Cr/Ag纳米多层薄膜膜-基结合强度及摩擦学性能研究

采用中频磁控溅射技术在AISI 440C钢表面制备了不同调制周期的Cr/Ag纳米多层薄膜.通过X射线衍射仪（XRD）及高分辨透射电子显微镜（HRTEM）分析表征了纳米多层薄膜的微观组织结构,通过划痕试验机与真空球-盘摩擦试验机分别测试了纳米多层薄膜膜-基结合强度及真空摩擦学性能,并与纯Ag薄膜及Cr/Ag双层薄膜进行了对比.结果表明：纳米多层结构可以显著提高Ag基固体润滑薄膜膜-基结合强度,Cr/Ag纳米多层薄膜在较高转速及载荷条件下表现出明显优于纯Ag及Cr/Ag双层薄膜的摩擦学性能.Cr薄膜层与钢基体表面良好结合以及纳米多层薄膜内良好的层间结合性能是纳米多层薄膜膜-基结合强度提高的主要原因.     

含胶接缺陷的椭球泡沫夹层结构破坏机理与承载能力研究

采用试验和有限元方法,对含胶接缺陷的椭球泡沫夹层结构在外压作用下的破坏模式和承载能力进行了研究。针对国内在研的大尺寸椭球泡沫夹层结构,实施了全尺寸静力外压试验,发现初始胶接缺陷破坏了夹层结构界面应力传递的连续性;随着载荷增加,面板发生皱褶且脱胶界面继续扩展,从而降低结构整体承载能力。通过红外无损检测确定了缺陷的类型和形貌;采用预留相应初始脱粘面积、脱粘间隙以及内聚力单元模拟界面脱粘的有限元分析方法,对含胶接缺陷的椭球泡沫夹层结构承载能力进行预测。数值结果表明:含胶接缺陷结构易发生面板皱褶,且结构顶部和根部区域较易发生界面脱粘扩展。数值和试验结果取得了较好的一致性,本文结果可为同类结构设计提供参考。     

粘接剂对钛合金异质自冲铆接头力学性能的影响

为了研究粘接剂对自冲铆接头性能的影响,分别以TA1-5052和TA1-Q215的单搭自冲铆接头及粘接-自冲铆复合接头为研究对象,采用剖面直观检测法分析接头成形质量,基于静力学试验研究各组接头的静力学性能及失效形式。结果表明:与自冲铆接头相比,复合接头的钉脚张开度和残余底厚值减小;粘接剂对TA1-5052单搭自冲铆接头失效形式无影响,但改变了TA1-Q215单搭自冲铆接头的失效形式;复合接头的静力学性能比自冲铆接头更优;相对于自冲铆接头,TA1-5052复合接头静失效载荷增加了17.5%,能量吸收值增加了13.3%;TA1-Q215复合接头静失效载荷增加了6.8%,能量吸收值增加了25.8%。     

非组分黏接剂对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

为了研究黏接剂对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响,以改性酚醛树脂作为黏接剂,通过高精度天平测定涂胶量,由平板硫化机固定黏接压力得到不同涂胶量的试样.利用光学显微镜观察黏接剂的渗透情况,通过惯量摩擦试验机研究涂胶量对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响.试验结果表明:随着单位面积涂胶最的增加,黏接剂渗入摩擦材料的深度逐渐增大,对于厚度不大于1.0 mm的纸基摩擦材料,黏接剂可渗透材料并影响其摩擦磨损性能.随着渗透至摩擦面胶量的增加,摩擦材料的制动平稳性逐渐变差,动摩擦系数降低,静摩擦系数升高,磨损率先减小后增大.     

聚合物压敏胶的动态粘弹频率谱表征

针对丙烯酸乳液型和橡胶热融型压敏胶在宏观三大力学性能上的差异,运用动态粘弹频率谱表征技术,在压敏胶的粘合频率(0.01 Hz)至剥离频率(100 Hz)范围内,对两种不同类型压敏胶的流变学行为进行了对比研究.研究结果表明:在实验频率范围内,两类压敏胶在储能模量(E′)、损耗模量(E″)、损耗因子(tanδ)和粘度(η)等性质上有较大差别并呈现出不同的变化规律.根据实验结果和聚合物流变学基本理论,粘合频率下(0.01 Hz左右),E′较低的聚合物其压敏胶初粘性较高;剥离频率下(100 Hz左右),E″较大的聚合物其压敏胶的180°剥离强度较大;η,E′较高的聚合物其压敏胶持粘时间较长.     

原子力显微镜在轻敲模式下的动力学模型

基于Hamaker假设、Lennard-Jones势能定律及经典弹性理论建立了一种新型的球体与平面黏着接触的弹性模型，该模型显示黏着力在原子力显微镜(AFM)针尖趋近和撤离样品表面，即加载和卸载的两个过程中存在黏着滞后现象，表明了AFM在轻敲工作模式中存在能量耗散.同时，根据所建的黏着接触弹性模型，建立了AFM在轻敲工作模式下的动力学模型，研究了AFM在轻敲工作模式下的振动幅度、相位差及耗散功率随针尖与样品表面间距的变化规律，仿真结果与现有的实验结果相一致.     

仿生柔性表面的结构设计及吸附力试验分析

模仿昆虫脚上光滑型吸附垫表面的结构设计,选用具有黏弹性的硅胶板,分别测试了光滑、带凹槽、带凹坑试样在干的和湿的玻璃表面上的水平摩擦力和垂直吸附力.结构表明在干玻璃表面非光滑结构的接触面积比光滑的要小,具有减粘降阻的作用;而在有一层厚液体膜作媒介时,摩擦力比光滑的要大.有液体时,水平摩擦力是凹槽型的最大,垂直吸附力是凹坑型的最大.有一薄层液体时的湿吸附能力比干吸附大,且液体粘性越大吸附能力越强.这些研究为仿生爬壁机器人的足掌设计提供了有价值的参考.     

阵列凹坑结构分布与水滴黏附性质的关系

以新鲜玫瑰花花瓣正面为模板, 采用模板印刷法制备具有微米级阵列凹坑和纳米级沟壑结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜, 通过对该薄膜逐级拉伸改变其微观结构的分布; 采用场发射扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察了不同拉伸程度下薄膜表面微观结构的变化, 采用高敏感性微电力学天平测试了样品表面微观结构变化过程中水滴的黏附力, 分析了其微观结构分布与水滴黏附性质的关系; 采用接触角测量仪表征不同拉伸条件下薄膜的浸润性. 结果表明, 随着PDMS薄膜被逐次拉伸, 单位面积内的凹坑结构数目减少, 且凹坑逐渐分离, 凹坑的深度逐渐降低, 水滴更容易浸入到凹坑结构中, 因此水滴与薄膜的黏附力急剧增大; 随着薄膜进一步拉伸, 纳米级沟壑结构会随着凹坑的拉伸而不断伸展, 纳米级沟壑结构的面积增加, 纳米沟壑结构诱捕的空气量逐渐上升, 导致水滴与薄膜表面的接触面积降低, 使得水滴与薄膜的黏附力下降; 继续拉伸PDMS薄膜, 纳米级沟壑结构进一步伸展, 水滴逐渐浸入纳米级沟壑结构中, 水滴与薄膜的黏附力缓慢增大, 当水滴完全进入到纳米级沟壑中时, 水滴与薄膜的黏附力达到极大值, 此时继续拉伸PDMS薄膜, 纳米级沟壑结构随着拉伸程度的增加继续伸展, 水滴与薄膜的接触面积稍有减少, 黏附力将有所下降, 直至薄膜被完全破坏. 由此可见, 微米级凹坑结构和纳米级褶皱结构的分布是影响PDMS薄膜对水滴黏附性质的主要因素.     

Adhesive contact: from atomistic model to continuum model

Two types of Lennard-Jones potential are widely used in modeling adhesive contacts. However, the relationships between the parameters of the two types of Lennard-Jones potential are not well defined. This paper employs a self-consistent method to derive the Lennard-Jones surface force law from the interatomic Lennard-Jones potential with emphasis on the relationships between the parameters. The effect of using correct parameters in the adhesion models is demonstrated in single sphere-flat contact via continuum models and an atomistic model. Furthermore, the adhesion hysteresis behaviour is investigated, and the S-shaped force-distance relation is revealed by the atomistic model. It shows that the adhesion hysteresis loop is generated by the jump-to-contact and jump-off-contact, which are illustrated by the S-shaped force-distance curve.     

玫瑰花花瓣微观结构与水滴黏附性质的关系

利用环境扫描电镜(ESEM)分别观察了新鲜、枯萎的玫瑰花花瓣正、反两面的微观形貌,并通过测量样品的表观接触角表征了其浸润性,采用高敏感性微电力学天平测试了样品表面的粘附力,分析了玫瑰花花瓣微观结构与水滴粘附性质的关系.实验结果表明,微米结构主要影响玫瑰花花瓣的超疏水性,而纳米结构则是导致玫瑰花花瓣具有高粘附力的关键原因.