混杂颗粒增强Ni基复合材料的冲蚀磨损性能研究

煤炭开采、石油化工等极端工况条件下的机械装备对部分关键零部件材料的磨损性能提出了更高要求。本研究设计制备了大尺寸氧化锆颗粒(ZTAp)承载与小尺寸碳化钨颗粒(WCp)强化基体相结合的混杂颗粒增强金属基复合材料,研究了介质、冲蚀角度、ZTAp尺寸、WCp含量对复合材料冲蚀磨损性能的影响及其机理。结果表明,适量ZTAp、WCp的添加能够显著提高复合材料的抗冲蚀磨损性能。固定体积分数的ZTA颗粒,尺寸越大,复合材料冲蚀磨损性能越好,其主要失效形式为脆性剥落和疲劳断裂。WC颗粒通过第二相增强、固溶强化以及析出强化的方式,提高了基体的硬度和耐磨性,抑制了酸性介质中腐蚀与磨损的交互作用,冲蚀过程中主要失效形式为脆性断裂剥落。

井下含水率传感器表面处理技术

基于电导式含水率传感器结构、原理和工作环境分析,揭示传感器金属电极在井下长期服役时因井液冲蚀、电化学腐蚀和油液污染等因素综合作用而发生早期失效的过程,提出利用掺硼金刚石(Boron-doped diamond,BDD)薄膜进行电极表面改性处理的方法,提高薄膜改性电极的服役性能。采用热丝化学气相沉积法沉积BDD薄膜,依次调整掺硼浓度、优化沉积时间并进行氟化处理,综合优化BDD薄膜的耐磨损性、耐电化学腐蚀性和疏油性。研究表明:掺硼浓度为6×10^(-3)时薄膜的高耐磨性和耐电化学腐蚀性赋予改性电极良好的耐冲蚀和抗腐蚀能力,摩擦系数和磨损率较因瓦合金分别降低92%和78%,低频阻抗模值大于1×10^(4)Ω·cm^(2);沉积时间8 h制备的BDD薄膜沉积晶粒尺寸较小且分布均匀,表现出良好的微纳结构,最利于提高改性电极的疏油性能,在模拟井液中的接触角达102°。BDD薄膜改性电极在模拟工况下的应用实践表明,改性电极表现出优异的耐冲蚀磨损、耐电化学腐蚀性以及抗油污黏附能力,可实现电导式含水率传感器在井下苛刻工况下的长期稳定工作。

紫铜表面激光熔覆镍基合金的组织与性能

利用激光熔覆技术在紫铜表面制备镍基合金涂层。采用SEM、XRD、EDS、显微维氏硬度计进行组织结构和硬度分析,并测试了紫铜基体、镍基熔覆层的耐冲蚀磨损性能。结果表明:激光熔覆层与铜基体形成冶金结合,组织致密、晶粒细小、无裂纹、孔隙、夹杂等缺陷,熔覆层内具有等轴晶、树枝晶及平面晶等不同结构,并有Cr、Ni、B等强化相颗粒。当冲蚀角为60°时紫铜基体和熔覆层的质量损失率都比较大,随着冲蚀时间的增加,熔覆层质量损失率比紫铜的质量损失率要低得多,激光熔覆层的耐磨性比基体组织的耐磨性提高了近3倍,激光熔覆层的耐冲蚀磨损性能得到明显提高。