表面织构-活性屏离子氮化复合处理对38CrMoAl钢摩擦学行为的影响

【目的】38CrMoAl钢是液压泵柱塞常用材质之一,其表面性能对液压泵长寿命安全服役尤为重要。磨损是液压泵柱塞的主要失效方式,采用表面强化处理能够突破其性能极限,是实现液压泵高性能、高可靠运行的有效途径。【方法】采用表面织构化和活性屏离子氮化的复合处理工艺对38CrMoAl钢进行表面形性调控,以期实现其表面强化方法。先利用激光加工技术在38CrMoAl钢表面制备凹坑织构,再对38CrMoAl钢和表面织构化38CrMoAl钢进行活性屏离子氮化处理。借助球-盘式摩擦磨损试验机研究表面织构-活性屏离子氮化复合处理对38CrMoAl钢摩擦学行为的影响。【结果】结果表明,38CrMoAl钢表面生成了ε-Fe2-3N、γ'-Fe4N和CrN;氮化层表面致密且无明显裂纹和孔洞;氮化层均匀、连续,由白亮层和扩散层组成。氮化层的截面硬度呈梯度分布,试样表面硬度最高,随着距表面距离的增大,硬度逐渐降低。38CrMoAl钢相关试样与Al_(2)O_(3)球的干滑动摩擦结果可知,38CrMoAl钢的摩擦系数为0.40,而表面织构-活性屏离子氮化38CrMoAl钢的摩擦系数为0.36;经复合处理后,38CrMoAl钢的磨损失重降低了92.5%.复合处理显著提高了38CrMoAl钢的摩擦学性能。

双辉等离子渗铬界面层对类石墨碳基涂层力学及磨蚀性能的影响

目的 研究渗铬界面层对铬/类石墨碳(Cr/Graphite-Like Carbon,GLC)复合涂层力学性能、结合强度及磨蚀行为的影响,阐明Cr/GLC复合涂层的抗磨蚀机理。方法 以316L不锈钢(316L)为基体,先借助双辉等离子表面合金化(DGPSA)技术制备渗铬界面层,再采用直流磁控溅射(DCMS)技术制备顶层GLC涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、共聚焦显微拉曼光谱仪(Raman)和X射线衍射仪(XRD)表征涂层的微结构与成分,采用纳米压痕仪、划痕仪、摩擦磨损仪和电化学工作站测试复合涂层的力学性能、断裂韧性、结合强度和抗磨蚀性能。结果 渗铬界面层能够促进GLC涂层的石墨化转变,实现硬度分布的梯度变化(基体为3.65 GPa,渗铬界面层为8.97 GPa,表面为13.15 GPa),有效阻碍了裂纹的扩展。与GLC涂层相比,Cr/GLC复合涂层具有较高的断裂韧性和结合强度(≥50 N),在3.5%NaCl溶液中具有更低的摩擦系数(0.055)和更低的磨损率(3.22×10^(-7)mm^(3)/Nm),其抗腐蚀性和化学稳定性也明显更优。结论 通过界面设计,实现了Cr/GLC复合涂层硬度分布的梯度过渡,提高了复合涂层的断裂韧性以及与316L的结合强度,赋予了复合涂层优异的抗磨蚀性能,为其在海洋苛刻环境下的磨蚀防护提供了有益借鉴。

火箭橇滑块高速重载磨损行为的研究进展

火箭橇试验是高超声速技术领域的技术基础,已成为世界范围内高端装备博弈的热点之一,开展火箭橇系统的运维与损伤控制研究尤为重要。作为火箭橇与火箭滑轨连接的纽带,滑块是火箭橇试验在高速重载工况下可靠服役的关键。火箭橇滑块在特定服役工况下的磨损,威胁着火箭橇试验系统的可靠运行和长寿命服役安全,更是制约火箭橇发展和应用的主要技术瓶颈。因此,开展火箭橇滑块高速重载磨损行为研究具有重要的理论价值和工程意义。本文首先介绍了国内外火箭橇试验系统的发展沿革与现状;进而,基于试验、模拟仿真、试验与模拟仿真结合,综述了火箭橇滑块高速重载磨损行为的研究进展。最后,着眼于模拟手段、高性能新型金属材料设计与制备、表面防护涂层等展望了解决火箭橇滑块磨损的可行途径,旨在为极端工况下材料服役损伤行为与控制技术提供借鉴与参考。

轴向柱塞泵柱塞副的摩擦学特性及其表面织构化研究进展

【目的】为提升柱塞泵的性能、寿命与安全运行提供参考。【方法】从理论计算及仿真的角度综述了柱塞副的油膜特性,针对其厚度场、压力场和温度场进行了分析,概述了柱塞副的摩擦学特性、润滑介质和匹配材料对其摩擦学行为的影响,列举了具有更低磨损率的柱塞副匹配材料,阐述了表面织构的润滑减摩机理及表面织构的形状、面积率和尺寸及分布方式等因素对柱塞副摩擦学性能的影响。【结论】轴向柱塞泵是液压装备的核心元件,被称作液压系统的“心脏”。柱塞泵关键摩擦副服役状态下的磨损严重威胁着装备的可靠运行和长寿命服役安全,更是制约柱塞泵发展和应用的技术瓶颈。柱塞副是轴向柱塞泵中数量最多、最为关键的摩擦副之一,其摩擦学性能直接决定了柱塞泵的服役寿命。当柱塞副油膜润滑不良时,轴向柱塞泵会严重损坏。

织构化钛合金减阻及耐腐蚀性能分析

寻找适合于航行体表面的新型防污减阻手段长期以来都是航行体研究领域的热点。钛合金具有密度小、比强度高、耐高温、耐腐蚀等优良特性,被广泛用于航行体外壳、桨叶等结构。在钛合金实现表面微织构减阻具有广泛的应用前景和重要的研究意义。本研究在TC4钛合金表面制造出具有连续结构的表面微织构,通过光镜观察、激光光聚焦观察等方式对其表面形貌进行表征,并采用悬挂位移式阻力测试法和电化学腐蚀磨损试验分析表面织构在一定流速下的减阻效果及耐腐蚀性能。试验结果表明,与光滑表面相比,具有一定连续性结构的非光滑表面能够减小流体的表面摩擦阻力;合理的表面微织构能显著减小钛合金材料表面摩擦系数,降低摩擦阻力,同时降低摩擦腐蚀电位,提高航行体结构在海洋环境下的耐腐蚀能力与工作寿命。

0Cr18Ni9Ti-U71Mn摩擦副高速重载磨损行为的数值模拟

火箭橇是在专用轨道上利用火箭发动机作动力推动火箭滑车高速前进以获取试验测试数据的动态试验装备.火箭橇滑块在高速重载服役条件下的磨损严重威胁着火箭橇的可靠运行和服役安全,更是制约火箭橇发展和应用的技术瓶颈之一.本文作者基于Archard磨损模型和弹塑性变形理论,利用有限元开展了0Cr18Ni9Ti-U71Mn火箭橇摩擦副在高速重载下磨损行为的数值模拟.0Cr18Ni9Ti为火箭橇滑块,U71Mn为火箭橇滑轨,在模拟速度为300、340和380 m/s以及载荷为2、3和4 kN,模拟了高速重载下滑块磨损特性的演变过程.结果表明:增加载荷或速度均出现了前端效应,致使前端区域更容易发生磨损.增加载荷不利于磨损阶段从初始磨损向稳定磨损的转变,而增加速度却能够起到促进作用.随着载荷的增加,滑块的磨损深度随平均接触压力的增大而显著上升;但随着速度的增加,平均接触压力呈现下降趋势,滑块磨损深度缓慢增大.高速重载条件下,通过控制载荷可以有效减少火箭橇滑块的磨损,延长滑块的服役寿命.

轴向柱塞泵滑靴副服役损伤与防护的研究进展

轴向柱塞泵是液压传动系统的核心动力元件,广泛应用于诸多工程领域。滑靴副是轴向柱塞泵中3对关键摩擦副(滑靴副、配流副和柱塞副)之一,显著影响柱塞泵的服役安全。滑靴副的磨损是引起柱塞泵失效的主要原因,开展滑靴副的服役损伤与防护措施研究对柱塞泵向高速、高压化技术发展有着重要意义。概述了轴向柱塞泵的基本工作原理;介绍了滑靴副间隙润滑油膜的形成和3大作用(润滑、密封和承载),以及油膜特性测量方法和影响因素;阐述了滑靴副的磨损机理、磨损影响因素及磨损状态评估方法;基于滑靴副的油膜特性及磨损机理,着重讨论了滑靴副延寿设计方法和失效防护措施,如优化滑靴副材料匹配、结构的延寿设计方法,以及利用表面织构化、固体润滑涂层改善滑靴副表面摩擦学性能的表面改性方法。表面织构化的原理是利用微纳米加工手段在滑靴副材料表面加工出具有一定形状、尺寸且排列规则的几何阵列来收集磨屑、储存润滑介质或通过产生流体动压效应来增强润滑进而减小磨损,固体润滑涂层则是通过改变基体表面的组织结构来提高滑靴副表面的承载力和增强滑靴副的自润滑性能。最后对轴向柱塞泵滑靴副未来的研究方向提出了展望。

沟槽型织构化火箭橇滑块磨损行为的有限元模拟

火箭橇系统的服役工况条件直接导致火箭橇滑块磨损,而滑块的磨损严重威胁着火箭橇系统的可靠运行和长寿命服役安全,更是制约火箭橇系统发展和应用的主要技术瓶颈。因束缚于极端服役工况条件和高昂的试验成本,以及仅通过二维模型或只考虑局部碰撞变形的模拟仿真,尚且未能克服这一问题。根据Archard磨损理论、非线性自适应几何更新和弹塑性变形等有限元分析方法及表面织构技术,建立由0Cr18Ni9Ti不锈钢滑块和U71Mn钢轨钢滑轨组成的有限元三维磨损模型,并分别对火箭橇滑块光滑表面、沟槽型织构化表面进行磨损仿真,揭示滑块磨损过程中接触面磨损、Von-mises等效应力以及接触压力等接触特征的变化。结果表明:沟槽型织构能够显著影响滑块磨损,织构密度增加促进了接触面均匀磨损,使得应力分布均匀、梯度变化平稳,缓解了应力集中,避免了长时间的剧烈磨损;接触压力也随织构密度的增加而增加,使得接触面与目标面接触紧密、间隙更小,可有效避免磨粒或磨屑引起的三体磨损。有限元模拟表明,通过恰当表面设计获得沟槽型表面织构能够显著影响磨损,也可为实现兼具减摩抗磨性与结构可设计性于一体的火箭橇滑块提供技术参考和理论支撑。

基于双层辉光离子渗金属的离子轰击金属靶材的计算机模拟

轰击离子的产生、输运以及离子对靶材的溅射过程是实现双层辉光等离子渗金属的重要一环。基于辉光放电的理论以及COMSOL Multiphysics软件对典型的双层辉光等离子渗金属装置进行了建模,分析了轰击离子的能量范围,结合经典散射理论和蒙特卡罗方法,使用SRIM软件详细地模拟了Ar+对金属靶材的溅射过程。结果表明:溅射原子的位置集中在金属靶材入射位置的附近,形成环状的溅射坑。溅射原子的能量集中在20 eV内,随着入射离子能量的增加,会出现一些高能量、大角度的溅射原子。溅射产额随着靶材原子d壳层电子填满程度的增加而增大,溅射产额主要来自低能反冲原子。溅射产额越大意味着低能反冲原子越多,能量传递越分散,溅射原子能量越低。

表面织构-离子氮化复合处理改善316不锈钢的摩擦学性能

针对奥氏体不锈钢表面硬度低、摩擦因数大、耐磨性差等问题,对316不锈钢进行电化学处理获得表面织构,再对获得表面织构的试样进行离子氮化处理。在干摩擦和脂润滑条件下研究了316不锈钢基材和复合处理试样与GCr15钢球和Si3N4陶瓷球配副的摩擦学行为。结果表明:复合处理后试样表层主要由ε相、γ′相和CrN相组成,表面硬度为1 048HV0.1;在干摩擦条件下,表面织构未被完全破坏,在摩擦过程中起到了捕捉磨屑、降低磨损的作用;在脂润滑条件下,表面织构起到了储存油脂提供二次润滑源的作用。与两种摩擦配副在两种测试条件下,复合处理试样的磨损失重量均远低于316不锈钢基体。

油套管表面防护技术的研究现状与展望

综述了油套管表面防护技术的研究现状,介绍了油(气)田开发过程中油套管的腐蚀特征、腐蚀类型以及力学和服役环境条件对油套管的基本要求,分析了表面涂镀层工艺、激光表面强化工艺及表面合金化工艺等表面技术的特点及其在油套管表面防护中的应用,提出采用热渗镀技术在油套管表面制备镍基合金层以应对严酷服役条件的新工艺。展望了油套管表面技术新思路和方法。

渗铬P110钢在CO_2饱和模拟油田采出液中的耐蚀性

为了提高P110油套管钢的表面性能,以满足其在油田环境下服役的要求,采用包埋法对P110钢进行渗铬处理.借助扫描电镜、能谱仪和x-射线衍射仪,对渗铬层的表面形貌、显微组织、成分分布和相结构进行了分析和表征,利用电化学测试技术测定P110钢及其渗铬层在CO2饱和模拟油田采出液中的开路电位、极化曲线和交流阻抗谱.结果表明:渗铬层由Cr23C6、Cr7C3和(Cr,Fe)7C3等相构成,且均匀、连续,与P110钢相比,具有更高的开路电位和电荷转移电阻及更低的电流密度和腐蚀速率.渗铬处理显著提高了P110钢的耐蚀性.

N80石油套管钢的CO_2腐蚀研究现状

CO2腐蚀是石油管材服役过程中常见的腐蚀失效形式,危害极大。综述了N80石油套管钢的CO2腐蚀研究现状,概述了油(气)田开发过程中油管CO2腐蚀的产生和类型;列举了CO2腐蚀的研究方法、影响因素;讨论了CO2的腐蚀机理。

钛合金等离子氮化表面的细菌粘附研究

本文对用作口腔修复材料的钛合金(Ti6Al4V)进行等离子氮化处理。分析和表征改性层显微组织的显微硬度、元素分布情况及改性层相结构;比较了改性前后表面粗糙度、表面形貌及细菌粘附情况。结果显示:钛合金表面经等离子氮化得到的改性层均匀、致密,厚度约为2.8μm,表面显微硬度值为HK0.0251443,改性层由TiN及Ti2N两种氮化物组成。与改性前相比,试样表面形貌发生变化,表面粗糙度提高,改性后的钛合金表面可以显著地减少细菌粘附。

激光表面织构化对316L不锈钢摩擦学行为的影响

采用激光加工技术在316L不锈钢表面形成矩阵分布的凹坑织构,以凹坑织构的形状、面积和间距等几何参数为因素建立正交实验表,研究激光表面织构化对316L不锈钢摩擦学行为的影响。利用极差和方差分析方法分析表面织构化316L不锈钢的磨损失重规律,利用扫描电子显微镜观察表面织构化316L不锈钢的表面和磨痕形貌。结果表明:表面织构化316L不锈钢试样的摩擦系数高于表面抛光316L不锈钢,这是激光表面织构化增大了表面粗糙度所致;但表面织构化试样的磨损失重明显低于表面抛光试样,这可归因于表面织构能起到捕捉磨屑、减小摩擦接触面积的作用,显著提高了316L不锈钢的耐磨性。

人工神经网络方法预测P110油套管钢稀土渗铬层的厚度

利用人工神经网络原理,建立了反映P110油套管钢(P110钢)稀土渗铬工艺参数与渗铬层厚度关系的预测模型。结果显示:该模型可以对选定工艺条件下渗铬层厚度进行良好的预测,预测结果在合理的误差范围内,建立的模型是可靠的,可以通过此模型优化工艺参数,实现P110钢稀土渗铬层厚度预测。

表面织构化–等离子表面渗铬复合处理对TA2纯钛耐磨性的影响

为改善TA2纯钛耐磨损性能,采用激光表面织构化–双辉等离子表面合金化复合处理技术在TA2表面制备铬改性层,并探究复合处理试样在室温和600℃温度下的摩擦学行为。结果表明,等离子合金化技术可在均匀的圆形织构单元表面上制备连续、致密的铬层,铬层厚度为55μm,主要由固溶体和CrTi、Cr_(2)Ti化合物相构成。渗铬处理显著提高了TA2的表面硬度;在室温和600℃条件下,表面织构化–等离子表面渗铬复合处理显著提高了TA2的耐磨性。就磨损失重而言,在室温和高温条件下,复合处理试样相对于TA2基体分别降低了77.2%和75%。

用细菌粘附法比较TC4钛合金及其表面改性后的抗菌能力

对牙种植体用材料TC4(Ti6Al4V)进行不同工艺的表面改性处理。应用细菌粘附方法,在荧光显微镜下直接计数,观察未处理试样和不同工艺处理后试样表面的细菌粘附,以评价改性表面的抗菌能力;同时采用SPSS统计软件分析对比两种工艺处理后改性表面的抗菌能力。细菌粘附和统计结果显示,未处理试样表面粘附了大量细菌;处理后试样表面粘附数量已显著减少;两种处理工艺改性后的表面之间细菌粘附量的差别没有统计学差异,即两种工艺处理后的改性表面的抗菌能力没有显著的差异。

纯钛表面TiN涂层的制备及其抗细菌粘附性能

利用多弧离子镀技术在纯钛(TA2)表面制备TiN涂层,分析涂层的显微组织,测量表面显微硬度和表面粗糙度,表征涂层的成分分布和相结构;对未处理纯钛和TiN涂层作细菌粘附实验.结果显示:TiN涂层厚度为2μm,涂层的表面复合硬度为HK0.025694,表面粗糙度(Ra[μm]±SD)为0.17±0.08,涂层由TiN相组成;细菌粘附结果表明:与纯钛基材相比,TiN涂层能显著地降低细菌粘附.

P110油管钢稀土渗铬工艺优化

利用正交试验方法对P110油管钢(P110钢)稀土渗铬工艺参数进行优化。结果表明:采用试验中的每组工艺参数,均可在P110钢表面形成连续、均匀、致密的渗铬层;以渗层的成分厚度(wCr≥12%)作为评价指标,得到的优化工艺参数为:温度1000℃,保温时间8 h,催化剂含量3wt%,稀土添加量7wt%。