆炸后准静态压力的程序,将程序计算结果与实验测量结果和ConWep程序计算结果进行对比,验证了计算方法的准确性,证明了爆炸产物发生化学反应对约束爆炸准静态压力有重要的影响.考虑爆炸产物发生化学反应对压力的影响,利用LS-DYNA对TNT炸药在一长方体药室内的爆炸进行了数值模拟,模拟结果表明,考虑爆炸产物发生化学反应时,药室会出现局部塑性应变与应力集中现象,最大塑性应变达到0.8‰.     

孔隙度对PBX炸药冲击起爆影响的实验研究

为了研究孔隙度(装药密度)对PBX炸药冲击起爆爆轰成长的影响,采用炸药冲击起爆锰铜压阻一维拉格朗日实验测试系统,测量了不同孔隙度的PBXC03炸药(HMX的质量分数为87%,TATB的质量分数为7%,黏结剂的质量分数为6%)冲击起爆过程不同拉格朗日位置的压力-时间历史。结果显示:在本文装药范围和加载条件下,孔隙度对PBX炸药冲击起爆爆轰过程的影响不单调,中等密度的炸药冲击起爆和爆轰成长最快,这是热点点火过程与燃烧反应过程共同作用的结果。     

掺气分流墩墩头的动水压强特性研究

对掺气分流墩墩头的动水压强特性进行了试验研究,以求了解墩头的抗空蚀性能及动水压强特性。试验结果得出：时均压强P／Pman沿墩高和Cp沿横断面的分布规律;墩头轴线与来流有夹角时Cp沿横断面的分布规律;墩头壁压脉动压强特性,在墩后充分供气时,墩头的空化特性。     

缺陷对石墨烯摩擦性能影响的分子动力学研究

采用分子动力学方法模拟硅探针在空位缺陷和Stone-Wales(SW)缺陷石墨烯上的滑移过程,研究空位缺陷和SW缺陷对石墨烯摩擦力的影响.研究结果表明:两种缺陷石墨烯摩擦力大于完美石墨烯,空位缺陷使石墨烯界面势垒增大导致能量耗散增加,摩擦力增大;SW缺陷使石墨烯表面形成凸起,阻碍探针滑移,摩擦力增大.空位缺陷石墨烯平均摩擦力随缺陷浓度的增加而增加,Y向空位缺陷石墨烯平均摩擦力大于X向,这都是由空位陷处能量势垒和缺陷与探针切向作用距离共同决定的.SW2型缺陷石墨烯摩擦力大于SW1型,X向SW2型缺陷石墨烯摩擦力大于Y向SW2型,因为存在相邻五边形碳原子环结构的石墨烯表面更容易产生凸起,摩擦力较大.以上研究结果完善了缺陷石墨烯的摩擦机制,对设计和开发石墨烯微纳器件提够了理论依据和指导.     

基于NPF-CKF的捷联惯导系统动基座初始对准技术

当海况不佳时,水下航行器大幅晃动,捷联惯导系统无法快速完成自主初始对准,因此提出了利用多普勒计程仪提供的速度信息进行运动中辅助对准。针对在非线性对准中扩展卡尔曼滤波存在精度低,且需要计算雅可比矩阵等不足,提出了一种基于非线性预测滤波的求容积卡尔曼滤波算法。该滤波算法将惯性器件测量误差作为模型误差使用非线性预测滤波器进行实时预测,然后再利用求容积卡尔曼滤波对模型误差补偿后的系统进行状态估计。仿真结果表明,与扩展卡尔曼滤波和求容积卡尔曼滤波算法相比,该滤波算法能够不仅提高失准角特别是方位失准角的估计精度,其精度约为45″,而且加快了收敛速度。同时由于该滤波算法降低了系统状态的维数,因此也大大减少了计算量。     

二烷基二硫代磷酸锌在铁表面等温吸附的研究

本文对二烷基二硫化磷酸锌在不同温度下自液体石蜡溶液中于铁表面的等温吸附进行了试验研究。结果表明，在２８５－３５３Ｋ的温度范围内，恒温搅拌３小时就基本达到了吸附平衡。在２８５Ｋ和３０３Ｋ这两种温度下的吸附等温线均属Ｓ型曲线，这表明二烷基二硫代磷酸锌主要是以分子形态和表面反胶的形式被吸附；而其在较高温度（３３３Ｋ和３５３Ｋ）下的吸附等温线却发生了显著的变化，这是二烷基二硫代磷酸锌在铁表面催化分解和氧化     

OSTR试验下感度分布参数的推断

研究了OSTR试验数据的统计处理方法。给出了推断感度分布参数的两种方法 :条件推断与非条件推断方法。通过研究与模拟 ,得出条件推断方法适用于推断机械撞击作用火工品的一些R响应点的结论。     

基于三维数字图像相关的三维形貌拼接研究

三维数字图像相关(DIC)方法已在众多工程技术领域中得到了日益广泛的应用.当该方法用来测试表面曲率较大的物体的变形时,受双相机之间夹角的限制,不能实现全场的三维形貌测量.采用在两个(及以上)不同位置拍摄,分别得到被测物的局部形貌,然后用三维DIC算法计算局部坐标系之间的坐标变换关系,将局部形貌转换至同一坐标系下并拼接得到被测物全场三维形貌.实验结果验证了该方法的可行性和可靠性.     

基于LMI的框架结构分数阶控制方法研究

以框架结构为研究对象,采用分数阶状态方程进行控制器设计,提出了基于LMI的分数阶控制器设计方法。首先,把原系统振动方程改为阶次为1～2的分数阶状态方程,同时,构造同阶次分数阶控制器状态方程,进而组装为一个整体状态方程;其次,根据分数阶系统稳定性条件确定满足系统渐进稳定性的不等式。为了获得可行解,在不等式中附加了两个参数,同时,令控制器参数矩阵为对称;再次,从仿真结果来看,控制效果过好,但控制力偏大,为此,控制力计算时附加了调节因子,以期在满足控制效果的基础上,降低所需控制力;最后给出了一个算例说明本文方法的可行性。     

Spacing effects on hydrodynamics of heave plates on offshore structures

The nonlinear viscous flow problem associated with a heaving vertical cylinder with two heave plates in the form of two circular disks attached is solved using a finite difference method. Numerical experiments are carried out to investigate the spanwise length effects on the hydrodynamic properties, such as added mass and damping coefficients. Over a Keulegan–Carpenter (KC) number range from 0.1 to 0.6 at frequency parameter (β=7.869×10⁷), calculations indicate that a KC-dependent critical value of spanwise length L/D_d (L—the distance between the disks, and D_d—the diameter of the disks) exists. A significant influence of L/D_d on the vortex shedding patterns around the disks and the hydrodynamic coefficients is revealed when L/D_d is smaller than the critical value due to strong interaction between vortices of different disks. Beyond that limit, however, both added mass and damping coefficients are shown to be rather stable, indicating the independence of the vortex shedding processes of different disks.