阴极电流密度对6061铝合金在含Na_(2)WO_(4)电解液中微弧氧化膜结构和耐磨性能的影响

目的 研究恒流模式下阴极电流密度对6061铝合金在含Na2WO4的电解液中制备的微弧氧化膜厚度、形貌、相组成及耐磨性能的影响。方法 固定阳极电流密度为5.0 A/dm^(2),阴极电流密度分别为0、1.25、2.5、3.75、5.0 A/dm2,对6061铝合金进行微弧氧化40 min。用涡流测厚仪测量了氧化膜的厚度,用扫描电镜观察了微弧氧化膜的表面形貌和截面形貌,用能谱分析仪分析了氧化膜的表面成分,用X射线衍射分析仪分析了微弧氧化膜的相组成,用往复式摩擦磨损试验机测试了氧化膜的耐磨性能。结果 随着阴极电流密度的增加,氧化膜内的W含量逐渐减少,氧化膜颜色逐渐变浅,氧化膜厚度逐渐增加。微弧氧化膜的主要组成相为α-Al2O3和γ-Al2O3。当阴极电流密度从0 A/dm2增加到3.75 A/dm2时,氧化膜内孔洞的数量和尺寸逐渐减少,孔洞到氧化膜/基体界面的距离逐渐增加,氧化膜的耐磨性能逐渐提升。当阴极电流密度为3.75 A/dm2时,氧化膜的磨损率最低,仅为1.07×10-4mm3/(N·m)。但阴极电流密度增加到5.0 A/dm2时,氧化膜表层出现孔洞和剥落,耐磨性能下降。结论 阴极电流的加入有助于增加6061铝合金微弧氧化膜的厚度,提高氧化膜的致密性和耐磨性能,但过高的阴极电流会导致氧化膜表层出现孔洞,降低耐磨性能。

超声功率对连杆轴瓦Ni-Al_(2)O_(3)镀层耐磨性能的影响

用超声-喷射电沉积方法研究了超声波功率对连杆轴瓦表面Ni-Al_(2)O_(3)镀层耐磨性的影响。用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、高分辨率电子显微镜(TEM)对Ni-Al_(2)O_(3)镀层的表面形貌、物相组成、组织结构进行分析,用摩擦磨损试验机及纳米显微硬度计对镀层的显微硬度及耐磨性能进行研究。结果表明:超声波功率通过空化效应及微射流作用搅拌镀液,可使Al_(2)O_(3)纳米粒子更好的悬浮在镀液中,从而影响镀层耐磨性。当超声波功率为200 W时,Ni-Al_(2)O_(3)镀层中Ni峰低且宽,镀层晶粒细小,结构致密,显微硬度达到639.2HV,摩擦因数和磨损质量损失分别为0.53和0.27 mg。涂覆Ni-Al_(2)O_(3)镀层的连杆轴瓦磨损量仅为0.31 mg,耐磨性高于未涂覆Ni-Al_(2)O_(3)镀层的连杆轴瓦。

仿生犁铧耐磨性能仿真分析与试验研究

目的解决传统犁铧耐磨性差、使用寿命短等问题。方法以栉孔扇贝壳为仿生原型,对其表面几何特征进行提取,将棱纹几何结构特征应用于犁铧的设计。设计6种不同仿生棱纹方向及3种不同仿生棱纹间距的犁铧试样,建立离散元模型,分析土壤颗粒运动速度场以及犁铧耕作阻力图。结果表面仿生结构设计改变了土壤颗粒的流动方向,减小了土壤堆积量,降低了所需牵引力,从而提高了耐磨性能。不同仿生棱纹方向犁铧试样中,F-1竖棱纹结构试样的平均耕作阻力最小,平均耕作阻力值为1681.73 N;不同仿生棱纹间距犁铧试样中,棱纹间距为5 mm的F-1-1仿生表面接触的土壤颗粒的运动速度分布和趋势最佳。通过田间试验得出,同种仿生棱纹方向结构设计下,棱纹间距为5 mm的F-1-1试样的耐磨性能最佳,相比传统犁铧试样磨损量减少17.25%。结论合理改变表面仿生棱纹方向与间距设计可显著提高犁铧耐磨性,为仿生技术在农业机械方向上的应用提供参考。

改性铸造废砂对混凝土力学及耐磨性能的影响

用水玻璃对铸造废砂进行了改性处理,研究了改性铸造废砂的掺量(0、10%、30%、50%、70%)对混凝土力学性能和耐磨性能的影响。结果表明:随着改性铸造废砂掺量的增加,试件的28 d抗压强度先增大后减小,最佳掺量为10%;随着改性铸造废砂掺量的增加,试件的28 d弹性模量和磨耗量降低,说明弹性变形能力变大,耐磨性能提高。

氮氢比对H13钢离子渗氮组织和耐磨性能的影响

针对H13钢离子渗氮精密热锻模具出现早期疲劳裂纹或龟裂问题,开展温度520℃、气压250 Pa、不同氮氢比条件下的离子渗氮试验,以考察渗氮气氛中氮氢比对渗层组织及耐磨性能的影响规律。利用X射线衍射仪、共聚焦显微镜、扫描电镜、显微硬度计和摩擦磨损试验机分析不同氮氢比渗氮后渗层的相结构、显微组织、显微硬度及耐磨性能。结果表明:渗氮时间3 h、氮氢比为1∶3、1∶4、1∶5时,渗层物相主要由ε-Fe_(2-3)N、γ′-Fe_(4)N、α_(N)-Fe(N)相组成,氮氢比为1∶8时渗层物相主要为γ′和αN相;渗层深度及硬度随渗氮气氛中氮浓度降低而减小,氮氢比为1∶8时,延长渗氮时间可增加渗层厚度,在60μm渗层深度内硬度可达800~900 HV_(0.1)。氮氢比为1∶3、1∶4的渗层的磨损机理以疲劳磨损为主;氮氢比为1∶5、1∶8的渗层的磨损机理以磨粒磨损为主。采用氮氢比为1∶8对H13钢进行离子渗氮,渗层中无化合物层和脉状组织,渗层可获得适中的硬度和较佳的韧性,具有较好的耐磨性能。

增材制造单晶镍基高温合金微观组织、热稳定性及耐磨性能

利用定向能量沉积的增材制造方法制备了单晶镍基高温合金SRR99,通过微观组织表征、硬度测量与纳米划痕实验,系统地研究激光增材制造单晶镍基高温合金在服役温度下的组织稳定性。结果表明:经过服役温度(650℃)退火100 h后,增材制造样品γ'强化相的形貌及尺寸(70 nm)依旧保持。相比于传统铸造样品,服役温度退火前后增材制造样品的硬度(6.6 GPa)均提高了20%以上。此外,退火前后增材制造样品的摩擦因数均具有数值低(0.19)、离散性小的特点。本研究证明定向能量沉积增材制造的单晶镍基高温合金样品拥有优异的组织热稳定性和耐磨性能,为激光增材制造技术应用于单晶镍基高温合金涡轮叶片的榫头修复与提性延寿提供了实验支撑。

第二相增强铁基非晶复合涂层耐磨性能研究

目的改善涂层的耐磨性能。方法挑选球状碳化钨粉末、块状金属钨粉、类球形氧化铝粉末、片状氧化铝粉末、氮化硅晶须、片状硫化钼粉末以及块状氮化钛粉末作为增强相,制备出铁基非晶复合涂层,分析涂层的组织与显微结构,表征非晶相与第二相之间的界面结合,并对不同涂层的耐磨性能进行测试,讨论第二相性质对复合涂层性能产生的影响。结果涂层的摩擦因数主要与表面氧化程度有关,低负载下W、WC以及球状Al_(2)O_(3)颗粒相能够减少涂层表面非晶的晶化,摩擦因数均低于0.3;高负载下非晶涂层的摩擦因数主要受涂层表面硬质相上粉率的影响,提高硬质相的上粉率能有效改善涂层的耐磨性能,上粉率较高的W、球状Al_(2)O_(3)以及WC 3种涂层最终的摩擦因数分别为0.41、0.44以及0.45,其余硬质相占比较低的涂层均在0.48左右。结论涂层磨损主要分为3个阶段:初期的磨合阶段、中期的稳定磨损阶段,以及涂层由于摩擦过程的热量积累出现氧化,当氧化积累到一定程度后就进入后期的剧烈磨损阶段,涂层表面的氧化脱落与新相生成的速度达到平衡,摩擦因数逐渐稳定不再变化。

CuTi对Ti-6Al-4V钛合金表面金刚石/AlSi复合钎涂层组织与耐磨性能的影响

钎涂为提高部件表面耐磨性能提供新的技术方案。AlSi钎料可用于钛合金钎焊,但采用AlSi钎料在Ti-6Al-4V钛合金表面钎焊金刚石颗粒难以实现牢固连接,本工作通过在AlSi钎料中添加CuTi合金粉,制备了AlSi复合钎料,并通过感应钎焊在Ti-6Al-4V钛合金表面制备了金刚石复合钎涂层。研究结果表明,溶解在AlSi合金中的CuTi颗粒增加了钎料,改变了金刚石颗粒在钎涂层中的分布。钎涂层合金基体主要由α-Al、共晶硅、CuAl 2和Ti(Al_(1-x)Si_(x))3组成;随着CuTi合金含量的增加,复合钎涂层中的Ti(Al_(1-x)Si_(x))_(3)形态由板条状向胞状转变。当CuTi含量为10%(质量分数)时,金刚石复合钎涂层的耐磨性能最佳,这是由于Ti含量的增加提升了钎料与金刚石颗粒的结合强度,同时,原位反应生成的CuAl_(2)、TiAl_(3)硬质颗粒均匀分布于钎涂层中,从而有效提高AlSi合金基体的显微硬度。

厚度对等离子喷涂HA涂层耐磨性能的影响研究

考察了厚度对等离子喷涂HA涂层孔隙率、残余应力、结合强度、耐磨性能等的影响。随着涂层厚度由28μm左右增加至58.5μm左右,残余应力先由压应力转变为拉应力,之后再转变为压应力;涂层结合强度由约33.5 MPa降低至约22.4 MPa。不同厚度的HA涂层的磨损机制均为黏着磨损且涂层的摩擦系数均约为0.65。涂层磨损速率随涂层厚度增加呈现先增加后降低的趋势变化。厚度通过影响涂层残余应力类型及大小的方式影响其结合强度,进而影响涂层耐磨性。

等离子熔覆FeCoCrNiAl_(0.5)Ti_(0.5)高熵合金涂层的组织及耐磨性能

采用机械合金化法制备FeCoCrNiAl_(0.5)Ti_(0.5)高熵合金粉末,再经等离子熔覆制备高熵合金涂层,研究了机械合金化后高熵合金粉末的微观结构,分析了高熵合金涂层的显微组织、硬度和耐磨性能。结果表明:机械合金化后形成了具有体心立方和面心立方结构双相固溶体的FeCoCrNiAl_(0.5)Ti_(0.5)高熵合金粉末,粒径在2~4μm。熔覆制备的高熵合金涂层仍保持双相固溶体结构,无明显孔隙、裂纹等缺陷,由熔覆界面处至涂层表面依次形成了胞状晶→树枝晶→等轴晶的典型熔覆组织;高熵合金涂层的平均显微硬度达616.6 HV,为NM400钢的1.46倍,同等磨损条件下的磨损质量损失为NM400钢的48%,磨损机制以磨粒磨损为主,表现出较优的耐磨性能。

材质对谐波减速器刚轮的耐磨性能影响

采用3种谐波减速器用刚轮材料——2Cr13不锈钢、40Cr中碳合金钢、45钢,通过对其显微组织、硬度、三维及二维形貌的显微磨损、摩擦因数的分析,探究不同材料耐磨性能的差异。结果表明,2Cr13、40Cr的显微组织为回火索氏体,45钢的显微组织为铁素体与珠光体。2Cr13、40Cr硬度相近且远大于45钢。2Cr13磨损形貌为黏着与剥落,磨损机制为黏着磨损;40Cr、45钢磨损形貌为犁沟与剥落、犁沟与黏着,磨损机制为磨粒磨损。3种材料的摩擦因数相差可忽略不计。2Cr13、40Cr、45钢截面的磨损面积分别为5008、1645、6535μm2。硬度相近下,40Cr表现出比2Cr13更优异的耐磨性能。45钢与摩擦副材料的硬度值相差最大,耐磨性能最差。

基于机器学习的透水混凝土耐磨性能预测

本研究旨在利用机器学习模型进行透水混凝土耐磨性能预测。收集了150组透水混凝土耐磨性能试验数据并构建了数据库,采用特征相关性分析确定了6个输入参数,分别为骨料最大粒径、水胶比、砂率、骨胶比、粉煤灰掺量和旋转圈数。利用多种机器学习算法(XGBoost、Gradient Boosting、AdaBoost、Decision Tree和Random Forest)建立了透水混凝土磨损率预测模型,通过决定系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)对模型性能进行表征。研究结果表明,Gradient Boosting模型在训练集和测试集上均具有较高的准确性和较小的预测误差,与现有理论模型的比较分析也证实了Gradient Boosting模型在预测透水混凝土磨损率方面的优势。研究成果可为透水混凝土的设计和应用提供参考,并有望降低相关工程的维护成本。

轴承钢表面电弧离子镀氮化物涂层的抗冲击性能和耐磨性能

采用电弧离子镀工艺在GCr15轴承钢表面分别沉积了TiN和TiAlN 2种氮化物涂层,对比研究了涂层的微观结构、硬度、结合性能、抗冲击性能和耐磨性能。结果表明:制备的TiN涂层和TiAlN涂层表面平整,均以(200)晶面择优生长;TiN涂层和TiAlN涂层的硬度分别为2060.3,3390.8 HV,为基体(689.5 HV)的3.0倍和4.9倍。TiN和TiAlN涂层与轴承钢的结合性能良好,结合等级为HF1~HF2,40次冲击试验后TiN和TiAlN涂层表面均未发生剥落和开裂,抗冲击性能良好。TiN涂层和TiAlN涂层与轴承钢对磨时的平均摩擦因数分别为0.42,0.36,体积磨损量分别为1.26×10^(-3),0.54×10^(-3 )mm^(3),均低于基体,涂层表面均形成了较浅的犁沟,磨损机制为磨粒磨损,其中TiAlN涂层表面犁沟更浅,磨损程度更轻。TiAlN涂层的结合性能和抗冲击性能与TiN涂层相当,硬度和耐磨性能均高于TiN涂层,更适用于改善轴承钢的表面耐磨性能。

捻度对渔用UHMWPE裂膜纤维线股拉伸性能与耐磨性能的影响研究

为促进超高分子量聚乙烯裂膜纤维(简称UHMWPE裂膜纤维)在渔用绳网中的应用,以膜裂法制备渔用UHMWPE裂膜纤维为原料,通过加捻制备渔用UHMWPE裂膜纤维线股,在此基础上,考察了加捻对UHMWPE裂膜线股的线密度、直径、拉伸性能和耐磨性能的影响。结果显示:UHMWPE裂膜纤维线股随捻度的增加表现出直径逐渐减小、实际线密度先增大后减小以及捻回角逐渐增加等特征;对于不同线密度规格的UHMWPE裂膜纤维线股,随着捻度的增加,其断裂强力均呈现降低的趋势,且纤维线密度越低,加捻对线股断裂强度的影响越小;1600 D的UHMWPE裂膜纤维线股的磨损次数随捻度的增加而降低,而3200和4800 D线股的磨损次数随捻度的增加呈现先降低后升高的变化趋势,且4800 D的不同捻度的线股之间的磨损次数无显著性差异(P<0.05),显示出纤维线密度越大,加捻对其耐磨性能的影响越小。1600、3200和4800 D的UHMWPE裂膜纤维线股的结节强力随捻度的增大呈现先升高后降低的变化趋势,当预加捻度为120 T·m^(-1)时,3种线密度线股的结节强力达到最大值,分别为204.15、373.5、562.41 N,较未加捻UHMWPE裂膜纤维分别提高了50.14%、37.13%和30.22%。在本实验捻度设置范围内,1600 D裂膜线股的结节强度随捻度的增加而增大,较未加捻裂膜纤维结节强度提高了32.49%。研究表明,无捻或低捻度、低线密度UHMWPE裂膜纤维线股可用于UHMWPE裂膜纤维无结网的制备;无捻或低捻度的高线密度UHMWPE裂膜纤维线股则具有较好的耐磨性能;中高捻度、低线密度UHMWPE裂膜纤维线股可用于UHMWPE裂膜纤维有结网的制备。研究结果可为渔用UHMWPE裂膜纤维绳网材料的加工、开发与应用提供参考。

激光熔覆MoSi_(2)颗粒增强Co基涂层的耐磨性能研究

奥氏体不锈钢因低硬度和较差耐磨性限制了其应用,故改善不锈钢表面性能对于促进其应用有重要的工程意义。利用激光熔覆技术制备了不同质量分数(0,20%,40%)的MoSi_(2)增强Co基合金的复合涂层。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子探针显微分析仪(EPMA)等方法研究了MoSi_(2)的添加量对复合涂层的显微组织、相组成、硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明:MoSi_(2)的加入使复合涂层显微组织柱状晶向等轴晶和平面树枝晶转变,且具有细化组织的效果;随着MoSi_(2)含量的增加,Co基复合涂层的显微硬度和耐磨性能也随着提高。当MoSi_(2)的含量为40%时,MoSi_(2)/Co基复合涂层的显微硬度高达1455HV_(0.2),磨损率为6.9×10^(-5) mm^(3)/(N·m);在凝固过程中形成的硬质相(Cr_(5)Si_(3)、MoSi_(2)、Mo_(5)Si_(3)和Co_(2)Mo_(3))和(Fe、Cr、Co)Si_(2)新型固溶体显著提高复合涂层的耐磨性能;MoSi_(2)增强Co基合金涂层的磨损机制随着MoSi_(2)含量的增加发生转变,即由磨粒磨损、黏着磨损和塑性变形的协同作用转变为黏着磨损、脆性微断裂和氧化磨损。

天然橡胶/顺丁橡胶并用胶的耐磨性能与磨屑分形维数的关联性

对不同并用比的天然橡胶(NR)/顺丁橡胶(BR)并用胶进行阿克隆磨耗试验,并表征和计算NR/BR并用胶的磨屑分形维数,探究NR/BR并用胶的耐磨性能与磨屑分形维数的关联性。结果表明:随着NR/BR并用比的增大,NR/BR并用胶的阿克隆磨耗量先减小后增大,NR/BR并用比为60/40时并用胶的阿克隆磨耗量最小;NR/BR并用胶的磨屑分形维数先增大后减小,NR/BR并用比为60/40时磨屑分形维数最大,NR/BR并用胶的磨屑分形维数与阿克隆磨耗量的变化趋势相反;NR/BR并用胶的磨屑团聚程度越大,磨屑基团分形维数越大。

不同电流密度下电沉积金刚石增强镍基复合涂层的微观结构与耐磨性能

采用电沉积技术在1,2,5,10 A·dm^(-2)电流密度下制备金刚石增强镍基复合涂层,研究了复合涂层的微观结构和耐磨性能;通过COMSOL软件对阴极表面镍晶粒生长情况进行仿真,分析了不同电流密度下金刚石颗粒对复合涂层微观结构的优化作用。结果表明:在1,2 A·dm^(-2)电流密度下复合涂层的结构致密均匀,金刚石含量较多,随着电流密度的增大,金刚石含量减少,涂层表面出现金字塔结构;复合涂层呈现出明显的[200]丝织构,随着电流密度的减小,织构强度降低,晶粒尺寸减小。小电流密度下更多金刚石颗粒的沉积阻碍了其底部镍晶粒的生长,且金刚石颗粒周边较高的电流密度使得金刚石对镍晶粒的细化作用加强。在干摩擦的条件下,随着电流密度的增大,复合涂层的稳定摩擦因数和磨痕尺寸增大,磨粒磨损程度增大,耐磨性能降低;当电流密度为1 A·dm^(-2)时,复合涂层的稳定摩擦因数最小,磨痕深度和宽度最小,耐磨性能最好。

石墨对TC4表面金刚石复合涂层组织与耐磨性能影响

为改善钛合金材料的表面耐磨性能,选用TC4(Ti-6Al-4V)为基体材料,在Ti ZrCuNi钎料中加入一定比例的金刚石与石墨颗粒制成复合涂层材料,通过氩气保护感应钎焊的方法实现了TC4表面金刚石复合耐磨钎涂层的制备。研究了石墨的添加对复合涂层微观组织与耐磨性能的影响,揭示了活性元素Ti与金刚石和石墨的相互作用机制。研究结果表明加入石墨后,复合涂层主要由金刚石、TiC、Ti_(2)Cu、ZrC、Zr_(2)Cu和NiZr_(2)与残余的石墨组成,由于石墨中存在着大量的螺旋位错,为TiC提供了形核质点,使其沿位错生长,从而使TiC的生长方式演变为包抄生长并最终形成六边形形状。石墨的添加一定程度上弱化了复合涂层的耐磨性能,但可提高金刚石颗粒的出刃率,从而提升磨削效率。

400HBW级商用低合金耐磨钢的耐磨性能研究

通过摩擦磨损实验,对两种400HBW级低合金马氏体耐磨钢27MnTiB和35CrMo进行耐磨性研究。结果表明:与35CrMo钢相比,27MnTiB钢的平均摩擦系数较小。此外,白光干涉仪测量显示27MnTiB钢的磨损轨迹较窄且较浅,27MnTiB钢的磨损体积和磨损率均小于35CrMo钢,展现出更好的耐磨性。扫描电镜观察发现两种样品磨痕形貌中均有犁沟和碎屑,35CrMo钢的磨痕中存在分层,说明发生疲劳磨损。同时讨论磨损机理,并分析影响耐磨性的因素。

FeCoCrNiMo激光熔覆层组织及耐磨性能研究

采用激光熔覆技术在27SiMn钢表面制备FeCoCrNiMo高熵合金涂层。利用XRD衍射仪、金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、维氏显微硬度计及摩擦磨损实验机对FeCoCrNiMo涂层的物相结构、显微组织及摩擦磨损性能进行表征。结果表明,FeCoCrNiMo涂层与基体之间结合程度良好,涂层主要由FCC相以及σ相组成。涂层显微硬度达到630 HV,约为基体的2.5倍。在摩擦磨损实验中,涂层低于基体的摩擦因数,磨损表面仅存在少许磨屑以及细微划痕,耐磨损性能优于基体。