Magneto-electro-elastic antiplane analysis of a bimaterial BaTiO3–CoFe2O4 composite wedge with an interface crack

The antiplane analysis is made for a bimaterial BaTiO₃–CoFe₂O₄ composite wedge containing an interface crack. The coupled magneto-electro-elastic field is induced by the piezoelectric/piezomagnetic BaTiO₃–CoFe₂O₄ composite materials. For the crack problems, the intensity factors of stress, strain, electric displacement, electric field, magnetic induction and magnetic field at crack tips are derived analytically. Also, the energy density criterion is applied to predict the fracture behavior of the interface crack. The numerical results also show that the energy release rate for a crack in a single wedge is negative.     

Evaporation heat transfer coefficient in single circular small tubes for flow natural refrigerants of C3H8, NH3, and CO2

An experimental study of evaporation heat transfer coefficients for single circular small tubes was conducted for the flow of C₃H₈, NH₃, and CO₂ under various flow conditions. The test matrix encompasses the entire quality range from 0.0 to 1.0, mass fluxes from 50 to 600 kg m⁻² s⁻¹, heat fluxes from 5 to 70 kW m⁻², and saturation temperatures from 0 to 10 °C. The test section was made of circular stainless steel tubes with inner diameters of 1.5 mm and 3.0 mm, and a length of 2000 mm in a horizontal orientation. The test section was uniformly heated by applying electric power directly to the tubes. The effects of mass flux, heat flux, saturation temperature, and inner tube diameter on the heat transfer coefficient are reported. Among the working refrigerants considered in this study, CO₂ has the highest heat transfer coefficient. Laminar flow was observed in the evaporative small tubes, and was considered in the modification of boiling heat transfer coefficients and pressure drop correlations.     

Ti_3SiC_2的加入对Ag-MoS_2-graphite复合材料力学及摩擦磨损性能的影响

采用热压烧结技术制备了Ag-Mo S2-graphite和Ag-Mo S2-graphite-Ti3Si C2两种银基自润滑复合材料,考察了两种材料的致密度、硬度、弯曲强度及其在不同环境(大气和低真空)中的摩擦磨损性能.结果表明:低润湿性使得Ti3Si C2与基体界面处的孔隙增多,降低了致密度和弯曲强度,但对硬度影响不明显;摩擦过程中Ti3Si C2颗粒易于从基体材料表面剥落,阻碍了润滑膜的形成,造成Ag-Mo S2-graphite-Ti3Si C2复合材料的摩擦系数高于Ag-Mo S2-graphite复合材料;但Ti3Si C2的添加能够明显提高复合材料在大气中的耐磨性能,这主要与摩擦过程中的材料转移和摩擦化学反应有关.     

离子液体作为Si3N4-Ti3SiC2摩擦副润滑剂的摩擦学性能研究

采用SRV摩擦磨损试验机在室温及100 ℃下考察了两种离子液体（L-B106 和L-P106）、丙三醇、水作为Si₃N₄-Ti₃SiC₂摩擦副润滑剂的摩擦学行为,利用扫描电子显微镜（SEM）及X光电子能谱（XPS）对磨损表面进行了分析.结果表明：室温、20 N条件下,两种离子液体和丙三醇抗磨和减摩性能相当,室温、100 ℃条件下,L-P106相较于L-B106具有更好的润滑性能,且其抗磨和减摩性能均优于丙三醇,作为Si₃N₄-Ti₃SiC₂摩擦副润滑剂具有在苛刻环境条件下使用的应用前景. XPS分析结果表明：Ti₃SiC₂材料在摩擦过程中在摩擦热作用下生成了SiO_x、TiO₂,进而有效提高了Ti₃SiC₂摩擦副材料的抗磨损性能;此外,离子液体中的活性元素在Si₃N₄-Ti₃SiC₂摩擦副表面发生了复杂的摩擦化学反应,生成了由氟化钛、磷酸钛及硼酸钛等组成的具有减摩和抗磨性能的边界润滑膜.     

Fe_3Al/WS_2复合材料的真空摩擦学性能研究

采用热压烧结的方法制备了添加WS2质量百分数为10%、20%和30%的Fe-28Al-5Cr基复合材料,通过XRD和SEM等手段分析了样品的相组成和组织结构.利用自制的真空摩擦试验机测试了样品在4×10-4Pa真空下的摩擦学性能.研究结果显示:通过与WS2的复合能够显著降低Fe3Al基金属间化合物在真空条件下的摩擦系数,但三种不同WS2含量复合材料的摩擦系数差别不大.随着WS2含量增加,复合材料的磨损率逐渐降低,特别是30%复合材料的磨损率较纯Fe-28Al-5Cr的磨损率低约1个数量级.滑动速度和载荷对三种材料的摩擦系数和磨损率均有一定的影响.纯Fe3Al的磨损表面较为粗糙,出现严重的剥落坑和剥落痕迹,磨损机理为严重的疲劳磨损.添加质量百分数为10%WS2的复合材料的磨损机理为磨粒磨损和疲劳磨损;添加WS2质量百分数为20%和30%的复合材料,其磨损表面相对较为光滑平整,磨损机理为轻微剥落.因此,在复合材料制备中添加WS2能够显著提高Fe3Al金属间化合物的真空摩擦学性能.     

反应烧结Ti3SiC2材料的载流摩擦磨损性能

采用HST-100型摩擦磨损试验机,研究了载流条件下法向载荷和电流对Ti3SiC2材料摩擦磨损性能的影响,同时借助JSM-6700F型扫描电子显微镜研究了Ti3SiC2材料的磨损机理.结果表明:当电流为0 A时,Ti3SiC2材料磨损主要以机械磨损为主,随着载荷的增加,摩擦系数逐渐减小,在120 N时达到最小值0.32.在载流条件下,Ti3SiC2材料磨损主要以电弧烧蚀和机械磨损为主,随法向载荷的增加摩擦率逐渐减小,在120 N时磨损率接近于非载流条件下单纯的机械磨损量2.2×10-6mm3/(N.m).在高载荷和不同电流条件下,Ti3SiC2材料均表现出良好的载流摩擦磨损性能.     

反应烧结Ti_3SiC_2/TiC复合材料摩擦磨损性能研究

采用无压反应烧结技术制备Ti3SiC2/TiC复合材料,利用XRD-7000型衍射仪、INSTRON-1195型电子万能试验机、JSM-6700F型扫描电子显微镜、HST-100型摩擦磨损试验机对Ti3SiC2/TiC复合材料烧结试样的相组成、抗弯强度、断口显微形貌和载流摩擦磨损性能进行了研究.结果表明:在1550℃下可制备得到均匀致密的Ti3SiC2/TiC复合材料;随着试样中TiC含量的增加,复合材料抗弯强度逐渐增大;当TiC质量分数达到18%左右时,抗弯强度明显增加,摩擦系数趋于稳定,磨损率快速下降;电流强度是Ti3SiC2/TiC复合材料摩擦磨损性能的主要影响因素,随着试验电流强度的增强,摩擦系数和磨损率明显增大;同时在摩擦表面生成一层熔融状氧化膜(非载流:SiO2、TiO2和FeTiO3载流:FeTiO3和Fe2.35Ti0.65O4),主要磨损形式为电弧烧蚀和氧化磨损.     

Ti_3SiC_2/Cu摩擦副的载流摩擦学性能

本文中考察了Ti3SiC2/Cu摩擦副在干摩擦和微量离子液体润滑条件下的载流摩擦学特性.在干摩擦条件下,Ti3SiC2/Cu摩擦副的摩擦系数值为0.6~0.75.当滑动速度从0.11增至0.33 m/s时,接触电阻降低小,在Ti3SiC2栓磨损表面有Cu的转移膜形成.当滑动速度为0.44和0.56 m/s时,栓/盘接触不稳定并且产生电火花,表明在机械磨损和电磨损共同作用下Ti3SiC2栓发生了严重磨损.在微量离子液体润滑条件下,Ti3SiC2/Cu摩擦副处于边界润滑状态,随着滑动速度的提高,摩擦系数由0.08增至0.2.当滑动速度高于0.33 m/s时,产生长约数厘米、平均直径53μm的弯曲缠绕的铜丝,这是相对较硬的Ti3SiC2对Cu盘犁削作用的结果.铜丝将离子液体"扫离"了摩擦表面,并且对摩擦学性能和电性能造成不利影响.     

Ti3SiC2、不锈钢和NiCr合金在人工海水中的摩擦学性能

在SRV-1型摩擦磨损试验机上考察了Ti3SiC2、NiCr合金和不锈钢在干摩擦、蒸馏水和人工海水中的摩擦磨损性能,并用扫描电镜(SEM-EDS)及光电子能谱(XPS)对磨痕形貌及成分进行分析.结果表明:Ti3SiC2/Al2O3摩擦副的摩擦系数对摩擦条件变化不敏感,在液体介质中磨损稍有降低.3种摩擦条件下存在机械磨损和摩擦氧化磨损竞争,但机械磨损始终为主要磨损机制,因此摩擦和磨损较大.不锈钢/Al2O3和NiCr合金/Al2O3两摩擦副对摩擦条件变化较敏感,摩擦系数和磨损率在于摩擦、蒸馏水和海水中依次降低,其中NiCr合金降低幅度最大.干摩擦条件下两者以机械磨损为主要磨损机制,表现为黏着磨损和材料转移;蒸馏水中机械磨损和摩擦氧化磨损并存;海水中以腐蚀磨损为主导,腐蚀产物FeCl2、CrCl3或CrO22-或CrO2-等具有减摩抗磨作用.     

两种晶粒尺寸氧化铝陶瓷滑动磨损表面演化

文中比较研究了两种晶粒尺寸(0.6μm和3.8μm)氧化铝陶瓷在室温干摩擦条件下分别与氮化硅陶瓷对摩时的摩擦磨损性能,发现细晶氧化铝陶瓷(0.6μm)/氮化硅陶瓷摩擦副有较低的摩擦系数和磨损率以及高的磨损转变载荷,而粗晶氧化铝陶瓷(3.8μm)/氮化硅陶瓷摩擦副的摩擦学性能较差.对这两种晶粒尺寸氧化铝陶瓷的磨损表面进行了表征,发现了两种不同的磨损机制和磨损演化规律.在15 N的载荷下,3.8μm氧化铝陶瓷在磨损初期发生了晶粒断裂和拔出,在100 s后开始形成摩擦层,随后摩擦层的面积随着滑动时间的延长而增大,其特征为光滑、有裂纹贯通的机械混合层.0.6μm氧化铝陶瓷在初期的磨损以微凸体磨损和晶界破坏为主,随后出现晶粒断裂和拔出,没有发现机械混合层.本文中讨论了晶粒尺寸效应和磨痕尺寸效应对两种晶粒尺寸氧化铝陶瓷磨损表面演化的影响.     

有限氧化物粉末润滑下Ti_3SiC_2自配副在空气中的摩擦系数-温度特性

以传统固体润滑剂石墨和MoS2为基准,考察了PbO、ZnO、NiO和TiO2等氧化物粉末有限润滑下Ti3SiC2自配副在空气中从室温到800℃的摩擦系数-温度特性.结果表明:石墨和MoS2可大幅降低Ti3SiC2自配副的摩擦系数,但石墨的使用温度范围较窄且最高使用温度较低(200℃以下);MoS2使用温度虽较宽,但在500℃以上会发生氧化失效.与石墨和二硫化钼的摩擦系数相比,虽然氧化物粉末的润滑性较差,但在不同温度范围具有固体润滑作用.从室温至600℃范围内PbO粉末润滑性最好;700℃以上,TiO2和NiO具有一定减摩作用.石墨、MoS2和氧化物粉末的润滑机理与粉末的成膜性、膜的剪切和膜的化学稳定性有关.     

含Fe2O3摩擦层的促进形成对H13和45钢磨损性能的影响

Fe_2O_3是钢材高温或高速干滑动表面摩擦氧化物层的重要构成.本文作者通过在H13钢、45钢/GCr15钢的滑动界面添加Fe_2O_3纳米颗粒,试图促进保护性摩擦氧化物层的快速形成,避免了高温恶化材料的机械性能.研究了Fe_2O_3对H13钢和45钢磨损性能的影响,分析了摩擦氧化物层的形成机理,并探讨了基体硬度对摩擦氧化物层的作用.研究结果表明:无添加时,低硬度45钢的耐磨性明显差于高硬度的H13钢;GCr15钢在与45钢对摩时,磨损率也明显大于与H13钢对摩时.添加Fe_2O_3后,纳米颗粒在H13和GCr15钢表面迅速相互黏着并形成保护性的摩擦氧化物层,导致磨损率急剧下降,且随载荷增加仅轻微波动.而较软45钢基体对摩擦氧化物层的支撑能力较弱,摩擦氧化物层破碎,高载下磨损率明显大于低载下.     

碳化物衍生碳涂层/氮化硅摩擦副在水润滑下的摩擦学性能

基于SiC陶瓷在水润滑条件下可能出现因摩擦界面无水或过载引起的失效问题,考察了SiC陶瓷、碳化物衍生碳(CDC)涂层在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能.研究结果表明:CDC涂层在干摩擦和水润滑条件下均具有优异的摩擦学性能,可在摩擦界面无水或过载下正常工作;在水润滑条件下,CDC涂层在宽的载荷和滑动速度下具有优异的摩擦学性能.从微结构角度分析比较了CDC涂层与商品石墨的差异,并由此讨论了其摩擦学性能的差异.讨论了加工SiC陶瓷引起的表面织构对CDC涂层在水润滑条件下摩擦学性能的影响机制.     

高体积分数(Cr,Fe)7C3增强Fe基涂层的组织及耐磨性研究

以FeCrNiBSi与Cr3C2粉末为原料,采用等离子熔覆技术在Q235表面通过原位反应制备了高体积分数六方柱(Cr,Fe)7C3碳化物增强Fe基涂层,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)、XRD射线衍射观察分析了涂层的显微组织结构,同时在M-2000型磨损试验机上考察了恒载荷及变载荷涂层滑动干摩擦时的耐磨性能.结果表明:涂层主要组织为初生(Cr,Fe)7C3碳化物、α-Fe及末溶的Cr3C2,其中(Cr,Fe)7C3在整个涂层中的分布较均匀,平均体积分数达75％,显微硬度为HV0.5(1218～1524),由于高体积分数硬质相的存在,涂层恒载荷下相对耐磨性为纯FeCrNiBSi涂层的9倍,变载荷下相对耐磨性为纯FeCrNiBSi涂层的14倍,涂层的磨损机制为(Cr,Fe)7C3碳化物在高切向应力作用下产生裂纹,发生脆性剥落,随着载荷的增加,逐渐由磨粒磨损转变为氧化磨损.     

An on sun parametric study of solar hydrogen production using WO3 photoanodes

The solar production of hydrogen using photoactive electrodes is a topic receiving much attention in recent years. The use of thin metal oxide films as photoanodes allows the water splitting reaction to occur at a much lower applied voltage than would be necessary with a straight electrolysis process. The University of Nevada Las Vegas in collaboration with the UK based firm Hydrogen Solar and funded by the United States Department of Energy, has developed a prototype of this type of cell using a WO₃ photoanode. An on-sun test facility has been constructed by the UNLV Center for Energy Research (CER) where a study is being conducted with regard to the effects various design parameters on the rate of hydrogen evolution. Parameters being studied include electrolyte temperature, electrolyte flow rate, electrolyte resistivity, applied voltage, and membrane to electrode spacing. The data collected is used in a parametric study of the cell performance. The results of this study are then used to establish general trends as to the effects of these parameters on the performance of the cells outside of a laboratory environment.     

Ti3SiC2/Inconel718摩擦副的高温摩擦学性能

本文考察了Ti3SiC2-Inconel 718摩擦副从室温到800 ℃范围内的摩擦磨损性能.结果表明:温度的升高有利于改善Ti3 SiC2-Inconel 718摩擦副的摩擦磨损性能,在800℃时,其摩擦磨损性能优异.随着温度的升高,摩擦系数从室温的0.71降至800℃时的0.37,Ti3SiC2的磨损率从4×10-3 mm3/(N·m)降至10-5mm3/(N·m)以下.高温塑性变形和摩擦氧化物层的形成导致摩擦系数的降低,300℃以下,晶粒的断裂、拔出与脱落以及材料向合金的转移造成了Ti3SiC2高的磨损率,从400℃至800℃,Ti3 SiC2晶粒的断裂与脱落受到明显抑制,其磨损率显著降低.     

Cr/Cr2O3多层薄膜的制备、力学及摩擦学性能研究

为了提高Cr2O3陶瓷薄膜的韧性及摩擦学性能,设计制备了Cr/Cr2O3软硬交替的多层薄膜,通过复配韧性层提高Cr2O3陶瓷薄膜的韧性及摩擦学性能,同时研究了调制周期对Cr/Cr2O3薄膜力学性能及摩擦学性能的影响.研究结果表明多层薄膜的韧性和第一临界载荷随调制周期的减小而增大,而其硬度随调制周期的减小而降低.调制周期为1 075 nm的薄膜表现出了最好的综合性能,即薄膜具有较好的膜基结合强度、较高的韧性和硬度,同时薄膜具有最好的抗磨损性能.     

Heat transfer enhancement using Al2O3/water nanofluid in a two-phase closed thermosyphon

A two-phase closed thermosyphon (TPCT) is a device for heat transmission. It consists of an evacuated-close tube filled with a certain amount of working fluid. Fluids with nanoparticles (particles smaller than 100 nm) suspended in them are called nanofluids that they have a great potential in heat transfer enhancement. In the present study, we combined two mentioned techniques for heat transfer enhancement. Nanofluids of aqueous Al₂O₃ nanoparticles suspensions were prepared in various volume concentration of 1–3% and used in a TPCT as working media. Experimental results showed that for different input powers, the efficiency of the TPCT increases up to 14.7% when Al₂O₃/water nanofluid was used instead of pure water. Temperature distributions on TPCT confirm these results too.     

钛硅碳衍生碳涂层在真空中的摩擦与磨损行为研究

采用高温氯化法(800℃,5%Cl2+Ar)制备了钛硅碳衍生碳涂层(CDC@Ti_3SiC_2).通过真空浸渍处理,将1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体(LP106)浸渍到多孔层状结构的CDC@Ti_3SiC_2涂层中,得到固-液复合润滑涂层(CDC@Ti_3SiC_2-LP106).以Si_3N_4球为摩擦配副,分别考察了Ti_3SiC_2、CDC@Ti_3SiC_2和CDC@Ti_3SiC_2-LP106涂层在两种真空模式下的摩擦磨损性能.这两种真空模式分别为固定真空度(10–4Pa)和改变真空度(由105Pa逐渐减小至10–4Pa).随着真空度的增大,CDC@Ti_3SiC_2涂层的摩擦系数呈现先减小后增大的趋势.相比较而言,CDC@Ti_3SiC_2-LP106涂层的摩擦系数低且对真空度变化不敏感.在两种真空模式下,CDC@Ti_3SiC_2和CDC@Ti_3SiC_2-LP106涂层均显著减小了Ti_3SiC_2的摩擦系数,但其抗磨损性能并没有明显提高.