Inconel718合金激光熔覆Co/TiN复合涂层摩擦学及氧化行为

为了研究拓展Inconel718合金在高温环境下的应用,使用激光熔覆在其表面制备Co/TiN复合涂层,并结合XRD、SEM和EDS等分析方法,探究其在室温和600℃下的摩擦学行为及800℃下的抗氧化性能。结果表明:制备的涂层硬度相对基体有所提高,约为基体的1.3~1.4倍。另外,涂层中的物相主要为固溶体及金属间化合物。对涂层的摩擦学性能进行测试,当TiN添加量为4%(质量分数,下同)时,涂层的减摩性能最好;而添加量为6%时,涂层的耐磨性最好,磨损率最大可降低90.02%。此外,氧化实验表明:Co/TiN复合涂层具有一定的抗氧化性能,氧化速率为8.7634mg^(2)·cm^(-4)·h^(-1),与基体相差不大。由此说明该复合涂层在保留基体抗氧化性的同时,能够大幅降低高温下的磨损率,且磨损率随着TiN的增加而减小。通过磨损机理分析可知,在600℃下各涂层均发生氧化磨损,其表面氧化膜的产生一定程度上也有助于降低磨损率。

端面密封材料S-07不锈钢滑动摩擦学行为的分子动力学模拟

为探究端面密封材料S-07不锈钢在不同参数下的摩擦学行为,构建纳米尺度下S-07不锈钢的摩擦磨损模型,以对偶件的压入深度和滑动速度作为变量,研究S-07不锈钢表面摩擦学性能及形貌变化。结果表明:随着摩擦相对滑动速度的增加(50、100、150 m/s),S-07不锈钢磨损表面粗糙度降低;随着对偶件压入深度(0.3、0.6、0.9 nm)的增大,摩擦因数呈上升趋势;磨损量随压入深度增大而增大,随滑动速度上升呈下降趋势。在微观尺度上,从位错、塑性变形等角度解释了在不同磨损条件下S-07不锈钢性能变化的原因,为该材料适用摩擦工况的选择提供了理论参考。

基于AutoCAD平台的涨圈密封参数化软件开发

系统阐述了涨圈密封的基本理论和结构特点,深入探讨了涨圈密封参数化设计的意义和现状。在此基础上,在AutoCAD 2008平台下,采用C++编程语言,在Object ARX2008环境下成功开发了用于涨圈密封设计的参数化CAD软件,实现了涨圈密封的参数化设计,提高了涨圈密封设计的效率和质量,设计实例表明,软件界面友好,使用简单,设计结果可靠,经试验验证,研制的涨圈密封各项指标均满足产品性能需求。

诱导轮水力设计及其CAD软件开发

系统阐述了诱导轮的基本理论与结构特点,改进了诱导轮的水力设计方法。采用5个翼型来设计诱导轮叶片,并推导出了轮毂轴向长度的计算公式。基于此方法,在AutoCAD 2008平台上,采用C++作为编程语言,在Ob ject-ARX 2008环境下开发成功了用于诱导轮水力设计的参数化CAD软件。该软件界面友好,使用简单,实现了诱导轮水力设计的参数化,提高了诱导轮水力设计的工作效率,并为后续诱导轮三维参数化造型软件的开发提供了数据接口。

高性能旋转动密封环设计研究

基于ANSYS软件平台,对高性能旋转动密封环流场进行了数值仿真分析与计算,研究了高性能旋转动密封环圆弧槽槽形结构和圆弧槽几何结构尺寸与密封环液膜压力和剪切应力之间的关系,由此得出了高性旋转动密封环设计准则,采用该准则设计、制造的高性能旋转动密封环通过了坦克专用传动系统密封试验台密封性能和密封可靠性试验考核,试验结果表明,高性能旋转动密封环满足设计与使用要求。

基于Pro/E平台的诱导轮参数化造型软件开发

阐述了诱导轮参数化三维造型的意义和现状,应用自主开发的PIND-2D软件进行诱导轮的二维水力设计,并分析了诱导轮三维造型结构特点。在此基础上,采用C++编程语言,在Pro/TOOLKIT环境下对Pro/E进行二次开发,并采用动态链接库方法实现程序与Pro/E和MFC之间的数据接口,成功开发出了诱导轮参数化三维造型软件,提高了诱导轮设计的效率和质量。

型线变化规律对诱导轮性能影响的仿真分析及应用

为了准确地研究型线变化规律对诱导轮性能的影响,采用4种典型的型线变化规律分别设计了四台变螺距诱导轮,分析了型线变化规律对诱导轮的能量特性和空化特性的影响,并给出了诱导轮设计过程中型线变化规律的选择依据。通过仿真分析研究了空化发生过程中,气泡在诱导轮压力面和吸力面间的生长分布情况,捕捉到了在NPSHa不断下降过程中,空泡在叶片间发生、蔓延及阻塞等特征,并通过切割诱导轮流道,研究了诱导轮进出口流道能量变化过程。最终,根据设计要求,对一台离心泵进行了诱导轮设计,试验结果表明:离心泵的空化性能得到明显的改善,配置诱导轮后泵机组必需空化余量约为0.414m。

液体火箭发动机端面密封用石墨材料内部缺陷检测工艺方法

介绍了石墨材料的制造工艺和缺陷类型,并结合液体火箭发动机端面密封的工作特性,阐明了端面密封用石墨材料内部缺陷检测的必要性。对目前通用的无损检测方法进行了对比分析,确定了适用于液体火箭发动机端面密封用石墨材料内部缺陷的X射线检测方法,并对X射线检测过程中图像灰度、对比度、电压、电流、滤片及积分时间等关键工艺参数的影响因素进行了对比分析,确定了石墨材料内部缺陷检测的工艺参数设置准则及高精度检测方法,实现了石墨材料内部孔隙的可视化仿真分析,并提出了一种基于图像处理的石墨材料气孔率统计计算方法,最终建立了液体火箭发动机端面密封用石墨材料内部典型缺陷的特征标样。

液氧涡轮泵多级液封轮密封空化流动特性分析

在考虑低温空化特性的基础上,提出了适用于液氧涡轮泵多级液封轮低温空化流动的数值计算方法,并采用液氮下的试验数据验证了可行性,最后对多级液封轮内低温空化流动及密封特性进行了数值研究。结果表明:与液氮试验值相比,后腔温度及压力的最大计算偏差分别为8.2%和6.7%,数值计算方法可行;多级液封轮内汽相体积约为液相体积的2~3倍,一级液封轮起主要密封作用,二级液封轮处于低压汽相环境中,部分工况后腔有局部憋压,可适当增加泄出口数量或直径以避免憋压;流场有-4~9K的温度变化,最高和最低温度分别位于一级、二级液封轮处,体现了低温空化的热力学效应;流场中高熵产率区主要分布于一级液封轮中,是能量损失的主要区域,脉动速度熵产率ΔSD'是熵产率的主要来源;多级液封轮在一级液封轮处形成了稳定的汽液交界面,相变半径由工况Ⅰ至Ⅳ递增,经泄出口排出的均为汽相介质,总流量在0.1~0.44kg/s,流量较小,有效地阻止了液氧的泄漏。

三种空化模型在离心泵空化流计算中的应用评价

为寻求一种更好的数值计算方法来模拟离心泵空化流,该文比较了Zwart-Gerber-Belamri模型、Kunz模型和Schnerr-Sauer模型在离心泵空化流模拟中的适用性。在3个不同的流量系数(φ=0.082、0.102、0.122)下,将每个模型的数值计算结果与试验结果进行对比,发现设计流量系数和小流量系数下Kunz模型的模拟结果与试验值最为吻合,大流量系数下Zwart-Gerber-Belamri模型的模拟结果更接近试验值。分析了φ=0.102时Kunz模型得到的空化流场,发现随着空化数的减小,空泡首先在叶片吸力面进口边附近产生,然后沿叶片吸力面向出口方向和叶片压力面扩展;叶轮流道总压系数的下降主要发生在上游断面,空化的发展对下游断面的影响很小;空化对叶片表面载荷分布影响较大。

双叶片离心泵内失速现象的三维PIV分析

为了揭示双叶片离心泵内失速现象的发生和发展过程,采用三维粒子图像测速(PIV)系统对比转数为134的双叶片离心泵在4个工况下3个截面的流体流动进行了分析.结果表明:随着流体流量的减小,叶片的压力面首先出现流动分离并产生漩涡;当流体流量继续减小时,漩涡堵塞了流道而使流体流动受阻,造成了叶轮流道失速的现象.在最优工况下,叶轮内流体的流态最佳;在0.8倍最优工况下,中间截面发生了流动分离;在0.5倍最优工况下,中间截面的流动分离扩张并产生了失速;在流量减小至0.2倍最优工况的流量之前,前盖板处也出现了失速,而在后盖板处没有发现漩涡.同时,叶轮内流场的轴向速度很不均匀,由流道进口到出口、吸力面到压力面,其轴向速度逐渐减小,并且叶片压力面的负向轴向速度区域随着失速的发展而扩大.

双叶片离心泵内动静干涉的三维PIV测量

为研究叶轮与蜗壳的动静干涉作用,采用三维PIV对一双叶片离心泵最优工况下叶轮流道内3个截面内的流动进行了测量,每个截面内测量9个叶片位置.结果表明:随着叶片与隔舌距离的不同,叶轮流道内的相对速度场和轴向速度场发生了明显的变化;当叶片在隔舌与蜗壳1断面间时,流道内的流量最小,相对速度场分布最为均匀;在前盖板附近吸力面的流道出口出现了低速区,形成了射流-尾迹结构,并在流道进口发现较强的轴向速度;当叶片随着旋转方向远离隔舌时,流道内的流量逐渐增大,在叶片压力面进口出现了流动分离并产生了旋涡,而流道出口的相对速度变得平稳,同时流道进口的轴向速度减弱;当叶片随着旋转方向靠近隔舌时,叶轮流道内的流量逐渐减小,流道进口的旋涡减弱并消失,流道出口的压力面附近相对速度降低,吸力面附近的相对速度增大,同时流道进口的轴向速度继续减弱.

双吸泵的空化性能研究

通过试验和数值计算研究了一台双吸泵的空化性能。为得到更为精确的模拟结果,在进行数值计算之前,分别对湍流模型和空化模型进行了改进,并通过二次开发技术把改进后的模型添加到CFX中。把非空化与空化状态下的模拟结果与试验结果进行了详细的对比,对比结果表明数值计算能够较好地预测双吸泵的能量特性及空化特性。此外,为较为全面地研究该双吸泵内的空化流场,不仅分析了叶轮内空泡体积分数分布和吸水室内空泡分布,还对泵体沿吸水室隔舌中间断面静压分布和叶轮流道内总压分布进行了仔细的研究。研究结果明确了泵性能下降的主要原因是空化的发展,且数值计算能够较为真实地反映双吸泵的空化性能,从而为泵的优化设计提供参考。

激光熔覆自润滑复合涂层研究进展及发展趋势

结合激光熔覆自润滑涂层实例,从材料设计、制备工艺、性能优化等方面综述了激光熔覆自润滑涂层的研究现状、存在的问题及发展方向。总结了常用固体润滑材料的摩擦学性能特点,并就如何选择自润滑材料、包覆技术和宽温域润滑的研究进展进行了简要阐述。讨论了激光熔覆制备自润滑复合涂层中软质润滑相和硬质耐磨相之间的关系,以及熔覆材料成分对涂层摩擦学性能的影响。简要分析了裂纹成因及控制涂层质量的常用手段,重点探讨了激光工艺参数对涂层中润滑相体积分数和分布状态的影响,并总结了激光熔覆自润滑涂层在工程中的应用,以期为激光熔覆技术的发展提供参考。目前激光熔覆自润滑涂层的应用已初具规模,但在润滑剂的失效与防护、新材料的研究与应用、制备工艺的优化以及针对特殊环境下的摩擦磨损实验研究等方面仍存在较大发展空间。

Ti6Al4V合金激光原位合成自润滑复合涂层高温摩擦学性能

为提高Ti6Al4V合金的高温摩擦学性能,采用激光熔覆技术在其表面原位合成多相混杂金属基高温自润滑耐磨复合涂层,熔覆粉末的成分为Ni60-16.8%TiC-23.2%WS_2(质量分数,下同),系统地研究复合涂层的显微组织、物相结构及其在20,300,600,800℃下的摩擦学性能和相关磨损机理。结果表明:复合涂层的显微硬度(701.88HV_(0.5))约为基体(350 HV_(0.5))的2倍;由于原位合成固体润滑相(Ti_2SC/TiS/NiS/TiO/TiO_2/NiCr_2O_4/Cr_2O_3)和硬质相(W,Ti)C_(1-x)/TiC/Cr_7C_3的协同作用,复合涂层的耐磨减摩性能明显优于基体。随着温度升高,涂层和基体的摩擦因数和磨损率均呈下降趋势,在800℃时复合涂层和基体的摩擦因数分别为0.32和0.43,磨损率分别为1.80×10^(-4),2.92×10^(-5)mm/Nm。在800℃下塑性变形、分层和氧化磨损为基体主要磨损机理,复合涂层以氧化磨损和轻微的黏着磨损为主。

影响三瓣式高速浮环密封性能的敏感参数

针对应用在液体火箭发动机上的三瓣式高速浮环密封(TFRS),揭示密封在复杂多变工况下的泄漏特性和磨损特性,得到影响密封特性的敏感参数,促进高速密封技术的发展。针对压力、转速和密封周向弹簧比压等关键敏感参数,数值模拟了密封的泄漏率变化规律,试验测量了密封环的泄漏率和磨损率。研究结果表明:泄漏率和磨损率都随压力增大而增大;转速对三瓣式高速浮环密封磨损率敏感,对密封泄漏率不敏感,随着转速的增加,磨损率增大较快,泄漏率减小较慢;随着密封周向弹簧比压的增大,前期密封周向弹簧比压对泄漏率敏感,此时泄漏率变化幅度较大,磨损率变化幅度较小,后期密封周向弹簧比压对磨损率敏感,此时磨损率变化幅度较大,泄漏率变化幅度较小,密封周向弹簧比压在适当范围内时,泄漏率和磨损率都较小。研究结果为液体火箭发动机三瓣式高速浮环密封的设计、实际应用和深入研究提供了基础。

涡轮泵用球面装配机械密封热变形及磨损特性实验研究

以少量常压煤油介质条件下涡轮泵用球面装配机械密封为对象,通过实验测试分析端面磨损形成机理。设计实验工装,实现金属环截面9点温度矩阵和石墨环座3位置轴向位移的测试,得到两种弹簧力条件下温升和位移演变数据,并对磨损端面进行光学显微观测和径向轮廓测量。结果表明:磨损深度以内径处最大,至靠近外径处一定宽度内无磨损;随转速的升高密封环轴向及径向温度梯度不断增大;两工况下密封环倾转热变形造成的端面间隙锥度约为2.5 mrad和7.5 mrad。对于该型式密封,有必要通过端面开设流体动压槽以形成主动泵入润滑等方法来改善流体静压润滑效应缺失造成的严重磨损。

Ti6Al4V合金激光熔覆Ti_(3)SiC_(2)增强Ni60复合涂层组织与摩擦学性能

为了提高Ti6Al4V合金的耐磨减摩性能,在其表面利用激光熔覆技术制备出两种不同配比的Ti3Si C2/Ni60复合涂层,分别是5%Ti_(3)SiC_(2)+Ni60(N1)和10%Ti_(3)SiC_(2)+Ni60(N2)(均为质量分数),研究了这两种涂层在室温、300和600℃下的微观组织、显微硬度、摩擦学性能表现及相关磨损机理.结果表明:涂层主要由硬质相TiC/TiB/Ti_(x)Ni_(y),γ-Ni固溶体连续相和润滑相Ti_(3)SiC_(2)组成.N1、N2涂层的显微硬度均为基体(350HV_(0.5))的3倍左右,分别为1101.90HV_(0.5)和1037.23HV_(0.5),在室温、300和600℃下的摩擦系数分别为0.39、0.35、0.30和0.41、0.45、0.44,均小于基体的摩擦系数(0.51、0.49、0.47).N1、N2涂层在室温、300和600℃下的磨损率分别为3.07×10^(-5)、1.47×10^(-5)、0.77×10^(-5)mm^(3)/(N·m)和1.45×10^(-5)、0.96×10^(-5)、0.62×10^(-5)mm^(3)/(N·m),均远小于基体[35.96×10^(-5)、25.99×10^(-5)、15.18×10^(-5)mm^(3)/(N·m)].在本文中Ti_(3)SiC_(2)提高了Ti6Al4V合金的耐磨减摩性能,使得N1涂层表现出更好的减摩性能,N2涂层表现出更好的耐磨性能.室温下,磨粒磨损、塑性变形以及轻微的黏着磨损为两种涂层的主要磨损机理;300℃时,塑性变形、氧化磨损和黏着磨损是N1涂层的对应机理,600℃时出现了三体磨粒磨损;在300和600℃时,黏着磨损、氧化磨损及磨粒磨损为N2涂层的主要磨损机理.

机械密封的黏滑分析

机械密封副磨损与黏滑引起的振动有关。以密封副动静环为摩擦副进行摩擦磨损试验,通过分析摩擦因数曲线的变化趋势以及机械密封副的磨损形貌,提出在动环与静环相对运动的过程中发生了黏滑振动。考虑动环刚度,构建密封副黏滑模型,通过仿真分析黏滑对密封副表面形貌的影响以及密封副的黏滑磨损机制。结果表明:动环在摩擦扭矩的作用下扭转导致黏滑;动环的最大转速在黏滑过程中达到转轴转速的2倍;黏滑在快速启动阶段并没有发生,仅在速度波动阶段出现,而当速度恢复稳定上升阶段,黏滑现象消失;黏滑最终造成密封副表面严重的黏着磨损。

矩形舱内三层液体晃荡特性的数值分析

采用耦合水平集和流体体积(CLSVOF)界面捕获方法对浮式生产储卸油(FPSO)装置矩形清洗舱内三层液体的晃荡特性进行数值分析;通过对比数值模拟与试验所得矩形舱内三层液体的液-液界面形状和高度的变化情况,验证了CLSVOF方法模拟多层液体晃荡特性的准确性.结果表明,多层液体晃荡过程中出现的物理现象远比传统单层液体晃荡中的复杂.当矩形舱外部激励频率等于液-液界面的最低阶固有频率时,所产生的共振效应不仅会导致液-液界面的晃荡幅度远大于自由表面的晃荡幅度,而且会导致液-液界面产生Kelvin-Helmholtz不稳定性.