镍基Al_(x)CoCrFeNi高熵合金涂层升温摩擦性能的原子尺度分析

高熵合金(HEAs)具有较高的硬度、耐磨性和抗氧化性,是1种有前景的高温涂层材料.采用分子动力学仿真,分析了在300~1500 K温度条件下,Ni基板上Al_(x)CoCrFeNi(x=0,3,6,10)高熵合金涂层在划伤过程中的力学特性和摩擦磨损行为.结果表明:Al_(x)CoCrFeNi HEA涂层法向和切向摩擦力随着Al含量增加和温度的升高而逐渐减小,摩擦系数波动幅度较小,随着Al含量增加而先减小后增大,在1500 K时,Al_(10)CoCrFeNi涂层的摩擦系数最大,为0.529.损伤原子位移及剪切应变与Al含量和温度呈正相关,Al含量的增加或温度的升高降低了摩擦表面的剪切强度,使损伤原子数目增加,材料形变均匀性降低.相结构、位错缺陷等特性与Al含量及温度密切相关,随着Al含量增加和温度上升,FCC相原子含量减少,材料塑性降低,涂层中BCC相和其他相结构原子的比例增多.在高温下缺陷产生的深度更深,但位错密度降低,这表明在高温下位错的迁移难度降低,位错对材料的强化程度降低,材料亚表层的破坏程度逐渐严重.Al_(x)CoCrFeNi涂层与Ni基板界面的结合强度随着Al含量的增加而降低,随着温度的上升而逐渐增大,HEA涂层与Ni基底界面处的应力是影响界面结合强度的因素之一,x=0时涂层界面应力明显高于其他3种情况.

铝-钢异种材料回填式搅拌摩擦点焊接头界面连接机制与力学性能研究

以5754铝合金与DC04钢为研究对象,进行了铝板在上的回填式搅拌摩擦点焊试验,研究了搅拌套下扎深度对铝-钢界面微观组织特征与接头力学性能的影响。结果表明,当搅拌套未扎入下层钢板时,冶金结合为铝-钢界面的主要连接机制。当搅拌套扎入下层钢板时,铝-钢界面同时发生机械咬合与冶金结合,其中,机械咬合主要发生在搅拌套作用区。通过工艺优化得出最优工艺参数为:转速2000 r/min、焊速0.5 mm/s,搅拌套下扎深度1.45 mm,此时接头最大拉剪失效载荷达5105 N。

基于内聚力模型的无针搅拌摩擦点焊-胶接混合连接接头拉剪性能研究

针对铝合金薄板的连接,提出了一种无针搅拌摩擦点焊-胶接混合连接工艺。基于内聚力模型,利用有限元软件ABAQUS模拟无针搅拌摩擦点焊-胶接混合接头的拉剪失效过程,研究了不同焊点排布方式及胶粘剂种类对混合接头力学性能的影响。结果表明,焊点排布方式对混合接头的拉剪载荷没有明显影响,但会影响混合接头内的裂纹扩展行为;使用柔性胶2015混合接头的拉剪峰值载荷和破坏位移均大于脆性胶AV138混合接头。该混合连接工艺为铝合金薄板提供了一种高强度、低变形的连接方案,在汽车轻量化领域具有应用前景。

化学气相沉积陶瓷薄膜高温摩擦磨损性能研究

目的对比研究不同陶瓷薄膜的耐高温磨损性能。方法采用化学气相沉积工艺制备了TiN/TiCN、TiN/Al_(2)O_(3)、TiN/TiCN/Al_(2)O_(3)3种陶瓷薄膜。通过划痕测试、显微硬度测试、高温摩擦磨损试验等测试方法,分别表征并评价3种陶瓷薄膜的附着力、硬度、耐600℃高温磨损性能,并通过扫描电子显微镜和光学显微镜对磨痕形貌进行分析。结果化学气相沉积制备的3种陶瓷薄膜结构致密,无孔隙、裂纹等缺陷,且与基材结合界面良好,其中,TiN/TiCN/Al_(2)O_(3)多层薄膜与基体结合力最佳,为68.53 N,但其表层Al_(2)O_(3)薄膜与中间层TiCN薄膜结合强度较弱。600℃高温摩擦磨损结果表明,TiN/Al_(2)O_(3)薄膜具有最高的高温摩擦因数,平均为0.51,但其耐高温磨损性能最佳,体积磨损率为0.58×10^(‒5)mm^(3)/(N·m);而TiN/TiCN薄膜具有最低的高温摩擦因数,平均为0.37,但其耐高温磨损性能最差,体积磨损率为4.23×10^(‒5) mm^(3)/(N·m)。结论3种陶瓷薄膜高温摩擦磨损的主要损伤形式各异,TiN/TiCN薄膜的主要磨损机制为黏着磨损、氧化磨损和疲劳磨损,TiN/Al_(2)O_(3)薄膜的主要磨损机制为磨粒磨损,TiN/TiCN/Al_(2)O_(3)多层薄膜的主要磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。TiN/Al_(2)O_(3)薄膜的耐高温磨损性能最佳是由于其硬度较高,且化学性质稳定,主要磨损形式为磨粒磨损,较难被磨损去除。而TiN/TiCN薄膜耐高温磨损性能最差是由于TiCN薄膜硬度较低,在高温摩擦作用下,会发生氧化磨损、黏着磨损、疲劳磨损等多种损伤形式。

不同胶粘面积钢板加气混凝土砌块粘结性能试验

针对新型地下粮仓采用钢板作为防水层、环氧结构胶粘结钢板与加气混凝土砌块作为防潮层的构造做法,分析在粮食水平侧压力及竖向摩擦力作用下该构造层的安全性与可靠性,设计3种胶粘面积分别为A、0.8A、0.5A的试件(A为单块加气混凝土砌块与钢板的接触面积),分别对其进行竖向单向加载与水平-竖向双向加载,分析3种胶粘面积及2种受力状态对钢板加气混凝土砌块构造层的荷载-位移、承载能力、粘结强度及破坏形态的影响。研究结果表明:水平荷载即仓内储粮产生的水平侧压力对界面粘结性能是有利的;试件在水平-竖向双向加载时更有利于界面的稳定;竖向单向加载作用下胶粘面积为0.5A时的理论最大储粮高度最小,且大于实际储粮高度,说明在地下粮仓设计中,当环氧结构胶粘结面积超过加气混凝土砌块与钢板接触面积的50%时,能够满足储粮荷载作用下的承载能力及粘结强度要求。研究成果可为新型地下粮仓防水防潮构造层的安全性与可靠性提供参考依据。

PEEK复合材料及其在风电滑动轴承中的应用

围绕聚醚醚酮(PEEK)复合材料在滑动轴承中的应用,阐述了PEEK材料的耐磨性、耐高温性、材料相容性等综合性能,总结了表面改性、纤维增强、颗粒填充及聚合物共混等改性方法;分析滑动轴承出现胶合、划伤等故障的原因,提出PEEK复合材料摩擦磨损性能研究的必要性;对比PEEK复合材料各成型方法的成型效率、制品强度,分析了注塑成型、热压成型、模压成型、缠绕成型等成型方法的优缺点;基于自润滑聚合物复合材料与金属基底结合机理,对比了采用机械互锁法、化学键法、添加增强体及激光处理获得结合界面的剪切强度;结合PEEK复合材料在压缩机、水泵、磁力泵、高温机械等设备中的应用,探讨了PEEK复合滑动轴承在风电领域应用的可行性,指出后续应以服役性能为目标,结合智能维护、寿命预测等技术,开展PEEK复合滑动轴承的设计与研发。

二硫化钼润滑涂层的制备及性能研究

文章以磷酸和五氧化二磷为主要原料,氧化镁和氢氧化铝为固化剂、三氧化铬为钝化剂,二硫化钼粉体为填料,按照一定配比进行液相反应制成磷酸盐基二硫化钼涂料,并对二硫化钼润滑涂层进行性能检测,结果表明:以磷酸盐体系为粘结剂的二硫化钼润滑涂层具有很高的结合强度,和优异的耐摩擦性,涂层在200℃和300℃的摩擦系数均低于常温状态下的摩擦系数,在200℃时降低至0.1左右,是优良的固体润滑涂层,二硫化钼润滑涂层的使用温度应低于400℃。

不同因素对缓粘结钢绞线摩擦系数的影响

控制缓粘结预应力钢绞线的摩擦损失,对建立有效预应力,保证结构安全有着非常重要的影响,通过开展缓粘结预应力混凝土梁的摩擦损失试验,从定性或定量的角度分析了钢绞线直径、缓凝粘合剂、钢绞线弯曲角度以及施工过程中常采用的张拉措施对摩擦损失的影响。结果显示,钢绞线直径、弯曲角度和张拉措施对摩擦损失的影响较为明显,而张拉适用期内的锥入度则几乎没有影响。可根据此结论,布置合适规格、合理弯曲角度的钢绞线以及采取合适的张拉措施来降低摩擦损失,以建立满足要求的有效预应力,保证结构安全。

无针搅拌摩擦钎焊修复铝合金接头沟槽状缺陷研究

提出利用无针搅拌摩擦钎焊(friction stir brazing,FSB)修复FSW接头的沟槽状缺陷的新思路。试验用Zn箔钎料包裹6061铝块填充6061铝合金板材上的截面为“U”形的月牙形人造缺陷,进行FSB修复。结果表明:缺陷修复后,原始U形待填充区界面整体向前进侧发生倾斜。填充的6061铝块和基体6061铝块已经焊合,沿厚度方向自上向下依次出现表层缺陷完全消失区、合金化区。缺陷完全消失区金属在轴肩强烈热-力联合作用下混合,呈现层状组织特征;U形界面中部为合金化区,母材与填充块均与Zn发生了共晶反应,实现了界面的去膜与间隙的填充。U形界面底部也实现了合金化,但出现离散分布的氧化膜碎屑。相同转速下,FSB缺陷修复接头的抗拉强度可以达到无缺陷表面搅拌摩擦加工处理试样的90.7%。

真空压力浸渗法制备B_(4)C/ZL301复合材料的组织与性能

采用真空压力浸渗法制备了B_(4)C体积分数约为60%的B_(4)C/ZL301复合材料,对基体材料和B_(4)C/ZL301复合材料微观组织、显微硬度、摩擦磨损及压缩性能进行测试分析。结果表明,采用真空压力浸渗法制备的B_(4)C/ZL301复合材料组织致密,增强相颗粒分布均匀,界面结合良好。复合材料的性能明显提高:平均显微硬度为252.00 HV,比铝合金基体(72.08 HV)提高了249.6%;平均摩擦因数为0.214,较铝合金基体(0.385)明显减小;复合材料的压缩强度相对于基体材料提升了9.1%。

钢与混凝土界面的基本物理参数测试

为定量了解组合梁中钢与混凝土界面上粘接力及摩擦系数等基本物理参数的大小,通过一系列试验测试了工程上常用的钢与混凝土界面涂装形式的黏结强度和摩擦系数.设计制作了16组试件测试钢与混凝土之间的抗剪黏结强度,考虑了试件界面尺寸效应、不同界面涂装形式及不同的法向压力的影响;设计制作了6组试件测试不同界面涂装形式下的钢与混凝土界面抗拉黏结强度;设计制作了6组试件测试了不同界面涂装形式下钢与混凝土界面的静、动摩擦系数.研究表明：界面尺寸效应对钢与混凝土界面的强度影响不大;界面涂装形式对界面的黏结强度影响较大,抗剪强度在0.04~0.28 MPa之间,抗拉强度在0.38~0.82 MPa之间,静摩擦系数在0.73~1.06之间,动摩擦系数在0.5~0.74之间;法向压力对界面的剪切黏结强度影响较大,且满足库仑摩擦模型.

缓粘结预应力钢绞线摩擦系数试验研究

通过对直线布筋的12根缓粘结钢绞线和不同转角的15根缓粘结钢绞线的张拉试验研究,测得每根钢绞线的摩擦损失大小,根据钢绞线长度和转角大小,计算出在给定缓粘结剂配方下,缓粘结预应力钢绞线摩阻系数κ、μ的大小和离散程度,为缓粘结预应力混凝土结构设计与施工提供了参考。

PVD法制备TiN涂层界面特征与摩擦磨损性能

采用物理气相沉积法在Cr12MoV钢基体上制备了TiN涂层，利用扫描电镜、能量色散谱、X射线衍射和轮廓仪对涂层形貌特征、化学元素、物相组成和表面粗糙度进行了表征，用划痕法测试其结合强度，并分析划痕法涂层失效过程。通过往复磨损试验考察了其摩擦磨损性能，对涂层磨损机理进行了讨论。结果表明，TiN涂层主要组成相为TiN，试样表面粗糙度Ra值为328．91μm，涂层表面显微硬度达到2100～2200HV；涂层厚度约为5μm，与基材之间存在一定的混合界面，其界面结合强度为28．85N；在干滑动磨损实验条件下摩擦系数为0．45～0．52，涂层具有优异的耐磨性，其磨损机制主要为磨粒磨损。

石油钻杆的瞬时液相扩散焊技术研究

针对石油钻杆摩擦焊中存在的缺陷,研究了钻杆瞬时液相扩散焊技术。利用自主研制的钻杆TLP连接设备和铁镍基中间层进行了钻杆35CrMo的焊接,并对接头进行拉伸、弯曲试验和组织分析。结果表明,采用TLP连接技术进行钻杆焊接,接头成形好,接头组织与母材相似并连续生长,接头强度、塑性均达到母材水平。焊后原位热处理,一次成形,效率高。因此,TLP连接技术在石油工业中有着广泛的应用前景。

不同烧结工艺制备的Fe基孕镶金刚石磨头结构和摩擦磨损性能

采用真空热压烧结法,以Fe基元素混合粉末和MBD8人造金刚石为原材料,通过改变工艺参数,制备锯切花岗岩用Fe基孕镶金刚石锯片磨头。采用SEM、XRD、布氏硬度仪、万能力学试验机和MRH-3销盘式摩擦试验机研究不同烧结工艺制备的磨头结构、力学性能和摩擦磨损行为。结果表明:提高烧结温度或烧结压力可使磨头胎体合金化程度增大,金刚石和胎体由机械包镶变为冶金结合,力学性能得到提高。与680℃/15 MPa/4 min和760℃/23 MPa/4 min烧结工艺相比,760℃/15 MPa/4 min工艺所得磨头胎体与金刚石具有最佳的耐磨匹配性和界面结合特性,摩擦磨损性能最好。

型钢再生混凝土界面黏结应力组成及其强度

为研究型钢再生混凝土(SRRC)界面黏结应力组成与各部分黏结应力的大小,首先分析了型钢与再生混凝土的黏结应力组成,再根据17个型钢再生混凝土试件的推出试验,研究型钢再生混凝土界面黏结滑移的全过程;接着,通过理论分析并结合试验数据,求解了型钢再生混凝土界面的化学胶结应力和摩擦应力的大小,并推导了型钢屈服时的临界黏脱长度lcr计算公式;最后,对影响化学胶结应力和摩擦应力大小的因素进行了分析.研究结果表明:增大混凝土强度、配箍率与保护层厚度可提高摩擦应力,增大保护层厚度可提高摩擦应力与化学胶结应力.

等离子喷涂WC-12Co/NiCrAl复合涂层的摩擦磨损特性

以NiCrAl涂层为粘结层,用等离子喷涂工艺在TC4钛合金表面制备了WC-12Co/NiCrAl复合涂层。通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度仪等手段分析了涂层微观形貌、化学成分和显微硬度,并用磨损试验考察了WC-12Co/NiCrAl复合涂层的摩擦磨损特性。结果表明:WC-12Co涂层表面未熔颗粒较多,涂层截面孔隙率为10.2%;WC发生部分分解,出现W2C、Co6W6C等新相;涂层与基体结合界面为机械结合+局部微冶金结合方式;显微硬度为双态Weibull分布,呈现不同位置结构的差异化。WC-12Co涂层表现出良好的减摩及耐磨性能,同载荷下摩擦因数低于基体,磨损失重为基体的1/10,磨粒磨损是其主要磨损机制。

FM-510 型粘结固体润滑涂层的摩擦性能

针对航空发动机减磨延寿要求，研制了ＦＭ－５１０型粘结二硫化钼固体润滑涂层．采用ＭＲＨ－３环块摩擦磨损试验机和Ｆａｌｅｘ试验机考察了其摩擦性能．结果表明，ＦＭ－５１０型粘结二硫化钼固体润滑涂层的摩擦系数低、承载能力高、耐磨寿命长．

PVD法制备TiN/AlTiN涂层的摩擦与磨损性能

采用物理气相沉积法在Cr12MoV钢基体上沉积TiN和AlTiN涂层,用扫描电镜、X射线衍射仪和划痕仪分析了涂层表面与界面形貌、物相和结合强度,并进行了摩擦与磨损试验。结果表明,TiN和AlTiN涂层具有较高硬度,AlTiN涂层表面粗糙度优于TiN涂层,TiN涂层表面轮廓算术平均偏差Ra为328.91 nm,AlTiN表面轮廓算术平均偏差Ra为112.49 nm;TiN涂层结合强度为28.85 N,而AlTiN涂层结合强度为27.35 N;AlTiN摩擦因数在磨合期和波动期略高于TiN涂层,在稳定期摩擦因数基本接近,维持在0.44～0.46;AlTiN涂层韧性比TiN涂层有一定的提高,其磨损性能优于TiN涂层。

固体润滑涂层的评价和使用

本文主要介绍了二硫化钼、石墨、聚四氟乙烯三种固体润滑涂层的特点以及润滑涂层摩擦磨损性能的评价手段和方法 ,以及台架试验和应用实例。提出了选用方法和步骤。