G23Cr2Ni2Si1Mo钢制表层纳米贝氏体渗碳齿轮组织及性能

在轨道交通机车齿轮生产工艺中引入纳米贝氏体钢热处理制备技术,以G23Cr2Ni2Si1Mo钢为研究对象,利用SEM、TEM、硬度、力学性能、滚动接触疲劳等研究其扩散碳势为0.65%和0.85%时等温淬火制备的表层纳米贝氏体渗碳齿轮的组织及性能,并与常规18CrNiMo7-6钢油淬制备的表层细针马氏体渗碳齿轮进行横向对比。结果表明:G23Cr2Ni2Si1Mo钢制的某型轨道交通用机车主动齿轮在扩散碳势为0.85%,等温淬火温度200℃保温8 h最佳。微观组织满足相关标准要求,表层最高硬度可达(700±10)HV1,距表层0.3 mm处纳米贝氏体板条厚度约为69 nm,基体力学性能相比于18CrNiMo7-6钢油淬制备的表层细针马氏体渗碳齿轮,塑性、韧性在同一水平的情况下,强度高出约13%,滚动接触疲劳额定寿命L_(10)与中值寿命L_(50)分别提高40%和29%。

油溶性纳米TiO_2提高GL-5车辆齿轮油承载能力的研究

以硬脂酸作为修饰剂,利用溶胶-凝胶法制备了油溶性纳米TiO2颗粒,将其加入85W/90GL-5重负荷车辆齿轮油中,用四球摩擦磨损试验机考察了油品的摩擦学性能,并采用SEM、XPS对摩擦试验后的钢球磨斑表面进行了分析,对纳米TiO2在摩擦过程中的摩擦学作用机制进行了研究。结果表明纳米TiO2添加剂能够显著提高GL-5车辆齿轮油的承载能力;纳米TiO2在摩擦过程中发生分解,在摩擦表面形成硬度较高的纳米薄膜,也可以扩散渗透到金属基体中,从而使保护层不易被剥落。

车辆齿轮油承载能力的估算

从纳米摩擦学角度考察了车辆齿轮油的四球机测定结果,发现最大无卡咬负荷P_B和烧结负荷P_D值不能很好地代表承载能力,阐明了由这两个指标难于预测车辆齿轮油承载能力的原因是:(1)钢球材质与实际摩擦副的不同;(2)钢球的接触方式是点接触,而齿轮是线接触;首次提出一套利用四球机测试估算车辆齿轮油承载能力的方法,指出在实际选择齿轮油时可根据齿轮的啮合压力来确定油品在四球机试验中应达到的比压力(specific pressure at contact surfaces)。

纳米器件的分子动力学模拟

分子动力学广泛应用于分子体系,但受限于计算能力,一般难以用于纳米器件的研究.本文采用自主开发的超大规模分子动力学仿真程序(NanoMD),构建了原子级的纳米齿轮模型,并以此为代表实现了对具有高速转动特性的纳米器件的模拟.通过位错和缺陷分析,确定了纳米器件在高速转动过程中的应力分布以及失效机制,并明确了以极限弹性转速为依据的材料强度衡量模式.研究发现纳米器件在极限转速方面存在明显的尺寸效应:随着器件直径的减小而单调增大,随着轴径的缩小而先增大后减小.

含纳米镍粉齿轮油摩擦学性能研究

为提高传统齿轮油的摩擦学性能,选择高速剪切和纳米镍粉表面修饰相结合的分散方式制备含纳米镍粉的齿轮油,采用四球试验机研究高速剪切转速和时间、KH560分散剂及纳米镍粉加入量对齿轮油摩擦学性能的影响,并采用SEM和EDS等对磨斑形貌和成分进行分析表征,初步探讨其抗磨减摩机制。结果表明:高速剪切转速为3 000r/min,剪切时间为30 min,分散剂KH560质量分数为6%时,纳米镍粉在齿轮油可的分散效果最好;纳米镍粉质量分数为0.5%时,齿轮油综合摩擦学性能较好,摩擦因数和磨斑直径较未添加镍粉的齿轮油分别下降25.5%和22.6%;含纳米镍粉齿轮油在不同载荷下均具有较好的减摩性能,但只在较低压力下具有较好的抗磨性能。磨痕形貌及能谱分析结果表明:在摩擦过程中含纳米镍粉齿轮油中的纳米镍粉能起到填平犁沟、修复磨痕表面的作用。

立德树人 初心传承——记王立鼎院士的科研初心与使命传承

王立鼎院士是我国著名的齿轮专家,被称为"精密齿轮王",同时也是我国微纳米技术的开拓者之一。他注重技术创新,在精密齿轮工艺和测试技术方面达到国际领先水平,还研制出中国第一台光盘伺服槽及预制格式刻划机。他不但致力于技术的创新,也关心技术的传承,注重立德树人,为中国精密齿轮工艺、微纳机械等领域培养了优秀人才。

Tribological characteristics of micro or nano particles between the gear pairs

将4种分别含有微米或纳米固体粒子的磨合油应用在45号钢齿轮副磨合试验中，研究这2类粒子对齿轮磨合的影响及行为．研究中使用的2种微米粒子分别是平均粒径为10μm的碳酸钙和100μm的石英砂，2种纳米粒子分别是平均粒径为5nm的金刚石和30nm的导电炭黑，大齿轮和小齿轮未磨合前的齿面三维粗糙度分别是24．00μm和32．97μm．试验结果表明：微米粒子对磨合磨损的主要影响表现为磨粒磨损，且微粒的粒径越大，磨粒磨损越剧烈；纳米粒子对磨合磨损影响不大，但纳米粒子能够吸附、填充和渗入齿面，从而改观齿面形貌和改善齿面摩擦学性能．另外，在含有这2类粒子的磨合磨损中，摩擦副间都有不同程度的“负电阻”现象发生，且两齿轮的磨损率蒡越大，该电现象越明显．

含纳米金属/蛇纹石粉齿轮油的摩擦学性能研究

为提高传统齿轮油的摩擦学性能,采用四球试验机研究了加入纳米镍粉、镍铜粉复配粉体和纳米金属粉与超细蛇纹石粉复配粉体的情况下粉体加入量及复配比例对齿轮油摩擦学性能的影响,并研究了其载荷特性。结果表明:含纳米镍铜粉复配粉体的齿轮油比含单一粉体齿轮油的摩擦学性能更好,当纳米镍粉与铜粉的质量比为3∶1、粉体总加入量(w)为0.1%时,试验摩擦因数和磨斑直径比基础齿轮油分别减小了37.8%和30.2%;含纳米金属/蛇纹石粉的齿轮油具有更好的综合摩擦学性能,且具有良好的载荷特性,当纳米镍粉与铜粉的质量比为3∶1、金属粉体与蛇纹石粉的质量比为2∶1、粉体总加入量(w)为0.2%时,试验摩擦因数和磨斑直径比基础齿轮油分别减小了37.4%和34.0%;钢球磨痕形貌及能谱分析结果表明,纳米金属、蛇纹石粉体加入到齿轮油中能起到填平犁沟、修复磨痕表面的作用。

几种纳米润滑油添加剂在齿轮油中的应用研究

研究了纳米Cu、纳米TiO2和纳米LaF3润滑油添加剂在85W／90基础油中的油溶性，比较了三种纳米润滑油添加剂在齿轮油中的应用效果，结果表明：纳米铜添加剂能够显著提高基础油的极压性能，同时具有良好的抗磨性能。采用SEM对铜纳米微粒在复合剂体系中的极压抗磨机理进行了分析，发现在摩擦过程中铜纳米微粒在表面形成沉积膜，从而表现出良好的极压抗磨性能。

基于纳米压痕技术的齿根渗碳层力学特征表征

18Cr2Ni4WA齿轮齿根的渗碳层具有不同于基体的力学特性,准确表征其力学特性对于研究齿轮齿根的裂纹萌生和疲劳性能至关重要。将纳米压痕技术作为渗碳层局部力学特性表征的试验手段,针对渗碳层开展纳米压痕试验,结合有限元仿真,根据不同本构参数组合下的载荷–位移曲线的曲率、残余深度、塑性功与总功之比3项参数预测的综合误差,确定18Cr2Ni4WA齿轮齿根渗碳层的本构参数。试验验证结果表明,由纳米压痕试验得到的载荷–位移曲线能够可靠地反映渗碳层的力学行为。

纳米材料对车辆齿轮油抗磨性影响的研究

利用杠杆式四球摩擦磨损试验机，研究以纳米材料作为车辆齿轮油添加剂对摩擦磨损性能的影响。通过极压性和抗磨性的试验，分别在基础油中添加纳米微粒添加剂和纳米减磨自修复添加剂，找出合适的添加比例。通过试验研究两种添加剂最佳的复配比例，并在齿轮油中添加复合添加剂，以确定最佳加入比例。从而提高车辆齿轮油的抗磨及减摩性能，将摩擦和磨损降到最低。

MMT改性淀粉基纳米复合纤维的海水降解性能

不可降解渔具造成的“白色污染”和“幽灵捕捞”问题已严重威胁到海洋的生态环境,开发可降解渔具材料已经成为我国渔业可持续发展的有效途径之一。本实验采用熔融纺丝法制备淀粉(STR)/高密度聚乙烯(HDPE)/纳米蒙脱土(MMT)纳米复合纤维,研究MMT对纳米复合纤维的热学性能、力学性能、动态力学性能与海水降解性能的影响。结果显示,引入MMT后,纳米复合纤维的熔融温度(Tm)移向低温,结晶度增加,而断裂强度下降。此外,MMT的加入显著降低了聚乙烯的玻璃态储能模量和内部损耗,但对淀粉相影响不显著。4个月海水降解结果显示,与STR/HDPE纤维相比,STR/HDPE/MMT纳米复合纤维失重率增加了约5%,纤维直径减小了约11%,这表明MMT加快了STR/HDPE纤维的降解过程。本实验系统研究了MMT改性淀粉基纳米复合纤维的海水降解性能,可为渔业等海洋产业用降解新材料的开发与应用提供参考。

纳米铜润滑油在煤矿机械设备中的应用研究

工业闭式齿轮作为煤矿机械设备中不可或缺的传动装置,将纳米铜作为润滑油添加剂加入工业闭式齿轮油中进行纳米铜润滑油的理化性能研究,对了解其使用寿命、使用条件和应用领域均具有重要意义。结合纳米铜的XRD图像及粒度分布,对其运动黏度、黏度指数、机械杂质、水分、铜片腐蚀、起泡性、液相锈蚀、倾点等理化性能进行测试,利用四球试验机检测工业闭式齿轮油的综合磨损指数和磨斑直径,并对纳米铜在闭式齿轮油中的抗磨与极压性能进行验证,以验证其不会对工业闭式齿轮油产生负面影响,最终将纳米铜润滑油应用于煤矿机械设备中以提高其使用寿命。结果表明:在工业闭式齿轮油中添加纳米铜,与未添加纳米铜的工业闭式齿轮油相比,其运动黏度、黏度指数与倾点分别增加了11.7%、11.5%与55.6%,即在工业闭式齿轮油中添加纳米铜未对工业闭式齿轮油的运动黏度、黏度指数、机械杂质、铜片腐蚀、液相锈蚀、水分、起泡性和倾点等理化性能产生负面影响,铜片腐蚀、液相锈蚀、水分与起泡性均符合国家相关标准。通过四球试验,综合磨损指数与磨斑直径相比于未添加纳米铜的工业闭式齿轮油分别改善了13.4%与79.3%,即纳米铜的添加可增强润滑油的极压与抗磨性能并保护煤矿机械设备。将纳米铜润滑油经过6个月的现场应用,吨煤用电量降低4.9%,经济效益明显。现场应用后的纳米铜润滑油主要理化性能均未超过换油指标,由此表明添加纳米铜后的工业闭式齿轮油性能稳定,即纳米铜的存在可在一定程度上提升工业闭式齿轮油的理化性能,煤矿机械设备的使用寿命得到进一步延长。