碳酸钙纳米颗粒复合超分子凝胶润滑剂的摩擦学性能研究

采用碳酸钙纳米颗粒与全氟聚醚型超分子凝胶复合得到了一种新型的纳米颗粒复合超分子凝胶润滑剂. 超分子凝胶具有错综复杂的网络结构,有效地提高了碳酸钙纳米颗粒在全氟聚醚润滑油中的分散稳定性. 此外,碳酸钙纳米颗粒作为添加剂极大地提高了超分子凝胶的润滑性能,使其表现出较好的耐高温性能,以及较高的承载力. 采用差式扫描量热仪、热重分析仪和流变分析仪对该复合润滑剂的热力学性能进行表征,结果显示该复合润滑剂具有很好的热稳定性以及较好的力学性能. 最后,通过X射线光电子能谱(XPS)对其摩擦机理进行表征,结果表明碳酸钙纳米颗粒复合超分子凝胶润滑剂优异的摩擦学性能可归因于碳酸钙纳米颗粒在摩擦副表面形成了易剪切的薄膜,以及小尺寸的纳米粒子在摩擦过程中对摩擦表面进行的自修复效应.      

N2与CO2对合成气爆炸特性影响的实验研究

为了研究惰性气体(氮气及二氧化碳)对合成气爆炸特性的影响,利用20L球形爆炸仪器,开展不同体积分数氮气与二氧化碳作用下不同当量比合成气的爆炸实验,从爆炸峰值压力、爆炸压力到达峰值时间、爆炸指数方面分析惰性气体对合成气爆炸特性的影响。研究结果表明:惰性气体体积分数的增加会降低合成气的爆炸压力和爆炸指数,推迟爆炸压力到达峰值的时间;在相同体积分数下,CO2比N2能更有效地降低合成气的爆炸峰值压力和爆炸指数,减小爆炸反应的剧烈程度,CO2在抑制合成气爆炸方面比N2的效果明显。     

初始温度对CO2抑爆作用的影响

将CO₂充入的液化石油气中并进行点火,研究不同初始温度下CO₂对多元混合气液化石油气爆炸的抑制作用。实验显示:初始温度15℃时CO₂体积分数达到36%时,混合气体退出可爆范围,临界氧浓度为12.8%;初始温度50℃时CO₂体积分数达到39%时,混合气体退出可爆范围,临界氧浓度为12.2%。结果表明:CO₂对液化石油气爆炸的抑制效果在一定程度上要受环境温度的影响。     

激光熔覆CoCrFeNiNbx高熵合金涂层的高温摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术成功制备了CoCrFeNiNb_x (x=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0)高熵合金涂层,研究了Nb元素对高熵合金涂层微观组织和显微硬度的影响,分析了CoCrFeNiNb_0.75涂层在25~800 ℃的摩擦磨损性能和机制. 结果表明:CoCrFeNiNb_x高熵合金涂层主要由FCC (面心立方)相与具有HCP晶格结构的Laves相组成. 随着Nb摩尔含量的增加,CoCrFeNiNb_x的微观组织由单一的胞状晶FCC固溶体相(x=0)向亚共晶组织(x=0.25)、共晶组织(x=0.5)和过共晶组织(x=0.75,1.0)逐步发生演变. CoCrFeNiNb_0.75涂层具有最高的平均硬度(574 HV),表明适量的Nb元素的掺杂能有效提高涂层的显微硬度,这是固溶强化、第二相强化以及层片共晶组织中产生的大量新界面阻碍位错运动的边界强化相互作用的结果. CoCrFeNiNb_0.75涂层在室温下的磨损机制主要为氧化磨损和轻微的磨粒磨损,而在400和800 ℃下均为氧化磨损. 在800 ℃时,磨损表面形成了致密的氧化物釉质层,起到了良好的减摩抗磨作用,使高熵合金在高温环境下表现出了优异的摩擦磨损性能.      

二硫化钼/硫化锌纳米粉体的制备及其改性聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能研究

采用一步水热法设计制备了二硫化钼/硫化锌(MoS₂/ZnS)纳米杂化体,并利用热压成型技术得到聚酰亚胺/二硫化钼/硫化锌(PI/MoS₂/ZnS)复合材料. 采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪以及光电子能谱仪对所制备材料的形貌和化学组成进行表征,结果表明MoS₂纳米薄片均匀致密地包覆在ZnS纳米颗粒表面. 热重分析和差示扫描量热曲线结果表明,MoS₂/ZnS纳米杂化体的引入显著地提升了PI基体的热稳定性能. 摩擦磨损测试结果表明,三种填料(MoS₂,ZnS和MoS₂/ZnS)均能有效改善PI基体的摩擦学性能,其中MoS₂/ZnS纳米杂化体的增强效应最为显著,这主要归因于MoS₂纳米片和ZnS纳米粒子之间的协同增强效应. 当MoS₂/ZnS纳米杂化体的质量分数为1.5%时, PI/MoS₂/ZnS复合材料的摩擦学性能达到最优,相较于纯的PI,复合材料的摩擦系数和磨损率分别下降了15. 9%和34. 3%.      

Investigation of Coulomb force effects on ethylene glycol based nanofluid laminar flow in a porous enclosure

Forced convection heat transfer of ethylene glycol based nanofluid with Fe_3O_4 inside a porous medium is studied using the electric field. The control volume based finite element method(CVFEM) is selected for numerical simulation. The impact of the radiation parameter(R_d), the supplied voltage(?φ), the volume fraction of nanofluid(?), the Darcy number(Da), and the Reynolds number(Re) on nanofluid treatment is demonstrated. Results prove that thermal radiation increases the temperature gradient near the positive electrode. Distortion of isotherms increases with the enhance of the Darcy number and the Coulomb force.     

水环境下纳米SiO2增强超高分子量聚乙烯防滑性能的影响研究

超高分子聚乙烯材料因具有优良的耐磨性、耐蚀性和轻质性而逐渐应用在船舶甲板表面.船舶甲板的湿滑、海浪冲击和颠簸环境严重影响甲板仪器设备和人员的平衡性,进而挑战其可靠性和船员人身安全.为了提升超高分子聚乙烯(UHMWPE)材料在湿滑环境下表面防滑性能,采用具有高硬度和优异増摩性能的纳米二氧化硅(SiO₂)对其进行共混改性,探究不同体积分数的SiO₂在摩擦磨损试验过程中对UHMWPE摩擦系数的影响规律.试验结果表明：一方面,纳米SiO₂在一定程度上削弱了水膜在纳米SiO₂改性UHMWPE复合材料的浸润能力和吸附性,使其从亲水性逐步向疏水性转变,改善湿滑环境下的防滑效果;另一方面,纳米SiO₂颗粒坚硬且不易变形的特性让其逐渐在摩擦磨损过程中显露出来,在外界载荷的作用下与陶瓷球之间形成啮合摩擦现象,导致UHMWPE的摩擦系数呈现上升趋势,最终表现出与干摩擦相近的摩擦系数,达到防滑需求.研究结果对设计和制造一种能在湿滑环境下具有优异防滑性能的船舶甲板高分子复合材料提供理论支持.     

Ag2S纳米粒子原位合成以增强PAI涂层机械和摩擦学性能

借助单源前驱体热分解在聚酰胺酰亚胺(PAI)涂层中原位合成了硫化银(Ag₂S)纳米粒子,并通过调节单源前驱体的含量进一步调控纳米粒子尺寸. 采用X射线衍射仪和高分辨场发射扫描电镜对原位合成Ag₂S纳米粒子的物相结构、形貌、尺寸和尺寸分布进行了表征和分析;详细研究了Ag₂S纳米粒子对PAI涂层机械性能和摩擦学性能的影响;对其增强机制进行了探讨. 结果表明:PAI涂层中原位合成的Ag₂S纳米粒子粒径较小而且分散均匀,且调节单源前驱体能有效调控Ag₂S纳米粒子的尺寸和尺寸分布. Ag₂S纳米粒子的原位引入(优化质量分数为5.0%)有效改善了PAI涂层的机械性能和摩擦学性能,其摩擦学性能的增强归因于机械强度的提高和诱导转移膜的形成.      

磁场效应对甲烷爆炸影响的机理

为了揭示磁场对甲烷爆炸特征的影响机理,开展了磁场对甲烷爆炸影响实验,得出了磁场对甲烷爆炸压力、火焰传播速度、爆炸产物组分及体积分数的影响规律。利用Chemkin-Pro软件模拟甲烷爆炸链式反应过程,得到了甲烷爆炸过程中的关键自由基和基元反应。通过理论计算,对不同自由基在磁场作用下的受力进行分析,揭示了磁场对甲烷爆炸的影响机理。研究结果表明,磁场能够降低甲烷爆炸压力和火焰传播速度,降低CO和CO₂的生成量,增加甲烷的残余量;·H、·O、·OH、·CH₃、·CH₂O是甲烷爆炸的关键自由基,由于·O的磁化率较高,被吸引到磁感线密集的区域,·O与其他自由基的碰撞几率减少,从而降低·HCO→CO→CO₂的链式反应速率,导致CO和CO₂生成量降低,且甲烷爆炸强度降低。     

TiH2含量对Al/PTFE动态力学性能和撞击感度的影响

采用混合压制烧结法制备了4种不同TiH₂含量的铝/氢化钛/聚四氟乙烯(Al/TiH₂/PTFE)试件,并基于分离式霍普金森杆和落锤冲击实验,对反应材料的动态压缩力学性能、撞击感度及反应特性进行了研究。实验结果表明,4种材料均存在应变硬化和应变率硬化效应,随加载应变率的提高,材料屈服强度和硬化模量增大。相同加载应变率下,材料屈服强度随TiH₂含量的增加而增高,材料压缩强度则先增高后降低,TiH₂质量分数为5%时材料压缩强度达到最大值166.4 MPa,比Al/PTFE强度提高6.8%。在一定含量范围内(小于5%),加入TiH₂有助于提高Al/PTFE材料撞击感度和能量释放水平,而TiH₂质量分数大于10%时,材料撞击感度和反应剧烈程度则逐渐降低。与Al/PTFE相比,含TiH₂试件反应火光周围有明显的火星喷溅现象,且此现象TiH₂含量越高越显著。     

NbSe2/Ag纳米复合材料的制备及其作为煤矿机械机用润滑油添加剂摩擦学行为的研究

采用化学还原法成功制备出NbSe₂/Ag纳米复合材料,即在NbSe₂纳米片表面沉积1层纳米Ag颗粒. 采用UMT-2摩擦磨损试验机以及扫描电子显微镜(SEM)研究了NbSe₂/Ag纳米复合材料添加到煤矿机械机用润滑油中的摩擦学行为. 结果表明:相比于纳米Ag颗粒和NbSe₂,NbSe₂/Ag纳米复合材料添加到润滑油中更加有效地改善了润滑油的润滑承载效果. NbSe₂/Ag纳米复合材料所表现出最优良的摩擦学行为. 原因主要可能在于4个方面:第一,根据理论计算得出NbSe₂、Ag和NbSe₂/Ag纳米复合材料产生滑移的最大抗剪切强度按从小到大顺序排列为NbSe₂/Ag纳米复合材料、Ag、NbSe₂。NbSe₂/Ag纳米复合材料抗剪切强度最小,润滑效果最好;第二,NbSe₂/Ag纳米复合材料中的NbSe₂由于纳米Ag负载相比于纯NbSe₂具有更好的分散性,更利于形成完整均匀的润滑膜;第三,Ag质软润滑且弹性模量小,NbSe₂/Ag纳米复合材料受到摩擦热以及剪切作用形成的润滑膜由于Ag的存在提高了脆性破坏能力,使得润滑膜在摩擦副上硬凸点的刮擦作用下不易破裂;第四,部分纳米Ag球状颗粒可能存在接触界面上有效的滚动,起到“微轴承”的作用从而降低摩擦系数. 然而,润滑油的润滑效果与所添加的NbSe₂/Ag纳米复合材料含量并非呈现正相关关系,而是随着添加含量的增加呈现先降低后增加的趋势,在质量分数为1.5%时,效果最佳.      

NUMERICAL SIMULATION OF BROWNIAN COAGULATION AND MIXING OF NANOPARTICLES IN 2D RAYLEIGH-B?NARD CONVECTION

采用泰勒展开矩方法对二维瑞利-贝纳德热对流系统(1×10⁶ ≤Ra ≤1 ×10⁸) 中纳米颗粒群的混合和凝并特性进行了数值模拟. 结果显示颗粒群随时间演化经历了扩散阶段、混合阶段、充分混合阶段3 个阶段, 随着颗粒群混合和凝并的进行, 颗粒数目浓度减少, 颗粒群的平均体积增大; 得到了颗粒分布函数各特征量与温度相关系数以及各特征量的空间分布标准偏差在3 个阶段的不同特征; 得到了颗粒分布函数各阶矩以及平均体积长时间演化的渐近行为, 结果与零维渐近解析解一致. 最后, 本文进一步研究了无量纲数(包括瑞利数Ra, 斯密特数Sc_M, 达姆科勒数Da) 对颗粒群达到自保持分布时间的影响, 发现该时间随着Ra和Sc_M的增大呈对数率减小, 随着Da的增大呈线性增大     

几种典型添加剂对硝酸铵抗爆性能的影响

选取几种典型添加剂加入硝酸铵,采用联合国隔板实验研究其加入量、混合方式等对硝酸铵抗爆性能的影响。实验结果表明添加氯化钾(KCl)、氯化钠(NaCl)和磷酸一铵(NH₄H₂PO₄)均有一定的抗爆效果,当KCl添加量为20%(机械混合)或15%(溶液混合),NaCl添加量为35%(机械混合)或15%(溶液混合),NH₄H₂PO₄添加量为25%(机械混合)或30%(溶液混合)时,硝酸铵在联合国隔板实验条件下均不再传播爆轰。对氯化物添加剂,采用溶液混合方式有利于添加剂与硝酸铵的混合均匀,因此该种方式效果更好;而对具有酸性的磷酸一铵,由于溶液混合的酸性能加速硝酸铵热分解,因此机械混合方式的抗爆效果更优。     

载荷和纳米MoS2添加剂含量对圆形锤头-棒料的摩擦磨损特性及其机理分析

针对精密下料中圆形锤头与棒料之间弧状接触面剧烈的摩擦磨损问题,借助WTM-2E型可控气氛摩擦磨损试验仪,利用GCr15钢块-45钢柱摩擦副在纳米MoS₂添加剂质量分数为0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%和0.7%等七种润滑工况下,重点对不同载荷下摩擦磨损试验进行分析;采用扫描电子显微镜观察了GCr15钢块磨损表面形貌,采用能量色散谱仪(EDS)分析了GCr15钢块磨损表面成分,并探讨了其润滑抗磨及自修复机理. 结果表明:随着载荷增加,摩擦接触应力变大,摩擦系数和磨损量呈上升趋势,磨损表面形态由轻微磨粒磨损转变为黏着磨损. 同时加入的MoS₂添加剂的质量分数并非越高越好,摩擦系数和磨损量随MoS₂添加剂质量分数的升高呈现先减小后增大趋势,且MoS₂添加剂质量分数在0.1%~0.3%范围内时减摩抗磨效果较好. 通过对比不同润滑条件下摩擦副因摩擦磨损而产生的噪声、振动速度和温升,进一步定量确定出纳米MoS₂添加剂质量分数为0.1%时,可以最大程度地降低摩擦副的损耗.      

原位合成Ag/Ag2MoO4纳米复合润滑剂对YSZ涂层摩擦学性能的影响

通过大气等离子喷涂工艺制备了氧化钇稳定氧化锆(YSZ)涂层,采用真空浸渍技术和水热合成的方法,将含有反应物离子或分子的前驱体溶液引入YSZ涂层内部固有的微裂纹和孔洞等缺陷中,并在缺陷中原位合成了直径约78~111 nm的Ag/Ag₂MoO₄类球形纳米颗粒,首次制备出了YSZ-Ag/Ag₂MoO₄复合涂层. 摩擦试验结果表明:与YSZ涂层相比,YSZ-Ag/Ag₂MoO₄复合涂层由于在室温和600 ℃下形成了润滑层,抑制了YSZ涂层摩擦表面的脆性断裂和磨粒磨损,从而显著降低了涂层的摩擦系数和磨损率,有效提高了涂层的摩擦学性能.      

氧化铝抛光液对铝合金化学机械抛光性能的研究

化学机械抛光(CMP)已成为金属合金最具潜力的平坦化技术. 为了优化铝合金CMP工艺,研究了磨料粒度、分散剂浓度以及pH调节剂对铝合金CMP性能的影响. 结果表明:随着磨料粒度的增加,材料去除率(MRR)和平均表面粗糙度(R_a)均增加,而表面光泽度(G_s)降低. 分散剂(聚乙二醇,PEG-600)的质量分数达到0.5%时,可以获得最优的表面质量和最佳的光泽度. 浆料中添加适量的柠檬酸作为pH调节剂可同时获得较优的表面质量和较高的抛光效率,柠檬酸对铝合金CMP性能的影响是腐蚀作用和螯合作用的综合效应. 此外,简要讨论了氧化铝抛光液对铝合金的静态刻蚀机理和CMP机理. 氧化铝抛光液的最优配方为Al₂O₃ 3.3 μm、H₂O₂ 4%、PEG-600 0.5%和H₃Cit 1.5%.      

石墨烯/LaF3的制备及其作为水基润滑剂的摩擦学性能研究

本文中采用简单的液相化学反应和水热还原过程,成功制备了还原氧化石墨烯纳米片和氟化镧复合材料(rGO/LaF₃). 通过SRV-1微动摩擦试验机测试了系列样品作为水润滑添加剂时的摩擦学性能. 结果显示:当rGO和LaF₃的比值为2∶1时,具有最低摩擦系数0.335;当比值为1∶1时,磨损体积最小;相比纯水,添加rGO/LaF₃复合材料(质量分数0.1%)后表现出了一定的减摩和抗磨作用,其中抗磨效果比较明显.      

Ti6Al4V合金激光熔覆Ti3SiC2增强Ni60复合涂层组织与摩擦学性能

为了提高Ti6Al4V合金的耐磨减摩性能,在其表面利用激光熔覆技术制备出两种不同配比的Ti₃SiC₂/Ni60复合涂层,分别是5%Ti₃SiC₂+Ni60(N1)和10%Ti₃SiC₂+Ni60(N2)(均为质量分数),研究了这两种涂层在室温、300和600 ℃下的微观组织、显微硬度、摩擦学性能表现及相关磨损机理. 结果表明:涂层主要由硬质相TiC/TiB/Ti_xNi_y,γ-Ni固溶体连续相和润滑相Ti₃SiC₂组成. N1、N2涂层的显微硬度均为基体(350HV_0.5)的3倍左右,分别为1 101.90HV_0.5 和1 037.23HV_0.5 ,在室温、300和600 ℃下的摩擦系数分别为0.39、0.35、0.30和0.41、0.45、0.44,均小于基体的摩擦系数(0.51、0.49、0.47). N1、N2涂层在室温、300和600 ℃下的磨损率分别为3.07×10?5、1.47×10?5、0.77×10?5 mm3/(N·m)和1.45×10?5、0.96×10?5、0.62×10?5 mm3/(N·m),均远小于基体[35.96×10?5、25.99×10?5、15.18×10?5mm3/(N·m)]. 在本文中Ti₃SiC₂提高了Ti6Al4V合金的耐磨减摩性能,使得N1涂层表现出更好的减摩性能,N2涂层表现出更好的耐磨性能. 室温下,磨粒磨损、塑性变形以及轻微的黏着磨损为两种涂层的主要磨损机理;300 ℃时,塑性变形、氧化磨损和黏着磨损是N1涂层的对应机理,600 ℃时出现了三体磨粒磨损;在300和600 ℃时,黏着磨损、氧化磨损及磨粒磨损为N2涂层的主要磨损机理.      

Similarity solutions to viscous flow and heat transfer of nanofluid over nonlinearly stretching sheet

The boundary-layer flow and heat transfer in a viscous fluid containing metallic nanoparticles over a nonlinear stretching sheet are analyzed. The stretching velocity is assumed to vary as a power function of the distance from the origin. The governing partial differential equation and auxiliary conditions are reduced to coupled nonlinear ordinary differential equations with the appropriate corresponding auxiliary conditions. The resulting nonlinear ordinary differential equations (ODEs) are solved numerically. The effects of various relevant parameters, namely, the Eckert number Ec, the solid volume fraction of the nanoparticles φ, and the nonlinear stretching parameter n are discussed. The comparison with published results is also presented. Different types of nanoparticles are studied. It is shown that the behavior of the fluid flow changes with the change of the nanoparticles type.     

CH4/N2、CH4/CO2二元和CH4/N2/CO2三元混合气体爆炸极限的实验与估算

为了获取甲烷与不可燃组分组成的混合物的爆炸极限,采用一种基于绝热火焰温度的混合物爆炸极限估算方法,对CH₄/N₂和CH₄/CO₂这2种二元混合气体及3种不同阻燃剂体积分数的CH₄/N₂/CO₂三元混合气体的爆炸极限进行实验研究,并将实验结果与估算值进行比较。CH₄/N₂与CH₄/CO₂二元混合物实验值与估算值在爆炸上限处的平均绝对偏差为0.34%,在爆炸下限处的平均绝对偏差为0.15%。3种不同比例的三元混合物实验值与估算值在爆炸上限处的平均绝对偏差为0.43%,在爆炸下限处的平均绝对偏差为0.20%。结果表明,估算方法对甲烷与不可燃组分的二元混合物与三元混合物爆炸极限的估算均具有较高的准确度。