涂层老化数值模拟与数据处理的研究进展

[目的]涂层老化的数值模拟研究取得了丰硕的成果。[方法]综述了研究涂层老化失效机理、寿命预测、在线监测的模拟分析与数据处理方法。[结果]对于涂层老化失效机理,可以就光氧老化、热氧老化、机械应力老化等微观或宏观特征进行模拟。对于涂层寿命预测,可以建立基于老化特征的模型或基于不确定性数学的模型。对于涂层老化的在线监测,电化学监测和老化特征监测是两个主要途径,所得数据可用于腐蚀数据库的建立及基于大数据的模型开发。[结论]引入人工智能是涂层老化数值模拟与数据处理的发展趋势。

基于乙烯基POSS改性的厌氧胶的制备及性能研究

针对机械设备维护与修理中厌氧胶连接件的可拆卸性问题,本研究利用乙烯基二甲基硅氧基笼状聚倍半硅氧烷(POSS-V)对厌氧胶连接件的力学性能进行改性。通过红外光谱对固化前后的厌氧胶进行了表征,并结合摩擦磨损试验、扫描电镜分析、流变学测试、扭矩测试以及剪切强度的测试,深入研究了POSS-V对厌氧胶性能的影响机制。研究发现,POSS-V的引入显著提升了厌氧胶的耐热性,并通过交联作用,使破坏扭矩最大可提高64.75%,POSS-V与丙烯酸酯产生交联反应形成了球状颗粒,有效减少了摩擦系数。在提高厌氧胶破坏扭矩的同时,还维持甚至降低了拆卸扭矩值,从而优化了厌氧胶的综合性能。

涉水工程装备用聚合物摩擦副材料改性技术研究进展

聚合物作为摩擦副材料在涉水工程装备上应用前景广阔,然而与金属材料相比,聚合物材料存在强度低、蠕变、老化以及吸水等固有缺陷,并且在低速重载工况下难以形成完整的润滑水膜而导致零部件出现严重的磨损与振动问题,随着涉水工程装备运动副所面临复杂多样的极端环境和苛刻工况,极大地限制了聚合物材料作为摩擦副部件在涉水工程装备领域的应用。分析了聚合物材料在涉水极端环境中的主要摩擦学问题和面临的挑战,并从辐照与等离子体表面改性技术、填料共混复合改性技术、织构化表面调控技术,以及功能化水润滑表面调控技术4个方面,综述目前国内外关于涉水工程装备用聚合物摩擦副材料改性技术的研究进展,最后对涉水工程装备用聚合物摩擦副材料的制备技术和摩擦学研究方向进行总结和展望。

桥梁支座用滑板材料摩擦学研究进展

桥梁支座滑板材料是桥梁支座实现承载、滑动和转动的关键零件。阐述了桥梁支座用滑板的结构及工况特点,介绍了不同极端环境对桥梁支座材料的使用寿命和摩擦学性能的影响,介绍了聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯以及其它典型桥梁支座用滑板材料的研究现状与发展动态,并对比它们的异同点,在此基础上分析了桥梁支座用滑板材料摩擦学性能的未来发展趋势。

环氧丙烯酸酯在厌氧胶中的应用研究进展

本文首先介绍了厌氧胶的组成,并以过氧化氢异丙苯-二甲基对甲苯胺-糖精引发体系为例,简要介绍了此引发体系的引发固化机制。其次,叙述了环氧丙烯酸酯的合成及相关的催化机理。进一步综述了环氧丙烯酸酯在厌氧胶中的应用,分析了环氧丙烯酸酯在提高厌氧胶强度和耐热性方面的优势。同时,探讨了不同力矩调节剂对性能的影响,以及改性环氧丙烯酸酯在厌氧胶中的应用研究。最后针对如何更好地利用环氧丙烯酸酯来提高厌氧胶的性能,提出了建议。

TiAlSiN纳米复合涂层的研究进展

随着现代加工需求的不断提高,对刀具涂层的性能要求愈发苛刻。相较于CrN、TiN、TiAlN等传统硬质涂层,TiAlSiN纳米复合涂层凭借优异的硬度、耐磨性、耐蚀性和高温抗氧化性,成为了减少工件磨损、延长使用寿命的最佳候选材料,被广泛应用于汽车、航空航天、通用机械等刀具加工领域,引起了研究者的广泛关注。为此,本文综述了TiAlSiN纳米复合涂层在微观结构、力学性能和实际应用方面的研究进展;阐述了TiAlSiN纳米复合涂层元素组成、制备工艺对其微观结构的影响规律及作用机理;重点讨论了TiAlSiN纳米复合涂层力学性能(如硬度、韧性、结合力及耐磨性)的影响规律及作用机制,包括归纳了Hall-Petch效应、固溶强化、共格外延、模量差异、晶界复合在内的5种TiAlSiN纳米复合涂层的增硬机理,对比分析了不同涂层增韧的途径与机制,探讨了TiAlSiN纳米复合涂层结合力与摩擦学性能的影响因素;最后,介绍了TiAlSiN纳米复合涂层在刀具、模具等典型应用领域的发展现状,并对TiAlSiN纳米复合涂层未来的研究趋势和发展方向进行了展望,以期为发展高效、高性能、低成本的刀具硬质涂层提供参考。

微弧氧化着色膜层制备技术研究进展

铝、镁、钛等合金材料常被用作3C机身结构件,尤其是制作笔记本电脑和手机的外壳时,不仅要求表面硬度高、耐磨性好,还要求其外观华丽精致,微弧氧化着色膜也因此成为研究热点。概述了微弧氧化着色膜的着色原理、着色方法,包括改变电解液组成、改变合金组成等,基于目前采用最多的添加过渡金属盐的方法对着色的颜色种类如黑色、棕色、蓝色、绿色等进行了重点论述,分析了微弧氧化膜的着色原因及显色物质成分,并在此过程中探讨了可能会对膜层颜色产生影响的工艺参数,揭示了微弧氧化着色膜层存在的光泽度低、色彩暗淡无光等问题。为解决微弧氧化着色膜装饰性较差的问题,使其更好地应用于电子产品,其未来的发展方向将是:(1)深入研究微弧氧化着色机理;(2)改善微弧氧化电解液体系;(3)探索工艺参数影响,以提高着色膜的装饰性;(4)拓展微弧氧化膜的颜色种类,从而满足更多场景的应用需求。

风力发电机叶片覆冰机理及防除冰技术研究进展

在“双碳”政策下,绿色能源在能源体系中的占比越来越大。风力发电以其原料来源广、污染少、发电量大等优点成为国家重点发展的方向之一。随着风力发电的快速发展,风力发电机覆冰问题愈发凸显。为了解决这一问题,研究人员基于生物仿生学开发了具有优异防除冰性能的超疏水涂层,并广泛应用。目前,防止风机结冰最常用和最直接的方法是主动加热技术。综述了风力发电机覆冰的基本理论,介绍了覆冰产生的原因及危害,将覆冰抽象为过冷水滴在下降过程中撞击风力发电机叶片并黏附在叶片上,与叶片表面发生复杂热交换后凝结成冰的模型。概述了目前国内外常用的风力发电机防除冰方法,分析了不同被动和主动防除冰技术的优缺点。通过研究工程应用案例发现,单一的被动或主动防除冰技术存在防除冰能力有限、能耗高、效率低等问题,将不同的防除冰技术组合使用、互相补充,更能满足多样化实践需求,成为目前研究的热点和重点。在优化当前防除冰技术的基础上,采用组合防除冰技术具有良好的发展前景。

基于超音速火焰喷涂的飞机燃油泵电机转轴修复技术研究

某飞机离心式燃油泵电机转轴长时间与动密封配磨产生机械损伤,从而导致机上燃油泵油嘴漏油,影响飞行安全。为解决转轴的磨损问题,采用超音速火焰喷涂WC硬质合金涂层的方法对转轴进行增材修复。通过调整超音速火焰喷涂煤油流量在2Cr13基体表面喷涂了3种不同组织结构和力学性能的WC-12Co硬质合金涂层,研究了煤油流量对涂层孔隙率、显微硬度、断裂韧性、结合强度以及涂层磨损性能的影响规律。结果表明:在氧气流量不变的情况下增加煤油流量能够提升粒子的温度和速率,降低涂层的孔隙率,提升涂层的断裂韧性以及结合强度;涂层越致密,涂层的硬度越大,同时致密的结构可以减少WC粒子在摩擦过程中的剥落,涂层耐磨性好。通过试验获得了最佳的转轴修复工艺参数,修复后的转轴经过1000 h磨合试验后涂层无明显磨损和损伤,尺寸变化量不大于0.01 mm,产品性能符合技术要求。

桥梁支座用滑板材料摩擦学研究进展

桥梁支座滑板材料是桥梁支座实现承载、滑动和转动的关键零件。阐述了桥梁支座用滑板的结构及工况特点,介绍了不同极端环境对桥梁支座材料的使用寿命和摩擦学性能的影响,介绍了聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯以及其它典型桥梁支座用滑板材料的研究现状与发展动态,并对比它们的异同点,在此基础上分析了桥梁支座用滑板材料摩擦学性能的未来发展趋势。

基于水性硅烷聚合物与Ti/Zr复合化学转化技术在多种金属表面的工艺研究

以6061铝合金、7075铝合金和镀锌钢为研究对象,通过优化一种水性环氧基硅烷聚合物与氟钛酸/氟锆酸复合化学转化工艺,同步提高了3种金属的耐腐蚀性能。采用电化学性能测试和硫酸铜点滴试验对膜层的耐腐蚀性能进行探讨,并结合扫描电镜(SEM)和能谱(EDX)对转化膜微观形貌及元素组成进行表征分析,最后探讨了钛锆硅烷复合转化膜的成膜机理。结果表明:当选择最优的工艺配方,即WB100水性硅烷2.7%、H_(2)TiF_(6)2.2 mL/L、H_(2)ZrF_(6)1.0 mL/L、转化时间90s、pH=3.7、温度40℃时,多种金属材料的复合转化膜表面均匀致密,具有较优的耐腐蚀性能。成膜机理分析表明,起始钛锆硅烷复合转化膜经3个阶段演变后,最终形成了由金属氧化物和有机单分子膜组成的双层膜结构。

Q235钢和热镀锌钢在棕壤土环境中的腐蚀行为研究

为研究接地网设备常用金属材料Q235钢和热镀锌钢在棕壤土环境中的初期土壤腐蚀行为,在湖北襄阳地区选取东津、乔营站内外共4个土壤腐蚀实验点进行实验,采用宏观形貌分析、微观形貌分析、腐蚀产物分析和电化学测试等手段进行试样分析。形貌分析结果表明,襄阳土壤环境中碳钢试样腐蚀1 a后表面为非均匀腐蚀,可见明显的麻坑状腐蚀坑,镀锌钢材料未见明显红锈且表面镀锌层未被破坏。腐蚀产物分析表明,襄阳地区棕壤土为高含水率的碱性土壤,Q235钢土壤埋地试样1 a后表面锈层的主要成分铁氧化物和微量的SiO_(2),镀锌钢表面腐蚀产物主要为锌氧化物和微量SiO_(2)。腐蚀速率与土壤理化性质相关性分析结果表明,在襄阳土壤环境中,2种试样土壤腐蚀速率与土壤理化性质均呈正相关,其中土壤pH值对土壤腐蚀速率影响最为显著。电化学结果表明,镀锌钢表面镀锌层为基材提供良好的保护性,镀锌钢的腐蚀电流密度较Q235钢小1~2个数量级。综上,在襄阳地区棕壤土环境中镀锌钢材料较Q235钢材料表现出更为优异的耐蚀性,值得注意的是,该地区土壤pH值显著影响镀锌钢材料的土壤腐蚀速率。

船舶奥氏体不锈钢管TIG自动焊腐蚀行为研究

为了研究船舶管道系统焊接件的腐蚀行为,通过全位置TIG自动焊技术对316L奥氏体不锈钢接头进行焊接,采用接头拉伸、弯曲、宏观金相测试以及通过加速腐蚀试验后腐蚀深度、表面形貌、微区电化学测试,就焊接工艺对试样的力学性能和腐蚀行为的影响进行研究。经焊接试验与检测发现,通过改变分区焊接参数设计,可有效保证焊接接头的焊接质量,焊接接头的力学性能合格。对此焊接工艺下焊接后不锈钢管道的腐蚀行为研究结果表明:焊接材料在模拟盐雾湿热/SO_(2)大气环境中进行腐蚀试验后以点蚀为主,腐蚀产物为团状物,且随着腐蚀过程继续进行,腐蚀产物不断生长,相互连接成片,形成完整锈层,对基材起到保护作用,延缓腐蚀向基材深入;腐蚀优先在热影响区进行,并且随腐蚀周期延长,试样母材区的耐蚀性始终高于热影响区。

阴极保护在乙炔湿式气柜钟罩外壁的应用

内蒙古某化工厂乙炔湿式气柜钟罩由于检修施工周期紧,每道涂层未完全固化,就进行下一道施工,导致涂层本身存在缺陷,长时间运行后出现龟裂、剥离等现象,钟罩外壁严重生锈,甚至出现穿孔现象,存在较大安全隐患。为控制气柜钟罩外壁腐蚀,前期采取固定区域安装镁阳极和锌阳极,悬挂腐蚀试片测试腐蚀速率,得到镁阳极的防腐蚀效果最佳。后期通过理论计算以及合理布置阳极,在检修期施工安装,安装完成后测试阴极保护效果满足≤-0.85 V(vs CSE)。通过阴极保护联合现有涂层可减缓或抑制钟罩外壁腐蚀,延长其使用寿命。

湖北电网金属材料土壤腐蚀等级分布图绘制

在湖北电网152个变电站土壤自然环境中开展碳钢、镀锌钢和铜的1年期埋藏试验,结合八指标法和运行管理数据,绘制了湖北电网金属材料土壤腐蚀等级分布图,为今后湖北电网接地装置选址、选材、差异化防腐设计和运维提供了关键性基础数据,为湖北电网的安全运行提供技术支持。

武汉材保所参加2024“制造翘楚”产业链供应链对接活动

5月17日,由湖北省人民政府主办,湖北省经济和信息化厅、湖北省国防科工办、中国机械总院装备中心、机械工业规划研究院共同承办的2024“制造翘楚”产业链供应链对接活动在武汉举办,省委副书记、省长王忠林宣布活动启动,工业和信息化部副部长辛国斌致辞,中国机械科学研究总院集团有限公司总经理王西峰。

常见螺旋桨材料空蚀特性分析

为了掌握常见螺旋桨材料在不同空蚀阶段的体积损失规律及形貌变化特点,本文借助磁致伸缩超声振动空蚀仪对螺旋桨常用材料镍铝青铜、黄铜H62、铝合金6061-T6开展空蚀试验,记录质量、空蚀表面形貌变化。基于试验数据,分析不同空蚀阶段的规律特点,通过改变空化强度,观察空泡溃灭程度对空蚀不同阶段的影响。借助有限元数值技术方法反演空化冲击载荷,利用空化冲击载荷与空蚀深度的关系,初步预报NACA0015水翼表面空蚀深度分布。结果表明:不同空蚀阶段持续时间不仅仅取决于材料本身,还与空化强度有关;以黄铜H62为例,计算得到了NACA0015水翼吸力面的空蚀深度分布,最大空蚀深度为45μm。本研究为考虑材料性质影响的水翼空蚀深度数值预报提供了理论基础。

2A12铝合金水基切削液的缓蚀和润湿性能研究

为设计和制备2A12铝合金用水基切削液,确保加工后表面无锈蚀,采用响应曲面法优化配方中三乙醇胺(TEA)、十二碳二元酸(DC12)和乙二胺四乙酸(EDTA)添加量,并考察对2A12铝合金的协同缓蚀作用,引入酰胺改性植物油(AMV-1)和自乳化酯(SEE)提高配方防蚀效果,通过添加表面活性剂增强配方体系的润湿性能,最后结合红外光谱和分子结构分析阐明AMV-1和SEE缓蚀性能的构效关系。结果表明:TEA、DC12和EDTA是影响2A12铝合金腐蚀的显著性因素,TEA和DC12存在交互作用,最优添加量(质量分数,下同)分别为11.10%、1.70%和0.44%;添加8.0%(质量分数)AMV-1和2.0%(质量分数)SEE可使铝合金表面无腐蚀和变色;聚醚L44可提高配方润湿性能,当添加2.0%(质量分数)时,表面静态接触角从49.732°降至36.451°;AMV-1、SEE分别与铝合金表面形成配位化合物保护膜层和疏水膜层从而起到缓蚀效果。

TiCN,TiAlN,TiAlCN涂层研究现状

TiAlCN等硬质涂层能提高金属工件的表面硬度、耐磨性及抗腐蚀性,从而有效提高高速旋转条件下服役的刀具、磨具及汽车零部件的精密度和使用寿命。综述了TiN添加Al、C元素形成的TiCN、TiAlN及TiAlCN涂层的结构及应用,总结了添加元素Al、C对涂层结构及性能的影响及其作用机理。归纳了近几年TiCN、TiAlN及TiAlCN涂层的制备方法,包括直流磁控溅射法(DCMS)、高功率脉冲磁控溅射法(HiPIMS)、中温化学气相沉积法(MTCVD)和激光化学气相沉积法(LCVD)等,并对多元TiN涂层的未来发展方向进行了展望。

锡粉含量对无铬锌铝涂层性能的影响研究

为进一步降低锌铝涂层的摩擦系数,在水性无铬锌铝涂层的基础上引入锡粉,通过对涂层的硬度、附着力、抗冲击性、耐盐雾、电化学性能、摩擦系数及微观形貌等方面进行评价分析,探究了不同用量的锡粉对涂层的力学性能、耐蚀性及摩擦学性能的影响。结果表明:锌铝涂层中引入锡粉能有效提升涂层的韧性,当其含量为5%~10%(质量分数)时,涂层的硬度不出现明显下降,且附着力和抗冲击性得到有效提升;锡粉的添加还能改善涂层的润滑性能,降低涂层的摩擦系数,当其含量为10%~20%(质量分数)时,螺纹摩擦系数以及支撑面摩擦系数均可降低至0.15以下;而且,锡粉的加入还可提升涂层的耐蚀性,中性盐雾试验和电化学测试结果均表明,当锡粉含量为10%(质量分数)时涂层的耐蚀性能相对更佳。