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.     

界面调控对类金刚石碳基薄膜/铜摩擦副摩擦学行为的影响

无氢DLC/金属铜摩擦副体系摩擦系数高且不易调控,调整DLC/金属铜摩擦界面从而降低其摩擦系数是亟待解决的问题. 本研究中通过制备含氢与无氢类金刚石碳基薄膜,采用试验分析与模拟计算结合的方法研究了不同氢含量碳基薄膜与铜配副的摩擦学特性并讨论了氢原子在摩擦界面对改善摩擦学性能所起的作用. 结果表明:摩擦界面的结构特性对于类金刚石碳基薄膜/铜配副体系摩擦学性能有非常重要的影响,氢原子可以通过减小摩擦副之间的黏着从而起到调节摩擦界面的作用. 通过向DLC中掺杂氢等钝化元素可有效调控界面处的相互作用从而调控体系摩擦学性能. 本研究方法为降低DLC/铜摩擦副体系摩擦系数提供参考.      

焊剂带约束电弧超窄间隙焊接的气保护方法

利用焊剂带约束的电弧进行超窄间隙焊接时,采用合适的气体保护工艺十分重要.为了获得成形良好的超窄间隙焊缝,通过分析和试验确定粗扁管单侧倾斜送气的气保护方法,设计用于研究气保护效果的试验装置,并利用该装置研究气流量、喷嘴截面尺寸以及喷嘴与保护区距离对气保护效果的影响.结果表明,在气体喷嘴截面尺寸为2.5 mm×12 mm,气体喷嘴与电弧距离为20～25 mm的情况下,保证焊缝成形良好的最佳气流量为10 L/min.     

焊剂带约束电弧超窄间隙焊接的实现

探索一种实现超窄间隙焊接的新方法.采用5 mm的坡口间隙,将特定成分的焊剂带沿坡口侧壁送入电弧区,对电弧进行约束,可阻止电弧沿侧壁攀升;同时能有效控制电弧的加热区域,保证坡口两侧壁的有效熔合.设计并试验研究焊剂带约束电弧超窄间隙焊接的焊枪.导电嘴采用弹簧片作用的双铜板结构,通过建立描述导电嘴在夹紧焊丝时的变形及受力方程,精确设计导电铜板的几何形状,保证其可靠导电性和耐用性.试验表明,焊剂带与电弧的相对位置,以及合适的送焊剂带速度是保证稳定焊接过程的关键.     

南海海洋大气环境二硫化钼纳米多层薄膜摩擦学行为研究

MoS_2薄膜在湿热大气环境长期存储后,由于严重的氧化导致其摩擦学性能大幅劣化,通常表现出较高的摩擦系数和较短的使用寿命.为了改善MoS_2薄膜在湿热大气环境下的抗氧化和摩擦学性能,通过非平衡闭合场磁控溅射技术制备了MoS_2/Pb-Ti纳米多层薄膜,首次研究了MoS2纳米多层复合薄膜与纯MoS_2薄膜在恶劣的南海海洋大气环境暴露储存6个月后的薄膜成分、摩擦学性能的衍化行为.结果表明:与纯MoS_2薄膜相比,MoS_2/Pb-Ti纳米多层薄膜具有更好的抗湿热氧化性能,其摩擦学性能几乎未受到南海储存环境的影响,依然表现出较低的摩擦系数和磨损率.借助XRD、XPS、TEM和纳米压痕硬度等分析手段发现其摩擦学性能的大幅改善是由于薄膜中大量的异质界面对其晶面结构、薄膜致密性和机械性能的改善,以及Pb/Ti金属复合相对MoS_2氧化的抑制作用.     

TIG电弧弧柱机制的静电探针分析

利用自行研制的运动铜丝静电探针,对TIG电弧进行低扰动诊断,测量弧柱区不同位置的电位.结合静电探针与等离子体相互作用机理分析电位波形的形成机制.研究发现,当探针位于电弧的中央区域时,探针与载流等离子体和非载流等离子体发生交替接触,使探针上的电位呈负电位和零电位交替变化.据此提出摆动载流通道TIG电弧模型.在电极的阴极斑点和工件的阳极斑点之间,形成一种直径小于弧柱的载流通道,它以数百赫兹的频率,在电弧内部温度较高的等离子区旋转和摆动,承担所有的电弧电流.而在载流通道没有运动到的外围温度区域,则呈现温度较低的负离子区.     

CO2环境下DLC与不同对偶的摩擦学机理分析

高硬度、高耐磨以及良好化学稳定性的类金刚石(DLC)薄膜具有低摩擦行为.采用非平衡磁控溅射技术制备DLC薄膜,在CSM高-低温真空摩擦试验机上进行摩擦学测试,并且基于第一性原理建模计算,分析真空和CO_2气氛与DLC薄膜同Al和ZrO_2配副之间相互作用的摩擦机理.结果表明:真空环境下,DLC同Al和ZrO_2配副对磨的摩擦系数分别为0.8和0.28;CO_2气氛环境下的摩擦系数分别为0.051和0.011.理论计算揭示,真空环境下Al/DLC和ZrO_2/DLC的相互作用界面分别形成Al—C和O—C共价键和大的界面分离功,导致摩擦系数偏高;然而,CO_2饱和了DLC表面的C悬键,且在Al/DLC-CO_2和ZrO_2/DLC-CO_2摩擦副的界面处形成了Al—O和O—O的高能反键态,导致界面分离功降低,从而呈现出较低的摩擦系数.表明ZrO_2/DLC摩擦副的摩擦性能更优;更重要的是,CO_2气氛可以显著降低两种摩擦副的摩擦系数.