涂层厚度对喷涂层疲劳磨损寿命的影响

采用等离子喷涂制备了不同厚度的铁基涂层,采用扫描电子显微镜(SEM)表征了涂层内部和结合界面处的微观结构,采用球盘式疲劳磨损试验机分别考察了不同厚度涂层的疲劳磨损行为,采用Weibull分布分析并对比了涂层的疲劳磨损寿命.结果表明:适当地增加喷涂层的厚度可以避免整层分层失效的发生,从而在整体上提升了涂层的疲劳磨损寿命.采用有限元分析(FEM)研究了涂层内部的应力分布,发现厚涂层界面剪切应力值不足薄涂层界面剪切应力的二分之一,因此界面剪切应力的显著降低是导致较厚涂层拥有更好疲劳性能的主因.     

不同载荷下3Cr13不锈钢涂层磨损寿命研究

在T-11摩擦磨损试验机上研究了不同载荷下高速电弧喷涂3Cr13不锈钢涂层的磨损寿命.提出载荷-涂层磨损寿命耦合的关系函数方程.通过对涂层磨损形貌观察,分析了不同载荷对磨损失效机制的影响.结果表明:当载荷较低时,涂层磨损寿命分散程度大,磨损主要失效机制为点蚀和剥落;当载荷较高时,涂层磨损寿命分散程度小,分层是引发涂层磨损失效的关键机制.     

制备工艺对MoS2粘结固体润滑涂层微动磨损寿命的影响

在不同载荷和位移振幅条件下,考察了2种基体材料表面MoS2粘结固体润滑涂层的微动磨损性能,深入分析了基体表面预处理、涂层厚度及涂层固化温度等对涂层微动磨损寿命的影响.结果表明,通过提高基体材料硬度、增加涂层厚度、对基体表面进行喷砂预处理以及对涂层进行高温固化等均可不同程度地提高涂层的微动磨损寿命,其中高温固化对涂层磨损寿命的影响最显著;而基体表面喷砂处理对高温固化涂层磨损寿命的影响减弱.喷砂42CrMo基体表面涂覆的经高温固化的厚16±1μm的MoS2粘结固体润滑涂层的抗微动磨损性能最佳.     

等离子喷涂铁基涂层的疲劳磨损裂纹行为

采用等离子喷涂制备了铁基涂层,使用球盘式疲劳磨损试验机进行涂层的疲劳磨损试验,利用声发射技术在线判断涂层开裂,并通用透射电子显微镜（TEM）分析了试验前后涂层内部微观结构,研究了喷涂层疲劳磨损裂纹的扩展行为。结果表明：制备的涂层致密,结合状态良好,主要相为铁素体,同时存在大量的非晶-纳米晶相,利用声发射技术能够表征涂层的临界失效状态,其内部疲劳磨损裂纹主要以韧性穿晶断裂的形式扩展。     

不同法向载荷下TiN涂层磨损寿命与失效机理研究

采用阴极弧等离子沉积技术在高速钢(HSS)和硬质合金钢(WC-Co)基体上制备TiN涂层,利用往复摩擦磨损试验机、轮廓仪、扫描电子显微镜和能谱仪等分析了不同法向载荷下TiN涂层的摩擦磨损特性和失效过程,建立了涂层磨损寿命图. 研究结果表明:TiN涂层/HSS试样摩擦系数随循环次数增加呈上升趋势;TiN涂层/WC-Co试样在30 N法向载荷下的摩擦系数随循环次数呈上升趋势,在60~120 N法向载荷下摩擦系数波动较大. 涂层试样的磨损深度随法向载荷与循环次数的增加而增加. TiN涂层/HSS试样在30 N法向载荷的主要失效形式是磨粒磨损、轻微黏着磨损和氧化磨损,在60~120 N法向载荷的主要失效形式是涂层断裂、磨粒磨损和剥层磨损. TiN涂层/WC-Co试样在30~50 N法向载荷下的主要失效形式是磨粒磨损,在60~120 N法向载荷下的主要失效形式是严重剥层. TiN涂层的磨损寿命图可以分为两部分:涂层工作区和涂层失效区. 接触应力越大,涂层磨损寿命越短. 基体材料抵抗变形的能力越强,涂层磨损寿命越长. TiN涂层/HSS基体具有良好的抵抗法向载荷的能力和较长的磨损寿命.      

考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测研究

微动疲劳是矿井提升钢丝绳主要失效形式之一,在钢丝微动疲劳过程中,微动磨损严重影响钢丝微动疲劳裂纹扩展特性,进而制约钢丝微动疲劳断裂机制,故开展考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测研究至关重要. 运用自制钢丝微动疲劳试验机开展钢丝微动疲劳试验和拉伸断裂试验,通过高速度数码显微系统揭示微动疲劳过程中钢丝微动磨损演化、裂纹萌生和扩展及断裂特性,基于摩擦学和断裂力学理论,运用有限元法、循环迭代法和虚拟裂纹闭合技术建立了考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测模型,并进行试验验证. 结果表明:采用微动疲劳过程稳定阶段磨损系数预测钢丝微动磨损演化可保证预测正确性,微动疲劳过程中钢丝主要为I型裂纹扩展模式,考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测值和试验值吻合较好,验证了预测模型正确性.      

钢丝的微动磨损及其对疲劳断裂行为的影响研究

采用自制的钢丝微动磨损试验机考察了钢丝的微动摩擦磨损性能，随后将经过一定时间微动磨损试验后的钢丝试样在液压伺服疲劳试验机上进行拉一拉疲劳试验，进而探讨了微动摩擦系数和微动磨损深度随微动磨损试验时间和接触载荷的变化关系；并利用扫描电子显微镜分析了试样磨痕和磨屑的表面形貌．结果表明，在较大的微动振幅下，钢丝的微动摩擦系数变化幅度不大，微动磨损深度随微动磨损试验时间和接触载荷的增加而增大；微动磨损试验后钢丝试样的疲劳寿命同磨损深度成反比关系；可以将疲劳断口划分为4个区域，其同钢丝试样的疲劳断裂过程相对应．     

基于声发射原理监测涂层疲劳磨损的研究

采用超音速等离子喷涂设备在45^#钢基体上制备了铁基自熔剂合金涂层,通过球盘式接触疲劳试验机考察了喷涂层的疲劳磨损行为,利用声发射技术实时监测涂层的疲劳磨损过程,使用扫描电子显微镜对涂层不同疲劳磨损阶段的损伤形貌进行表征,并分析了涂层损伤机理.结果表明:转速2 000 r/min和应力水平1.848 9 GPa条件下,剥落是涂层失效的主要形式.声发射幅值和绝对能量可以反映涂层的疲劳磨损过程.涂层的疲劳磨损过程主要包括弹塑性变形、裂纹萌生、裂纹稳定存在、裂纹稳定扩展、裂纹失稳扩展5个阶段,其中裂纹稳定存在时间是影响疲劳寿命长短的关键.     

制备工艺对MoS_2粘结固体润滑涂层微动磨损寿命的影响

在不同载荷和位移振幅条件下,考察了2种基体材料表面MoS2粘结固体润滑涂层的微动磨损性能,深入分析了基体表面预处理、涂层厚度及涂层固化温度等对涂层微动磨损寿命的影响.结果表明,通过提高基体材料硬度、增加涂层厚度、对基体表面进行喷砂预处理以及对涂层进行高温固化等均可不同程度地提高涂层的微动磨损寿命,其中高温固化对涂层磨损寿命的影响最显著;而基体表面喷砂处理对高温固化涂层磨损寿命的影响减弱.喷砂42CrMo基体表面涂覆的经高温固化的厚16±1μm的MoS2粘结固体润滑涂层的抗微动磨损性能最佳.     

Cu14Al4.5FeNi合金等离子涂层边界润滑摩擦磨损特性

新型铜基模具材料的脆性比较大,导致了材料加工费用高、安装难,影响新型铜基模具材料在工业中的应用,这些问题可以通过热喷涂的办法来解决。采用等离子喷涂方法在45号钢表面制取Cu14Al4.5FeNi喷涂层,20#边界润滑条件下,与Cu14Al4.5FeNi合金进行摩擦性能及耐磨性对比试验。利用XRD分析喷涂层及合金的相结构,SEM和EDS 等技术分析合金与喷涂层表面组织及磨损形貌。结果表明, 等离子喷涂层由于快冷抑制了共析（α+γ2）相,组织均匀细化,晶粒中的γ2相和晶内析出的k相使合金及涂层硬化。边界润滑条件下,Cu14Al4.5FeNi合金及其喷涂层的磨损方式以磨粒磨损和黏着磨损为主。在低载荷条件下,喷涂层表现出了比Cu14Al4.5FeNi合金更加优越的耐磨性能;在高载荷条件下（压力大于等于6.4 MPa）,喷涂层的摩擦系数和磨损量增加。因此铁基体上等离子喷涂Cu14Al4.5FeNi铜合金粉末涂层可以替代低载荷摩擦环境下的Cu14Al4.5FeNi合金。     

渐开线直齿圆柱齿轮接触疲劳失效成因再分析

联合采用表面失效分析和有限元应力分析的方法,研究了渐开线直齿圆柱齿轮接触疲劳失效的成因.结果表明:由啮入线至第一次双对轮齿啮合结束部分齿面上密集的表面点蚀与该段啮合齿面相对滑移大,所消耗的摩擦功最大,摩擦应力大于第二次双齿啮合部分,而且最大剪应力更靠近齿面等因素有关.靠近节线的齿根齿面上的片状大块剥落属次表面点蚀,是由于该部位的次表面剪应力最大,位置最深,并且承受了前一对轮齿脱离啮合带来的冲击作用.紧邻啮入线附近齿面的较浅的剥落点蚀是由于承受啮入冲击,最大剪应力较大且出现位置较浅,齿面相对滑移最大所造成的,并与该处的表面点蚀坑有关.     

几种陶瓷和金属等离子喷涂层铸铁副的摩擦学特性研究

本文对等离子喷涂ZrO_2+MgO和Al_2O_3+40％ZrO_2陶瓷涂层、Mo+NiCrBSi(Ar/H_2)和Mo+NiCrBSi(N_2/H_2)混合粉末涂层,以及Mo+4％O_2渗氧涂层等的摩擦学特性进行了试验研究,测定了它们的抗咬合裁荷及其在边界润滑状态下的磨损率。结果表明,Al_2O_3+40％ZrO_2陶瓷涂层/铸铁副的抗咬合性能最好,在其轻度粘着的表面上形成了一层表面膜;Mo+NiCrBSi(N_2/H_2)金属涂层是一种实用性能较好的活塞环材料;在粘着磨损条件下,涂层材料的抗咬合性越好,与之配磨的铸铁材科的磨损率越低;涂层材料的抗咬合性与其本身的固有特性及孔隙率等有关。     

不同材料交界面上接触应力的有限元分析

工程中有许多不同材料组成的结构。对这类复合结构，正确计算材料交界面上的接触应力是非常重要的。通常的位移有限元法得到的应力是不连续且欠准确的。本文提出了一种新的用于不同材料交界面处的接触单元。应用虚位移原理和结合考虑材料交界面上的约束条件，文章建立了接触单元的刚度矩阵和等效荷载向量。该单元具有算法简单，程序容易实现的优点。计算实例证实了该单元的实用性和可靠性。     

润滑油中微细碳粉颗粒对45~#钢接触疲劳寿命影响的研究

在20~#机械油中添加适量的微细碳粉硬质颗粒可以提高45~#钢(调质处理,HB=300)的接触疲劳寿命。含碳粉油样的调配比例(wt)有两种,即碳粉:分散剂:纯20~#机械油=1:1:100和2:1:100。研究结果表明,在给定的试验条件下,45~#钢于这两种油样中的接触疲劳寿命分别为纯20~#机械油中的2.6倍和5.0倍。作者还就碳粉的作用机理进行了考察,指出添加碳粉之所以能够提高试件的接触疲劳寿命,原因在于它使润滑油的粘度增大及其渗入到疲劳裂纹中减缓了裂纹的扩展     

斜齿轮弹流润滑下的接触疲劳寿命计算

经典齿轮接触疲劳强度理论是基于光滑表面赫兹干接触理论,而实际齿面具有粗糙度,且啮合轮齿多数处于混合润滑状态.本文基于齿轮润滑接触分析建立了渐开线斜齿轮的接触疲劳寿命计算模型.模型由齿轮润滑接触分析模型和基于次表面应力分布的疲劳寿命模型组成.首先将斜齿圆柱齿轮一对齿的瞬时啮合等效为两反向圆锥的接触问题,建立了齿轮的有限长弹流润滑计算模型,考虑了齿轮啮合周期内瞬时载荷、接触线长、卷吸速度等因素的影响,基于统一雷诺方程方法求得啮合齿对间的润滑压力和油膜厚度分布;在此基础上,计算轮齿接触区次表面的米歇斯应力分布,根据Zaretsky接触疲劳寿命计算模型,对齿轮组的接触疲劳寿命进行模拟预测.针对不同工况参数下接触疲劳寿命计算表明:润滑油黏度、轮齿表面粗糙度等因素对齿面接触疲劳寿命均有显著的影响.     

等离子喷涂层接触疲劳失效模式及失效机理的研究

研究了等离子喷涂层在不同应力水平下的接触疲劳失效模式与声发射幅值的对应关系,并分析了涂层的接触疲劳失效机理.结果表明:声发射幅值与接触应力的大小无明显的关系,根据疲劳失效时的声发射幅值可以判断涂层接触疲劳失效模式,幅值为87～93 dB时易发生剥落或分层失效,幅值为78～83 dB易发生点蚀失效.涂层表面微凸体与轴承球滚压接触产生黏着磨损以及涂层、磨粒、轴承球三者形成的三体磨料磨损是点蚀失效产生的主要原因.剥落失效主要与涂层表面微观缺陷处裂纹的萌生、扩展以及表面磨损行为有关.层内分层失效是由涂层内部最大剪切应力控制的,而界面分层失效主要是由涂层与基体的低结合强度、热失配以及界面剪切应力造成的.     

从规划法求解看有摩擦接触解的不唯一性

以单点接触问题为例研究了有摩擦接触问题的几个特点，给出了这类问题出现不唯一解的条件。进而从二次规划求解角度分析了解的不稳定性与不唯一性的数学原理，文中给出了规划法求解有摩擦接触问题应注意的问题     

化学跑合对表面接触疲劳寿命的影响

化学跑合剂加速跑合过程已有一些文献报道，但在化学跑合对表面接触疲劳寿命的影响方面却还未见有关工作公开发表。因此，在总结齿轮跑合技术的基础上，借助于ＪＰ－ＢＤ１５００型接触疲劳试验机，对用化学跑合剂跑合后的试件表面接触疲劳寿命进行了试验研究。并就化学跑合提高表面抗疲劳磨损能力的原因作了考察、分析与探讨，进而提出了试件表面的接触模型，在给定的试验条件下，较软试件表面用化学跑合剂跑合后的接触疲劳寿命比用     

热障涂层-基体体系界面高温疲劳和断裂性能的实验研究

热障涂层(TBCs)作为发动机叶片的热防护涂层,能够显著提高叶片在高温环境下的使用寿命.本文围绕TBCs-镍基高温合金基体体系的界面性能,展开了比较系统的实验研究.通过实验方法得到了等温热处理前后陶瓷层的弹性模量、硬度及陶瓷层-粘结层界面的微结构的变化.结果显示,随着等温热处理时间的增加,弹性模量及硬度先增加后降低;氧化层随等温热处理时间和温度的增加逐渐增厚.利用本文提出的多相位角界面断裂韧性试验方法,建立了以应力强度因子为表征参数的TBCs界面失效准则.在假定界面间为粘性接触的条件下,预测了界面承载能力随陶瓷层弹性模量和氧化层厚度的变化趋势.通过热循环实验研究了TBCs-基体体系的热疲劳性能及失效机理.随着热循环高温保温时间的增加,热疲劳寿命先升高后降低,失效模式由界面失效转化为界面失效与陶瓷层失效并存;体系的失效由陶瓷层及氧化层的应变能密度、陶瓷层、氧化层及界面的断裂韧性,以及它们和界面微结构缺陷的相互作用共同决定.