Fe3Si金属间化合物在干摩擦及水润滑条件下的摩擦学性能研究

利用高能球磨和热压烧结工艺制备了Fe3Si有序金属间化合物块体材料,考察了其与Si3N4配副时在干摩擦和水润滑条件下的摩擦学性能.结果表明,在干摩擦条件下Fe3Si/Si3N4摩擦副表现出很高的摩擦系数,Fe3Si与Si3N4的磨损率分别为1.408×10-14m^3/（N.m）和4.735×10-16m^3/（N.m）,两者相差近2个数量级;在水润滑条件下,Fe3Si的磨损率下降而Si3N4的磨损率上升,两者磨损率分别为7.406×10-15m^3/（N.m）和2.522×10-15m^3/（N.m）.另外,在水润滑条件下的摩擦化学产物对Fe3Si的摩擦学性能影响显著.     

激光熔敷Cr3Si／Cr2Ni3Si金属硅化物涂层耐磨性与耐蚀性研究

以 Cr- Si- Ni预合金化粉末为原料 ,采用激光熔敷技术在 1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备出以金属硅化物 Cr3Si为增强相、以复杂多元金属硅化物 Cr2 Ni3Si为基体的快速凝固金属硅化物冶金涂层 ,在滑动磨损条件下评价了其耐磨性能 ,并采用阳极极化方法分别评价了该涂层在 0 .5 mol/L 的 H2 SO4 及 3.5 % Na Cl溶液中的电化学耐蚀性能 .结果表明 ,在滑动磨损条件下 ,所研制的涂层具有优异的耐磨性能 ,在 0 .5 mol/L的 H2 SO4 及 3.5 % Na Cl水溶液中具有优良的电化学耐蚀性能 ,这归因于其组成相 Cr3Si及 Cr2 Ni3Si的优异耐磨耐蚀性 ,以及非平衡快速凝固过程导致的组织细化、致密化和均匀化 .     

纳米Si_3N_4填充聚双马来酰亚胺摩擦磨损性能研究

采用浇铸成型法制备纳米 Si3 N4颗粒填充聚双马来酰亚胺复合材料 ,考察了纳米 Si3 N4质量分数分别为 0 .5 %、1.0 %、1.5 %及 2 .0 %的复合材料的摩擦学性能 ,并用扫描电子显微镜对磨损表面形貌和磨屑进行了分析 .结果表明 ,纳米 Si3 N4颗粒对聚双马来酰亚胺的摩擦磨损性能具有明显的改性作用 ,尤其是当纳米 Si3 N4的质量分数为 1.5 %时 ,复合材料的摩擦磨损性能最佳 ,摩擦系数降为 0 .2 5 ,磨损率降低 72 %     

激光熔敷Mo2Ni3Si／NiSi金属硅化物耐磨复合材料涂层组织与抗磨性能

以Ni-42Mo-28Si和Ni-36Mo-24Si(质量分数计)合金粉末为原料，利用激光熔敷技术在1Crl8Ni9Ti不锈钢基材表面制得由三元金属硅化物Mo2Ni3Si初生树枝晶和枝晶间Mo2Ni3Si／NiSi共晶组织组成的复合材料涂层，考察了涂层镍含量及Mo2Ni3Si初生相体积分数对涂层在滑动干摩擦下的耐磨性的影响．结果表明：激光熔敷Mo2Ni3Si／NiSi金属硅化物复合材料涂层在滑动干摩擦条件下具有优异的抗磨性能；随着涂层中三元金属硅化物Mo2Ni3Si初生相体积分数的增加，涂层的耐磨性提高，摩擦系数降低；激光熔敷Mo2Ni3Si／NiSi金属硅化物复合材料涂层具有良好的载荷特性．     

Si_3N_4陶瓷/冷激铸铁的摩擦学性能研究

采用块 -盘摩擦磨损试验机考察了陶瓷与冷激铸铁在干摩擦条件下的摩擦磨损行为 .通过研究发现 ,该摩擦副的摩擦系数随载荷和速度的增大而减小 ,当载荷和速度较大时 ,陶瓷的磨损严重 ,而由于摩擦温度升高引起的冷激铸铁材料的转移也会使陶瓷出现负磨损 .对磨损表面的形貌分析和化学成分测试结果表明粘着磨损和疲劳磨损在磨损过程中占主导地位 .     

激光熔敷Ti5Si3增强金属间化合物耐磨复合材料涂层组织及耐磨性研究

以Ni-59Ti-21Si合金粉为原料，利用激光熔敷技术在BT9钛合金表面制备了含Ti5Si3金属间化合物的耐磨复合材料涂层，利用光学金相显微镜、扫描电子显微镜，能量色散谱仪及X射线衍射仪观察分析了复合材料涂层的显微组织结构，同时考察了复合材料涂层在室温滑动干摩擦条件下的耐磨性能。结果表明：复合材料涂层主要组织包括Ti6Si3增强相、金属间化合物NiTi2与少量β钛基固溶体与Ti5Si3共晶；其组织结构均匀，为基体之间为完全冶金结合；复合材料涂层具有硬度高、抗粘着磨损能力强的特点，在滑动干摩擦试验条件下表现出优异的耐磨性及良好的承载能力；其摩损质量损失随载荷增大变化很小。     

混合式陶瓷轴承的研制及其台架试验研究Ⅱ．滚珠轴承的运行和润滑试验

混合式陶瓷轴承的性能优异，是一种应用前景十分广阔的新型高速轴承。但是，目前对其研究还不够充分，特别在这种轴承的润滑试验研究方面几乎还是个空白，因此，对混合式陶瓷轴承进行了运行和润滑试验，并且利用扫描电子显微镜对试验后的陶瓷球表面进行了观察。在同种润滑剂润滑下的温升对比试验表明，陶瓷球轴承的温升比钢球轴承的低，可见前者的高速运行性能比后者的好；在其它试验条件相同的情况下，利用２０＃机械油和含３％（ｗｔ）超细石墨金刚石粉的２０＃机械油等６种润滑剂分别进行的润滑试验表明，润滑剂的粘度越大，陶瓷球轴承的温升越高；纯水对陶瓷球轴承的润滑性能良好，利用其润滑时的轴承温升很低。这种结果除与水的粘度非常低有关以外，还同Ｓｉ３Ｎ４陶瓷与水发生的摩擦化学反应有关。扫描电子显微镜观察发现，在含３％（ｗｔ）超细石墨金刚石粉的２０＃机械油润滑下，试验后的个别陶瓷球表面有相当深的麻坑出现，这是陶瓷球毛坯内部气孔等缺陷经过金刚石微粉“抛光”作用而显露出来的结果。     

旋转圆盘空蚀试验中的硅材料破坏过程研究

利用自制旋转圆盘空蚀试验装置,以流动自来水为介质,对磨片、化抛片、抛光片和刻蚀片等4种硅片进行连续8 h试验以及对磨片进行连续14 h跟踪观察试验,研究硅材料的微观破坏过程,并利用扫描电子显微镜、触针式表面形貌仪和原子力显微镜对其表面微观形貌进行分析.结果表明:经连续8 h空蚀试验后,磨片原始表面的片状层基本消失,表面破坏程度最严重,化抛片次之,其表面尖锐的边缘发生了钝化,抛光片和刻蚀片的表面变化不大;化抛片的表面粗糙度Ra值由227.79 nm降至173.31 nm,抛光片的Ra值由0.483 nm增加至3.455 nm,磨片在14 h试验后其Ra值由0.3304 μm降至0.1965 μm;一定尺度的表面微观形貌对硅材料产生显著影响.     

过热处理对Al—Si过共晶合金耐磨性能的影响

考察了过热处理对Ａｌ－Ｓｉ过共晶合金磨损性能的影响。结果表明,过热处理可以改善材料的耐磨性,尤其是高载荷下的耐磨性;并且过热处理温度越高,材料的耐磨性越好。其原因在行组织中的初生硅粒子受粒触应力的作用时,易破碎而形成裂纹和孔洞,从而降低材料的磨损性能。组织中的初生硅越细小且分布越弥散,基体的强度越高,材料的耐磨性越好。     

Mo／2Si混合粉末的摩擦化学效应

利用 ZJM10 T型搅拌机和 X射线衍射仪研究了 Mo/ 2 Si混合粉末在机械球磨过程中的摩擦化学效应 .结果表明 :在球磨初期 ,晶粒尺寸明显减小 ,显微应变和有效温度系数明显增加 ;在球磨 3h后 ,Mo和 Si粉末的晶粒尺寸和显微应变变化幅度减小 ;球磨 10 h后 ,有效温度系数趋于极限值 ,晶粒尺寸和显微应变几乎保持不变 .塑性 Mo颗粒的机械活化以变形或晶格畸变加剧为主 ,而脆性 Si颗粒的机械活化以细化或比表面积增加为主 .球磨过程中未检测到摩擦化学变化     

Pressure-sensitive plasticity of lithiated silicon in Li-ion batteries

Lithiation-induced plasticity is a key factor that enables Si electrodes to maintain long cycle life in Li-ion batteries. We study the plasticity of various lithiated sili-con phases based on first-principles calculations and iden-tify the linear dependence of the equivalent yield stress on the hydrostatic pressure. Such dependence may cause the compression-tension asymmetry in an amorphous Si thin film electrode from a lithiation to delithiation cycle, and leads to subsequent ratcheting of the electrode after cyclic lithiation. We propose a yield criterion of amorphous lithi-ated silicon that includes the effects of the hydrostatic stress and the lithiation reaction. We further examine the micro-scopic mechanism of deformation in lithiated silicon under mechanical load, which is attributed to the flow-defects mediated local bond switching and cavitation. Hydrostatic compression confines the flow defects thus effectively strength-ens the amorphous structure, and vice versa.     

Fe-Si-Cr-Al四元系Fe_3Si基合金在水润滑条件下的摩擦学性能

利用Optimal SRV摩擦磨损试验机考察了Fe65Si25Cr5Al5、Fe70Si20Cr5Al5、Fe75Si15Cr5Al5和Fe80Si10Cr5Al5等几种Fe-Si-Cr-Al四元系Fe3Si与Si3N4配副时在水润滑条件下摩擦学性能.结果表明:Fe65Si25Cr5Al5和Fe70Si20Cr5Al5的磨损率低于纯Fe3Si和AISI 304不锈钢,同样,与这两种材料配副的Si3N4对偶材料磨损率也相对较低;Fe75Si15Cr5Al5和Fe80Si10Cr5Al5的磨损率则高于Fe3Si和AISI 304不锈钢.Fe70Si20Cr5Al5中Cr元素的化学活性高于其中Al元素的化学活性,材料表面富集的Cr2O3有效阻碍了Si3N4与水的摩擦化学反应,从而使Fe70Si20Cr5Al5在水环境中的摩擦学性能Fe3Si显著提高,在载荷分别为30、50、70和90 N条件下,Fe70Si20Cr5Al5比Fe3Si的磨损率分别降低了15.5%、20.2%、31.8%和38.2%;对偶材料Si3N4的磨损率则分别降低了67.9%、36.9%、46.6%和50.6%.     

Thermal and gas flow characterization of a fluxless Si solder bonding oven

In this paper the technology of the “Linn” type Si fluxless solder bonding oven and the thermal and gas flow characterization of the oven are discussed. This oven is used for fixing silicon chips on metal substrates with high temperature solder bonding process. The solder is applied in a foil form which is placed between the Si chip and the metal substrate. This does not contain any flux, therefore a reducing agent has to be applied to avoid the oxidation of the joints during the soldering process. In this technology the reducing agent is the forming gas which is a mixture of 10 vol.% H₂ and 90 vol.% N₂. The key factors of this soldering process was studied; the suitable temperature (350-370 °C for 13-15 min) and the adequate H₂ concentration (8-10 vol.%). A detailed 3D gas flow model of the Linn oven was prepared which is based on the finite volume model (FVM) method. The gas flow circumstances using the basic and a hypothetic oven setting were compared by simulations applied the ANSYS-FLUENT system. The gas flow model was verified by the measurements of the temperature, the H₂ concentration and the pressure inside the oven. Furthermore the heating ability of the oven under full load was characterized by the change of the heating temperature and the time coefficient of the heating.     

纳米磨料对硅晶片的超精密抛光研究

采用均相沉淀法制备了纳米CeO2和纳米Al2O3超细粉体,将所制备的超细粉体配制成抛光液并用于硅晶片化学机械抛光,考察了纳米磨料对硅晶片抛光效果及抛光机理的影响.结果表明,纳米CeO2磨料的抛光效果优于纳米Al2O3磨料,采用纳米CeO2磨料抛光硅晶片时可以得到在1μm×1μm范围内微观表面粗糙度Ra为0.089nm的超光滑表面,且表面微观起伏较小.     

Ni—Cr—B—Si合金粉末等离子喷涂层的高温滑动磨损特性

研究了Ｎｉ－Ｃｒ－Ｂ－Ｓｉ合金粉末等离子喷涂层的高温滑动磨损特性，并与５ＣｒＮｉＭｏ钢进行对比。结果表明，由于磨损机制不同，在相同温度下涂层的磨损率比５ＣｒＮｉＭｏ钢低得多。涂层的磨损机制在５００－５５０℃之间主要为塑性变形，５５０℃以上则表现为粘着磨损和硬质相脱落。     

SiC_p/Al-Si合金梯度材料的磨损特性

采用离心铸造技术制备了 Si Cp/ Al- 8.8% Si合金梯度材料 ,并用扫描电子显微镜、HV- 5型小负荷维氏硬度计和ML- 10 0型销 -盘磨粒磨损试验机等设备研究了该梯度材料组织、硬度及耐磨性的梯度分布规律 .结果表明 :因 Si C颗粒的密度比铝合金液的大 ,其在离心力场中偏聚于试样的外侧 ,含量由外向内逐渐降低直至消失 ,呈梯度变化 ;Si Cp/Al- 8.8% Si合金梯度材料的硬度由外向内逐渐降低 ,呈梯度变化 ,与 Si C颗粒的分布规律一致 ;Si Cp/ Al- 8.8% Si合金梯度材料的耐磨性能取决于 Si C颗粒的数量及其分布 ,耐磨性能由外向内逐渐变差 ,呈梯度变化 ,与硬度的分布规律一致     

单晶硅表面等离子体基离子注入碳纳米薄膜的摩擦学特性

用等离子体基离子注入(PBII)技术在单晶硅表面制备了碳纳米薄膜,考察了薄膜在不同载荷及速度下同Si3N4球对摩时的摩擦学性能,并采用扫描电子显微镜观察分析了磨痕表面形貌.结果表明,所制备的碳纳米薄膜光滑致密,为高硬度富弹性的类金刚石碳(DLC)膜,薄膜通过C-Si键合作用而同硅片表面形成牢固结合,且成分及结构呈现某种梯度变化特征,单晶硅经改性后摩擦学性能大幅度改善:在低载荷(0.5 N)下其耐磨寿命达3 h以上,摩擦系数处于0.10～0.30之间,磨痕不明显;在高载荷(4 N)下其耐磨寿命及摩擦系数(0.03～0.20之间)均明显降低.这是由于较高载荷或滑动速度导致DLC薄膜石墨化加剧所致.     

新型铝锡硅合金高温塑性变形流变应力的研究

采用高温等温压缩变形方法,在温度为373-673K范围和应变速率为0.001-1.0s^-1范围内,测定了新型Al-10Sn-4Si合金的流变应力曲线,结果表明,该合金为正应变速率敏感材料并且具有稳态流变特征;稳态流变应力随变形速率的增加而增大,随变形温度的升高而降低,通过回归分析,建立了该合金高温塑性变形时稳态流变应力的半经验方程,这种稳态流变特征与动态回复、动态再结晶及局部晶界粘滞性流动行为有关,受热激活过程控制。     

离心铸造Al—Si—Ti合金梯度功能材料的摩擦学特性

采用离心铸造工艺使Ａｌ－Ｓｉ－Ｔｉ合金在凝固过程中析出的富Ｔｉ相（Ｓｉ２Ｔｉ型和Ａｌ３Ｔｉ型）在合金表面层聚集而制得梯度功能材料。测定了这种材料的硬度并对其摩擦学性能进行了试验研究。结果表明：在３０－３５０℃温度范围内，材料表层（复合层）的硬度比内部基体的高，在以氧化和占着磨损为主的前期磨损过程中，由于富Ｔｉ相聚集的复合层硬度高，耐热性和抗氧化性优良，复合层的磨损率远比内部基体的低；在进入稳定摩擦