B4C/(W,Ti)C陶瓷喷砂嘴冲蚀磨损机理研究

采用热压烧结工艺制备了B4C／(W，Ti)C陶瓷喷砂嘴；采用SiC、白刚玉和棕刚玉磨粒对所制备的喷砂嘴进行冲蚀试验，在应力分析基础上探讨了陶瓷喷砂嘴的冲蚀磨损机理，结果表明：B4C／(W，Ti)C陶瓷喷砂嘴的冲蚀率随着磨粒硬度和粒度的提高而增大；喷砂嘴入口磨损最严重，出口次之，而中间区域磨损相对较轻；相应的应力分析结果同试验结果相吻合；以棕刚玉作为冲蚀磨料时，B4C／(W，Ti)C陶瓷喷砂嘴主要呈现应力疲劳断裂冲蚀特征，而以白刚玉和SiC作为冲蚀磨料时，喷砂嘴入口处主要呈现脆性断裂冲蚀特征，中问区域则主要呈现应力疲劳断裂冲蚀特征。     

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．     

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.     

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．     

陶瓷水煤浆喷嘴的热冲击特性及有限元分析

采用热压烧结工艺制备出口无锥度(直口)和出口带锥度(锥口)2种Al2O3/TiC陶瓷水煤浆喷嘴,在工业锅炉上研究其热冲击行为,采用扫描电子显微镜分析喷嘴磨损表面形貌和微观组织结构,利用有限元法分析喷嘴的温度场和热应力.结果表明:陶瓷水煤浆喷嘴的出口结构对其热冲击行为影响很大,锥口喷嘴因所受热辐射面积小于直口喷嘴,内部的温度梯度和热应力较低,表现出较好的抗热冲击性能;Al2O3/TiC陶瓷喷嘴的温度梯度和热应力由入口到出口逐渐增大,出口部位的较高温度梯度和热应力是导致其磨损失效的主要原因;Al2O3/TiC陶瓷喷嘴的磨损形式表现为脆性断裂、研磨损伤、热裂纹和热崩等特征,其中热裂纹和热崩为主要磨损形式.     

ZrN单层、多层、梯度层及复合处理层对不锈钢固体粒子冲蚀行为的影响

对比研究了离子镀ZrN单层、多层、梯度层及其与离子渗氮复合处理对2Cr13马氏体不锈钢抗大小攻角固体粒子冲蚀性能的影响规律,通过硬度、韧性、结合强度、动静态承载能力等特性的综合测试与分析,探讨了表面处理层对不锈钢固体粒子冲蚀行为的作用机制.结果表明,上述4种表面改性层均显著提高了2Cr13不锈钢表面的硬度和抗微切削能力,因而有效改善了2Cr13钢抗30°小攻角固体粒子冲蚀性能.经离子渗氮层上沉积ZrN梯度层的复合处理后,其硬度由表面至基材呈梯度分布,界面应力分布连续性好,承载能力和抗塑性变形能力高,多冲疲劳性能优,能够显著提高基材抗90°大攻角固体粒子的冲蚀能力.然而,ZrN单层、多层、梯度层的抗多冲疲劳性能较差,其抗大攻角固体粒子的冲蚀能力反而不及2Cr13基材.     

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。     

合金元素Ta、Ag对镍基合金机械性能和摩擦学性能的影响及机理研究

利用高能球磨和真空热压烧结方法制备了添加Ta和Ag的镍基复合材料. 考察了复合材料在宽温域范围内的摩擦磨损性能和力学性能,利用SEM、XRD等表征分析其物相组成、磨损机理及断裂机制. 结果表明: 热压烧结过程中,Ta与石墨模具中的C反应生成TaC陶瓷相并在基体中弥散分布;Ta、Ag的加入降低了材料的摩擦磨损,NiCrMoAl-Ta-Ag复合材料实现了在室温~800 ℃的连续润滑,室温时Ag提供润滑作用,中温时由磨屑和Ag形成局部润滑膜,800 ℃时磨损表面形成了含氧化物、钼酸银和Ag的润滑膜. 加入Ta极大提高了材料的机械性能,NiCrMoAl-Ta合金在室温~1 000 ℃具有优异的机械性能,归因于原位生成的TaC和Al₂O₃陶瓷相的弥散强化;材料的断裂机制随温度升高由微孔聚集型断裂转变为以微孔聚集型和氧化断裂为主的断裂.      

核电690合金传热管微动疲劳试验及损伤机理分析

核电蒸汽发生器传热管在微幅磨损与交变载荷的作用下形成微动疲劳,导致其表面裂纹萌生和扩展乃至破裂,从而影响反应堆的安全. 为研究径向载荷以及轴向交变应力对690合金管微动疲劳寿命的影响规律,开展690合金管管材的微动疲劳试验,获得690合金管管材的微动疲劳寿命曲线,并与相关研究数据进行对比分析,以便探讨材料在微动疲劳下的寿命模型. 对不同载荷下的690合金管试样的磨痕表面进行三维形貌和扫描电镜观测,分析磨损表面的损伤机理;对不同载荷下的690合金管试样断口的宏观与微观形貌进行表征,分析裂纹萌生、起裂过程及其失效机理. 结果表明690合金管与403不锈钢(SS)抗振条间的磨损机理为剥层及磨粒磨损;690合金管在径向载荷作用下于微动磨损处产生裂纹源,裂纹在轴向交变应力的作用下不断向内部扩展,最终导致断裂;其断裂形式为解理疲劳断裂.      

聚双环戊二烯在干摩擦和油润滑条件下的摩擦学性能

采用反应注射成型法制备了聚双环戊二烯(PDCPD)材料,力学性能测定结果表明所得材料具有较高韧性和刚性.利用MM-200摩擦试验机考察了PDCPD材料在干摩擦和液体石蜡润滑下的摩擦学性能,结果表明:干摩擦条件下,负荷在一定范围内时材料呈现黏着磨损,而当负荷较高时,发生严重的机械切削和塑性变形,呈现类似于疲劳磨损的磨损方式;液体石蜡润滑条件下,材料呈现典型的磨粒磨损,在所研究的负荷范围内表现出优良的摩擦学性能.     

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．     

经不同表面改性处理的钛合金的微动疲劳和微动磨损行为对比研究

对比研究了钛合金微动疲劳(FF)和微动磨损(FW)失效行为,考察了表面喷丸强化和氮化等表面处理对钛合金微动疲劳和微动磨损性能的影响,探讨了钛合金微动磨损和微动疲劳性能的相关性.结果表明,钛合金微动疲劳和微动磨损损伤表面形貌特征相似;当微动位移幅较大、微动区发生整体滑动时,微动接触区磨损有利于延缓微动疲劳裂纹萌生;而在小位移幅、部分滑移情况下,局部磨损促进微动疲劳裂纹萌生.利用喷丸强化在钛合金表面引入残余压应力,可以在降低摩擦系数的同时,提高钛合金抗微动疲劳和微动磨损失效的能力;氮化处理后钛合金表面硬度提高,有利于改善其微动磨损性能,但表面韧性降低导致抗微动疲劳能力降低.因此,在提高表面硬度的同时,不应忽视表层韧性的降低对钛合金微动疲劳性能的不利影响.     

Ti_3SiC_2/PM304摩擦副的高温摩擦学性能

本文考察了Ti3SiC2/PM304摩擦副从室温到630℃范围的摩擦磨损性能,并与Ni-Cr合金/PM304摩擦副的摩擦磨损性能进行了对比.结果表明:Ti3SiC2/PM304摩擦副具有比Ni-Cr合金/PM304摩擦副更好的摩擦磨损性能,特别是在400～630℃的温度范围内,Ti3SiC2/PM304摩擦副具有优异的摩擦磨损性能.从室温到300℃,Ti3SiC2/PM304摩擦副的磨损机制为Ti3SiC2晶粒拔出、脱落后与转移的PM304形成机械混合层,随着环境温度的升高机械混合作用加强.在400～630℃范围内,摩擦界面的机械混合作用受到显著抑制,在Ti3SiC2磨损表面形成富集银的转移润滑膜,而转移润滑膜的连续性对摩擦副的摩擦磨损性能影响较大.     

熔渗烧结Ti_3SiC_2陶瓷材料的摩擦磨损性能研究

采用熔渗烧结技术制备Ti3SiC2陶瓷材料,利用XRD-7000型X射线衍射仪、INSTRON-1195型电子万能试验机、HST-100型销-盘式摩擦磨损试验机和JSM-6700F型扫描电子显微镜对Ti3SiC2陶瓷烧结试样的相成分、抗弯强度、带电干摩擦条件下的摩擦磨损性能进行了试验分析.结果表明:随着烧结试样中Ti3SiC2含量的增加,材料的抗弯强度增大,摩擦系数与磨损率降低,材料表现出良好的摩擦学性能,磨损机制以黏着磨损为主.当Ti3SiC2质量分数达到76%左右时,材料抗弯强度开始明显增加;摩擦系数与磨损率明显减小.     

脆性膨胀环动态拉伸碎裂实验研究

发展了一种液压冲击脆性膨胀环实验技术,通过可升降的凸台对脆性膨胀环进行精确的对心定位安置,避免偏心膨胀带来的弯曲断裂,通过膨胀环试件上的半导体应变片测量其在拉伸碎裂过程中的应变时程曲线;对典型脆性材料碳化硅（SiC）陶瓷进行了膨胀拉伸碎裂实验研究,获得了其动态拉伸断裂强度和碎片平均尺寸及分布。实验结果表明:(1) 液压冲击膨胀环实验能较好地实现脆性膨胀环的拉伸碎裂,在应变率101 s?1量级下,SiC陶瓷拉伸断裂应变为3.7×10?4～7.4×10?4,平均拉伸断裂应力为206 MPa;(2) SiC陶瓷无量纲化平均碎片尺寸落于多种脆性碎裂预测模型的合理区间内,随着加载应变率的提高,SiC陶瓷的平均碎片尺寸减小;(3) SiC陶瓷拉伸碎裂的碎片分布基本符合Rayleigh分布,但是在细小尺寸上和大尺寸碎片分布上存在一定偏差。     

Investigation of the solid impurity distribution in axisymmetric nozzles

Results are presented of an experimental investigation of the influence of the entrance conditions, the coarseness of the solid impurities (the nozzle scale), the profiles of the sub- and transonic parts of the nozzle, and the initial concentration on the discrete phase distribution in the exit sections of axisymmetric nozzles. It is shown that profiling of the subsonic part of the nozzle plays a governing role as compared with the transonic part, and the greatest filling of the supersonic nozzle section by a solid impurity is observed in the conical entrance. The nonuniformity of the parameter distribution at the nozzle entrance does not substantially alter the solid impurity distribution at the exit.     

碳化硅颗粒增强铝合金复合材料在不同条件下的磨损行为

动载磨损是工程应用的一种常见现象，然而已有的试验研究大都是以平稳加方式进行的，这样得到的磨损规律显然与实际工况下的不符。因此，利用滑动磨损和喷砂冲员两种不同的试验方法，对ＳｉＣ颗粒增强２０２４Ａｌ复合材料的磨损行为进行了试验研究。     

Stress–strain and fracture behaviour of 0°/90° and plain weave ceramic matrix composites from tow multi-axial properties

A computationally economic finite-element-based multi-linear elastic orthotropic materials approach has been developed to predict the stress–strain and fracture behaviour of ceramic matrix composites with strain-induced damage. The finite element analysis utilises a solid element to represent a homogenised orthotropic medium of a heterogeneous uni-directional tow. The non-linear multi-axial stress–strain behaviour has been discretised to multi-linear elastic curves, which have been implemented by a user defined subroutine or UMAT in the commercial finite element package, ABAQUS. The model has been used to study the performance of two CMC composites: a SiC (Nicalon) fibre/calcium aluminosilicate (CAS) matrix 0°/90° cross-ply laminate Nicalon/CAS; and, a carbon fibre/carbon matrix–SiC matrix (C/C–SiC) plain weave laminate DLR-XT. The global stress–strain curves with catastrophic fracture behaviour and effects of fibre waviness have been predicted. Comparisons have been made between the predictions and experimental data for both materials. The predicted results when fibre waviness is taken into account compare well with the experimental data.