海洋结构物摩擦学问题的研究进展

海洋结构物主要包括海上钻井平台、油气开采平台、FPSO、海底输油管线及海上大型储油罐等大型海上结构物.海洋结构物总是处于波浪、海流、风暴、海冰等严峻海洋环境中,并受到海生物污损、海洋腐蚀、磨损等多方面因素相互作用的影响,摩擦学问题无处不在.论文针对海洋平台结构、流体处理及运输设备、定位设备及作业设备四方面的摩擦学问题进行论述,主要介绍了海洋平台结构、管道系统及海水泵、锚链及螺旋桨、钻井套管及电潜泵等海工设备的工作特点,概述了国内外关于这类海工设备的摩擦学问题的研究现状,并对海洋结构物的摩擦学研究重点进行了展望.     

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.     

聚晶立方氮化硼刀具切削高锰钢的磨损机制

在半精加工试验条件(切削深度ap=0．5mm，进给量f=0．3mm／r，干切)下研究了聚晶立方氮化硼刀具切削奥氏体高锰钢时的磨损机制，用WDH-Ⅱ型光电温度计测量了切削温度，用工具显微镜测量后刀面磨损量，进而考察了切削时间和切削速度对后刀面磨损量的影响，采用S-250MK型扫描电子显微镜观察刀具前、后刀面的磨损形貌和组成变化．结果表明：当切削温度为400～750℃时，聚晶立方氮化硼刀具同高锰钢中的γ相及其析出相(Fe，Mn)3C之间产生严重的机械磨损；当切削温度超过800℃时，聚晶立方氮化硼刀具同高锰钢单一γ相之间产生扩散磨损；聚晶立方氮化硼刀具适合于高速切削.     

镍钛记忆合金自补偿磨粒磨损性能研究

研究了高临界温度镍钛记忆合金一维自补偿磨粒磨损特性.结果表明,在一定温度下,镍钛记忆合金在摩擦过程中具有形状恢复能力,从而产生一维磨损自补偿作用.超弹状态镍钛记忆合金具有热弹性马氏体相变、高阻尼、应力感生马氏体、超弹性、高应变硬化指数和时效弥散析出强化等特性,这使得硬度较低的镍钛合金的耐磨性能远优于硬度较高的淬火45#钢.利用超弹状态镍钛记忆合金的磨损自补偿作用可望开发出新型抗磨形状记忆合金产品.     

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.     

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.     

新型精铸热锻模具钢高温磨损性能同其显微组织的相关性

研究了经不同热处理条件下的新型精铸热锻模具钢的组织同其高温磨损性能的相关性,对比分析了新型铸钢与H13锻钢的高温磨损性能,并探讨了其磨损机理.结果表明:新型精铸热锻模具钢的高温耐磨性能明显优于锻钢H13;在马氏体、贝氏体和马贝复相3种组织中,贝氏体和马贝复相的高温耐磨性能较好,马氏体相的高温耐磨性能最差;经过400～620℃回火处理的新型精铸热锻模具钢的硬度为42～43HRC,高温耐磨性能较好;当回火温度大于650℃或小于400℃时,新型精铸热锻模具钢的磨损率明显增大,耐磨性显著降低.     

火焰喷涂聚苯硫醚(PPS)复合涂层在水环境中的摩擦磨损性能研究

利用火焰喷涂技术在45#钢表面制备了炭纤维增强聚苯硫醚复合涂层并研究了其结构和力学性能,采用MM-200型摩擦磨损试验机对比考察了复合涂层同不锈钢对摩时在干摩擦与水环境中的摩擦磨损性能,并对涂层及偶件磨损表面形貌进行观察分析,采用X射线光电子能谱仪分析了偶件磨损表面典型元素的化学状态,探讨了涂层在水环境中的抗磨机理.结果表明:用火焰喷涂工艺制备聚苯硫醚复合涂层的过程中,聚苯硫醚粉末未发生明显降解与氧化;炭纤维含量影响复合涂层的粗糙度、显微硬度及与底材的结合强度;在水环境中炭纤维增强聚苯硫醚涂层表现出比聚苯硫醚涂层更优良的抗磨性能,这是由于水的冷却与冲刷作用使得复合涂层向偶件磨损表面的粘着转移明显减轻的缘故.     

仿生非光滑表面铸铁材料的常温摩擦磨损性能

模仿动物体表形态,在试样表面通过激光雕刻出有规则分布的凹坑以及条纹等非光滑单元体,研究了具有非光滑表面材料的摩擦磨损性能.结果表明:非光滑表面材料的耐磨性较光滑表面提高1倍以上,摩擦系数提高66%以上;当非光滑表面的单元体硬度越高、直径越大和间距越小时,其耐磨性能越好,摩擦系数越大.这是由于激光加工的单元体相当于在母体上增加了许多强化质点,比母体具有较高的硬度和致密性,能够提高抗磨性,增加表面粗糙度,所以其耐磨性提高,摩擦系数增大.     

SiC和石墨混杂增强铜基复合材料的高温摩擦磨损特性研究

采用MMU-5G型端面摩擦磨损试验机研究了SiC和石墨颗粒混杂增强铜基复合材料在250～400 ℃与GCr15钢对摩时的高温摩擦磨损特性,并与SiC/Cu复合材料进行对比分析.结果表明:加入石墨颗粒可以降低复合材料和偶件GCr15钢的磨损率,获得低而稳定的摩擦系数;同时,有效防止高温条件下严重粘着转移现象的发生,使得在400 ℃下混杂复合材料仍具有较低的磨损率.这是由于在混杂增强铜基复合材料的高温磨损表面上通过"磨屑机械混合→热压"的机制形成了连续的富石墨机械混合层,而对磨损表面起到良好的固体润滑作用,使得SiC和石墨混杂增强铜基复合材料具有良好的高温摩擦磨损特性.