碳基和氮化物基涂层的摩擦-腐蚀交互行为的原位研究

海洋装备大量关键金属运动部件同时承受摩擦与腐蚀作用,其表面防护涂层在海水环境下的抗磨擦-腐蚀性能成为考察涂层性能优劣的关键.本文中采用摩擦-腐蚀试验机原位实时监测了DLC、Cr-DLC、Cr N与Ti N四种涂层与氧化铝陶瓷摩擦副在人工海水环境下的开路电位和摩擦系数等腐蚀-磨损特性,并采用动电位扫描法测试了四种涂层在腐蚀和摩擦-腐蚀过程中的电化学行为,综合分析了涂层在海水介质中的磨损-腐蚀交互机制.研究结果表明:非晶结构的碳基涂层在海水介质中具有优异的抗腐蚀和抗摩擦-腐蚀性能,其中金属铬的掺入能够进一步提高DLC涂层的抗摩擦-腐蚀性能;而氮化物基涂层的粗大柱状晶结构显著削弱了其在海水环境中的抗摩擦-腐蚀性能.     

表面形貌变形对塑性成形滑动接触界面摩擦的影响

为了更好地理解塑性成形滑动接触界面的摩擦行为,构建了一种新型的摩擦试验装置,运用表面纹理化技术制备了两类表面形貌的1050铝材试件,在不同的接触压力和滑动速度条件下进行一系列拉伸摩擦试验.对试验前后试件三维表面形貌进行了测量;提取真实接触面积比、封闭空体面积比和开放空体面积比等三维表面参数,来描述试件表面形貌的变化.试验发现:摩擦系数随名义接触压力和滑动速度增加而逐渐减小;试件初始表面形貌对摩擦有明显的影响;试件表面形貌和参数随接触条件出现了规律性变化.基于机械流变模型的分析表明:随着试件表面形貌变形,不同的机理决定界面摩擦行为,摩擦系数对名义接触压力和滑动速度的依赖性可分别归因于微观塑性流体动压润滑效应和入口区流体动压牵引效应.     

摩擦接触问题的比例边界等几何B可微方程组方法

摩擦接触问题是计算力学领域最具挑战性的问题之一,接触系统的泛函具有非线性、非光滑的特点,导致接触算法的收敛性与精确性难以保证.因此将比例边界等几何分析(scaled boundary isogeometric analysis,SBIGA)与B可微方程组(B dierential equation,BDE)相结合,提出了求解二维摩擦接触问题的比例边界等几何B可微方程组方法.在比例边界等几何坐标变换的基础上,通过虚功原理推导了关于边界控制点变量的接触平衡方程,表示成B可微方程组形式的接触条件可被严格满足,求解B可微方程组的算法的收敛性有理论保证.此比例边界等几何B可微方程组方法(SBIGA-BDE)只需在接触体边界进行等几何离散,使问题降低一维,能精确描述接触边界,并可通过节点插入算法进行真实接触区域的识别.此外,由于几何建模和数值分析使用相同的基函数,节约了划分网格的时间.以赫兹接触问题和悬臂梁摩擦接触问题为例,通过与解析解及数值计算软件ANSYS计算结果进行对比,验证了该方法求解二维摩擦接触问题的有效性及高精度等特点.      

镍基自润滑涂层的摩擦学性能

镍基自润滑复合粉末(NiCrMoAl-Ag-BaF_2/CaF_2)采用高能球磨结合喷雾造粒法制备,镍基自润滑涂层利用等离子喷涂技术制备.涂层摩擦磨损性能利用HT-1000型销-盘摩擦试验机在不同摩擦速度(0.2~1.0 m/s)及不同试验温度(25~800℃)条件下测试.涂层微观组织、物相组成及摩擦磨损机理利用SEM、EDS和Raman等表征分析.结果表明:在25℃到800℃,涂层的摩擦系数随着温度的增加呈先增加后降低的趋势,400℃时摩擦系数达到最高值0.37;800℃时摩擦系数降至最低值0.17.涂层摩擦系数随摩擦速度的增加呈现先降后增的趋势,0.8 m/s时摩擦系数最低,约在0.17~0.29范围内;1.0 m/s时摩擦系数升高至0.20~0.27范围内.涂层优异的自润滑性能得益于软金属Ag的低剪切性,以及600~800℃范围内BaF_2/CaF_2、Ag与钼酸盐、铬酸盐等高温产物的协同润滑效应.     

电控摩擦离合器的初步实验研究

以十二烷基磺酸钠水溶液作为润滑液,以石墨作为辅助电极,以氮化硅／黄铜摩擦片组成摩擦副,考察了自行研制的电控摩擦离合器试验台的工作特性及摩擦力矩对外加电场响应特性。结果表明,当外加电压从OV增加到20V时,电控摩擦离合器的摩擦力矩增大约2倍,摩擦力矩随外电压变化的响应时间约为3s。据此可以认为,电控摩擦技术可望应用于摩擦传动装置。     

TiB2增强Al2O3陶瓷刀具高速干切削摩擦磨损性能

采用TiB2增强Al2O3陶瓷刀具对淬硬钢进行高速干切削试验,利用切削高温作用下的摩擦化学反应,在刀具表面原位生成具有润滑作用的反应膜,从而实现Al2O3/TiB2陶瓷刀具的自润滑.结果表明:低速干切削时,Al2O3/TiB2陶瓷刀具的磨损机制主要表现为粘着磨损和磨料磨损;而在高速干切削时,刀具的磨损机制主要表现为氧化磨损,刀具表面经由氧化反应生成具有润滑作用的反应膜而起到固体润滑作用,从而使刀具的耐磨性能提高,随着TiB2含量和切削速度的增加,反应膜的减摩抗磨作用增强;而在切削区通入氮气时,由于刀具表面氧化膜形成受阻,刀具的抗磨能力有所降低.     

不同年龄段天然牙的摩擦磨损行为研究

采用往复滑动摩擦磨损试验台考察了不同年龄段的天然牙同钛合金配副时的摩擦学性能.结果表明:天然牙的摩擦磨损行为同年龄密切相关,早期和中期恒牙的摩擦磨损行为相似,磨损表面主要呈现轻微擦伤迹象,中期恒牙的抗磨性能最佳;乳牙及晚期恒牙的摩擦系数变化波动较大,抗磨性能不佳,磨损表面主要呈现严重犁削和剥落特征.     

钛合金表面双层辉光离子无氢渗碳层摩擦磨损性能研究

利用双层辉光放电离子渗碳原理,以格栅状高纯度固体石墨作为源极,钛合金作为阴极,氩气作为工作气体,依靠辉光放电和空心阴极效应在钛合金(Ti6Al4V)材料表面制备了具有特殊物理、化学性能的渗碳层;采用X射线衍射和辉光放电光谱分析了渗碳层的相组成及C元素分布;并考察了渗层的摩擦磨损性能.结果表明:复合渗碳层中形成了高硬相TiC及游离态C减摩相;渗层内C元素的含量呈梯度分布;经复合渗碳处理后材料的表面硬度大幅度提高,由表及里硬度成梯度降低;经渗碳处理后材料的减摩和抗磨性能显著改善,摩擦系数降低50%以上,比磨损率降低3个以上数量级.     

Cr12MoV钢表面磁控溅射Ti/TiN涂层的摩擦磨损性能研究

采用非平衡磁控溅射方法在Cr12MoV钢表面制备了厚度约为3 μm的Ti/TiN涂层,测定了涂层的显微硬度,并通过划痕试验和摩擦磨损试验考察了涂层同基体的结合强度及其摩擦磨损性能.结果表明:Ti/TiN涂层能够显著提高Cr12MoV钢的表面硬度和承载能力;涂层同Cr12MoV钢基体的结合强度较高,划痕临界载荷高于60 N;与此同时,磁控溅射Ti/TiN涂层可以显著改善Cr12MoV钢的耐磨性能.这是由于磁控溅射Ti/TiN涂层硬度高且与Cr12MoV钢基体的结合强度较高所致.     

可生物降解二聚酸酯类的合成及其摩擦磨损性能研究

以二聚酸和不同链长的醇为原料,合成了一系列二聚酸酯并对其结构进行表征;考查了其流变学性能以及摩擦磨损性能和抗磨剂在二聚酸二异辛酯为基础油中的摩擦感受性,并对其磨损表面主要元素进行分析;按照DIN-51828-1,2标准对各种试样进行生物降解性测试.结果表明:所合成的二聚酸系列酯的粘温性能良好,醇基烷链越长,二聚酸酯的粘度越高,倾点越低,尤其是异构体的倾点更低;醇基烷链越长,二聚酸酯的抗磨性越优良,承载能力越强;链长相同的二聚酸酯的承载能力和抗磨性随分子支链化(异构化)程度增加略有增加;所合成的二聚酸二异辛酯具有最佳综合性能,其流变学性能和摩擦磨损性能优于季戊四醇酯,是一种性能优良的基础油,并可以生物降解.