干态及润滑工况下离子氮化35CrMo钢微动磨损机理研究

针对变轨距高速列车锁紧机构的微动损伤问题,开展了表面工程防护研究.基于抗微动损伤的表面强化原则,对试验基材(35CrMo钢)进行等离子氮化处理及性能表征.采用自主研制的模块化多功能微动磨损测试系统,在干态及润滑工况下开展了微动磨损试验,揭示不同工况下离子氮化表面的磨损行为、能量耗散和损伤机理.结果表明：与基材相比,离子氮化表面的耐磨性显著提高,其主要磨损机理为磨粒磨损、剥层和氧化磨损.离子氮化处理生成的高硬度且粗糙的化合物层有利于在微动接触界面形成第三体磨屑床,发挥固体润滑作用.此外,适当添加的润滑脂能对磨屑形成分散和包覆,产生协同润滑作用,使基体磨损率降低约60%.研究结果为轨道车辆关键部件抗微动表面工程防护提供理论数据和应用参考.     

2种Zr(-Sn)-Nb合金与316L不锈钢的冲击磨损性能

采用316L不锈钢材质的锐角圆锥块作为摩擦对偶,在硼酸锂的液流条件下对2种Zr(-Sn)-Nb合金管进行不同循环次数(N=10²,10³,10⁴,10⁵,10⁶)的冲击试验.模拟了锆合金包壳在异物磨蚀情况下的冲击状态,研究了2种Zr(-Sn)-Nb合金管的冲击磨损性能及冲击磨损机制.结果表明,锆合金管材在冲击磨损作用下的磨损机制主要为塑性变形和疲劳剥落.机械性能、动力学曲线和冲击磨损试验等数据皆表明,Zr-Sn-Nb合金拥有比Zr-Nb合金更好的抵抗316L不锈钢冲击磨损的能力.磨痕边缘材料塑性流动导致的裂纹形成与扩展及磨痕底部裂纹延伸交汇后发生的疲劳剥落,都会对锆合金管造成严重的磨损去除.冲击过程中,锆合金管与摩擦对偶会发生材料迁移,形成Zr、O、C、Fe元素不均匀分布的磨屑堆积层.     

人股骨密质骨横断面的微动磨损特性研究

采用配置外加体液恒温循环装置的高精密微动试验台研究了天然活性股骨密质骨/纯钛的微动磨损行为,探讨了不同位移幅值下摩擦系数随循环次数变化的规律.结果表明,在90N法向载荷下,随位移幅值增加,股骨密质骨的微动运行状态从部分滑移向完全滑移状态转变.当位移幅值较小时,接触表面变形处于弹性协调状态,损伤轻微.随着位移幅值的增加,接触表面变形逐步向弹、塑性变形以及严重塑性变形和粘着转变,微动损伤加剧.与此同时,密质骨试件微动磨痕深度随位移幅值的增加而增大,并同摩擦系数存在良好的对应关系.为了提高密质骨抵抗微动损伤的能力,有必要控制植入体/骨界面的微动幅度和降低摩擦系数.     

多股螺旋弹簧扭动微动磨损机理研究

基于多股螺旋弹簧工作过程中钢丝表面发生的扭动微动磨损,建立了多股簧受冲击载荷时,各股钢丝间法向接触力及角位移值的数学模型;通过数学模型所得到的试验参数,在新型试验装置上真实模拟了多股簧工作过程中钢丝间发生的柱-柱接触扭动微动;研究了多股簧钢丝在扭动微动条件下的运行行为和损伤机理.结果表明：钢丝间法向接触力大小、角位移幅值及循环次数对扭动微动行为影响很大;扭动微动T-θ曲线在平行四边形状、椭圆状和直线状3种基本类型之间转变;损伤在部分滑移区较轻微,其磨损主要表现为磨粒磨损和轻微氧化磨损;对于混合区和滑移区,损伤加剧,磨痕表面有明显的塑性变形,损伤机制主要为磨粒磨损、氧化磨损和剥层.     

柔性对多体系统中铰接副磨损的影响

通过集成柔性多体动力学与磨损计算程序,提出了一种用于对柔性多体系统中间隙铰接副部位的磨损进行了预测的方法.基于绝对节点坐标方法(ANCF)建立了柔性部件的多体动力学模型,引入Lankanrani和Nikravesh提出的连续接触力模型计算间隙铰接副部分的法向接触力,采用Lu Gre摩擦模型计算切向摩擦力,并利用基于Archard模型的迭代计算程序计算磨损.为了提高计算效率,引入了并行计算策略.最后,通过对一个含柔性连杆的曲柄滑块机构机构进行仿真计算,发现当考虑部件的柔性时,得到的间隙处的冲击力会大幅降低,预测的磨损量也随之降低,并且随着机构柔性的增强,这种效果更为明显.     

纯铁在球/面接触下的冲击微动磨损行为研究

在自制的新型试验机上,以纯铁为考察对象开展了球/平面接触模式下的冲击微动磨损试验.在改变冲击能量、冲击质量的情况下,研究了材料的冲击力学响应和磨损机制.结果表明:在增大冲击能量的条件下,试样受到的冲击力和能量吸收率相应增加,磨损体积、磨损率也随之提高.冲击动能相同时,增大冲击质量(降低冲击速度),冲击力峰值和能量吸收率进一步提高,磨损程度减轻.纯铁的冲击磨损机制主要表现为剥层磨损,且磨痕区域发生了氧化行为,越靠近边缘,氧化程度越高.     

CO2微气泡溶解动力学及提高采收率机理研究

CO₂微气泡是一种具有潜力的提高采收率与碳埋存方法,本文在自主设计的CO₂微气泡发泡装置的基础上,表征了高温高压条件下微气泡形态,进一步研究了微气泡的溶解特征,研究结果表明:10 MPa下制备出的微气泡直径10～70μm,平均直径34.43μm; 15 MPa下制备的微气泡直径更小,平均直径25.03μm;地层水高矿化度条件下,平均气泡直径277.17μm,且气泡稳定性降低.微气泡的溶解实验结果表明CO₂微气泡的溶解速率较高,但是未溶解的CO₂仍以气泡的形式在地层中运移,微气泡注入地层后将形成“碳化水+微气泡”的运移模式.采用可视化微流控平台,首次研究了高温高压条件下无化学剂辅助CO₂微气泡的提高采收率机理:(1)提高微观洗油效率;(2)通过体积膨胀、溶解携带作用将油滴带出盲端,采出盲端中的剩余油;(3)打破油滴的毛管压力平衡状态,采出柱状残余油;(4)在流动中产生“贾敏效应”,封堵大孔隙、提高波及效率.本文研究可为CO₂微气泡提高油藏采收率与碳封存提供指...     

表面处理工艺对长石质牙科陶瓷摩擦学特性的影响

通过体外模拟口腔环境。采用往复摩擦磨损试验机考察了经自身上釉、离子交换及机械打磨抛光等3种不同表面处理方式的长石质牙科陶瓷材料在人工唾液润滑下同纯钛对摩时的摩擦学特性。探讨了表面处理对牙科陶瓷材料显微硬度、断裂韧性、表面形貌和元素组成的影响．结果表明：牙科临床常用的表面处理工艺对牙科陶瓷摩擦系数的影响较小。经3种不同表面处理的陶瓷试样的摩擦系数仅在滑动初期存在一定差异；经离子交换处理的陶瓷试样的抗磨性能较优；长石质牙科陶瓷同纯钛对摩时。偶件钛向陶瓷试样磨损表面发生转移；牙科陶瓷材料的耐磨性能同力学性能的相关性不强，原因在于耐磨性能同微观结构等密切相关．     

碳纤维切向微动磨损特性研究

在自制的多功能微动腐蚀试验机上,通过改变法向载荷和位移幅值,以碳纤维为研究对象开展球-面接触模式下的微动磨损试验. 建立了微动运行工况图、F_t-D曲线和摩擦系数曲线,探究了碳纤维的微动磨损运行特性;结合光镜(OM)、扫描电镜(SEM)、白光干涉仪和X射线光电子能谱(XPS)对磨损形貌及磨屑成分进行了分析,探究了碳纤维的微动磨损机理. 结果表明:随法向载荷的减小、位移幅值的增加,微动磨损区域由部分滑移区、混合区向滑移区转变. 摩擦系数随法向载荷的增加而减少,随位移幅值的增加而增加. 磨损体积随法向载荷和位移幅值的增加而增加;在部分滑移区和混合区,磨损率随载荷的增加而减小,在滑移区,磨损率存在波动,但依旧呈上升趋势. 混合区和滑移区的磨损机理为磨粒磨损、剥层和氧化磨损,但混合区氧化磨损较为严重. 位移幅值和法向载荷对碳纤维微动磨损行为影响较大,对摩擦系数以及磨损体积也有较为显著的影响. 混合区和滑移区微动磨损机理主要表现为磨粒磨损、剥层和氧化磨损.      

不同含氧量环境下紫铜/黄铜电接触微动磨损性能研究

电连接器常因接触界面磨损发生严重失效,因此有必要研究电接触模式下的微动磨损行为。本文中基于电接触模式和不同环境含氧量(即氧气体积分数分别为10%、20%和30%,后文统一称作10%O₂、20%O₂和30%O₂环境),着重研究含氧量对紫铜/黄铜微动磨损行为与磨损机制的影响。研究发现：10%O₂、20%O₂和30%O₂环境时所对应的摩擦系数稳定值分别为0.77、0.71和0.80,摩擦耗散能和磨损体积的结果变化趋势一致,即10%O₂环境下最高,20%O₂最低,30%O₂介于两者之间,可以推测,含氧量最低条件时的损伤比含氧量高时更严重。通过电接触寿命可以看出, 20%O₂环境中电接触性能最优,10%O₂次之,30%O₂最差,不同含氧量时的微动磨损区均发生不同程度的氧化,理论上含氧量越高氧化现象越严重,但10%O₂