主动磁悬浮轴承系统保护轴承热特性研究及减摩设计

针对主动磁悬浮轴承系统(AMBs)转子跌落过程中转子与保护轴承碰摩产生巨大冲击、振动和大量摩擦热,易使保护轴承失效的问题,对立式转子跌落到保护轴承过程中的热特性进行了研究,分析了转子跌落对保护轴承造成破坏的主要影响因素,进而提出了一种采用磁控溅射技术在保护轴承关键表面沉积固体润滑薄膜(类石墨碳基薄膜,GLC)的减摩方法,并对镀膜、未镀膜的保护轴承进行了转子跌落试验。研究结果表明:跌落转速为20000 r/min时,保护轴承的最高温度为210.60℃,出现在转子与轴承内圈端面高速碰摩阶段,该温度超过了轴承钢160℃的回火温度,导致轴承烧伤而失效。在跌落试验中,镀有GLC薄膜的自润滑保护轴承试验后的沟道和端面外观明显优于未镀膜保护轴承,由碰摩发热导致的内圈端面硬度下降也较轻,质心轨迹和轴向位移更加平稳,温升更低,GLC薄膜起到了关键的自润滑和减摩功能,提高了保护轴承的使用寿命和服役可靠性,为解决主动磁悬浮轴承系统中保护轴承易失效而发生重大事故的问题提供了一种思路和方法。

水平内螺纹管中超临界RP-3航空煤油换热数值研究

针对航空换热器的应用,对水平内螺纹管中RP-3航空煤油的超临界换热进行了数值研究,着重考察煤油压力和螺纹升角对换热的影响。基于管截面温度、密度、局部质量流速、流线分布状况,揭示周向非均匀传热恶化的机理。通过类气膜温度梯度和旋流动能的演变以定量表征类气膜程度和旋流强度。提出了适用于周向四个位置努塞尔数预测的换热关联式。结果表明:流动性差的类气膜在冷流体和热壁面之间形成阻隔,导致传热恶化问题。浮升力作用致使流场和温度场出现畸变,类气膜厚度周向不均,产生局部超厚类气膜,对应的传热恶化加剧。厚类气膜区和二次流涡在浮升力和螺纹旋流耦合机制下沿流动方向不断逆时针改变位置。提高煤油压力有利于削弱和延后类气膜效应,且使旋流强度下降。随着螺纹升角增大,类气膜效应略有削弱和后延,旋流强度显著提高。换热关联式预测偏差普遍位于±10%的误差范围。

磁场辅助激光生长类金刚石膜的微结构及光学性能

在脉冲激光沉积技术中引入非均匀磁场,探索磁场约束激光等离子体条件下生长类金刚石膜的特性,为进一步提高类金刚石膜中sp~3键含量、增强微结构调控提供理论和实验基础.计算了磁场的磁感应强度及其磁力线分布,仿真了碳离子在磁场约束下的飞行轨迹,显示出磁场限制了碳离子的自由膨胀,使其螺旋前进并向永磁体中心区域聚集.膜层表面干涉和椭偏测量的拟合参数显示,磁场的磁感应强度越高,激光生长类金刚石膜的厚度及光学性能越不均匀.拉曼光谱及其拟合结果显示,磁场有利于提高碳网络结构的局部压力、提高膜层中的sp~3键含量.

高速钢表面类金刚石薄膜的掺氮改性研究

高速钢表面类金刚石(diamond-like carbon,DLC)薄膜的沉积效率和膜-基结合力影响其在切削刀具领域的应用。基于空心阴极原理,利用等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition,PECVD)的方法,在体积比为1∶3的CH_(4)和C_(2)H_(2)的混合气体中加入N_(2)在高速钢表面制备类金刚石薄膜,研究了N_(2)体积分数对DLC薄膜结合力和耐磨性的影响。结果表明:掺氮可提高DLC薄膜的沉积效率,改善膜结构。随着N_(2)体积分数的增加,DLC薄膜中sp^(3)键含量和摩擦因数均先增大后减小。掺10%体积分数N_(2)的DLC薄膜厚度达1543 nm,膜-基结合力等级从HF4提高到HF2,摩擦因数降至0.139,耐磨性提高。

掺硅类金刚石薄膜的HiPIMS-MFMS共沉积制备及其高温摩擦学行为研究

元素掺杂是提高类金刚石(DLC)薄膜高温耐摩擦性能的重要途径.本文中采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)和中频磁控溅射(MFMS)复合技术在304不锈钢表面沉积具有不同Si含量的掺硅类金刚石(Si-DLC)薄膜,利用原子力显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、纳米压痕和UMT-TriboLab摩擦试验机等系统分析了Si含量对Si-DLC薄膜的结构、力学性能及不同温度下的摩擦学性能的影响,重点探讨了Si-DLC薄膜在高温下摩擦磨损机制.结果表明:Si-DLC薄膜中Si以四面体碳化硅的形式随机分布于无定型DLC基体中,增强薄膜的韧性.同时,Si掺杂使DLC薄膜向金刚石结构发生转变并显著提高了薄膜的硬度.摩擦结果表明,当Si原子分数为15.38%时,Si-DLC薄膜在常温下的摩擦系数和磨损率最低,同时该薄膜在300℃下能维持在较低的摩擦系数(约0.1),主要是由于Si-DLC薄膜中的四面体碳化硅结构能够提升sp^(3)键的稳定性.此外,Si-DLC薄膜中的Si在高温摩擦时会在对偶球表面形成1层SiO_(2)保护层,减缓Si-DLC薄膜和过渡层的氧化,使得薄膜能够在高温下持续润滑.当Si含量进一步增加时,Si-DLC薄膜的力学性能显著提升,然而其摩擦学性能发生明显降低,主要是当DLC薄膜中的硅含量过高时,大气环境下的高温摩擦使得薄膜内的氧化加剧,过量氧化硅的生成破坏了薄膜结构从而导致摩擦性能下降.

氮硅共掺对类金刚石薄膜组织及性能影响

为了研究不同掺杂元素对类金刚石(DLC)薄膜改性的协同影响,利用等离子体增强化学气相沉积技术在2024铝合金表面制备N、Si共掺的DLC薄膜,研究N_(2)与TMS流量比对N/Si-DLC薄膜结构和性能的影响规律及相应机制。结果表明,随着N_(2)与TMS流量比值在一定范围内增大,N/Si-DLC薄膜与基体结合强度、硬度及弹性模量逐渐升高,但当N_(2)与TMS流量比继续增加后薄膜的力学性能反而出现下降趋势。N_(2)与TMS流量比为30∶30时,薄膜具有最高的硬度和弹性模量,分别为11.58 GPa和108.4 GPa。同时,N/Si-DLC薄膜耐蚀性能随N_(2)与TMS流量比值增大先升高后降低。N_(2)与TMS流量比为30∶30时,薄膜较致密,缺陷较少,耐腐蚀性能较好。

类金刚石结构的分子动力学与人工神经网络耦合研究

掺氮类金刚石薄膜(N-DLC)可以改善零件表面的摩擦学性能,近些年来对N-DLC薄膜摩擦学特性研究的热度居高不下。由于计算资源与计算机运行时间有限,难以获得大量数据对N-DLC薄膜摩擦实验中界面结构演化规律进行微观模拟。为了探究分子动力学和人工神经网络交叉使用的可行性,全面了解N-DLC的摩擦学性质及规律,将BP神经网络、KELM神经网络引用到N-DLC的研究中。通过LAMMPS软件对N-DLC进行建模,将分子动力学模拟的数据作为人工神经网络的数据来源,对两种神经网络进行训练。利用验证样本对训练好的两种模型进行验证,将两种神经网络的预测结果进行对比,选出性能最佳的网络模型。结果表明,采用神经网络可以预测N-DLC内部杂化键的变化趋势,且效率更高,所需计算资源更少,在一定程度上可以代替分子动力学模拟结果,为人们提供进一步的分析判断。研究为促进分子动力学与人工神经网络两种方法的共同发展提供了有益探索。

乙炔前驱体对含银的类金刚石碳薄膜结构和抗菌性能的影响

本研究在磁控溅射镀膜气氛中添加乙炔,制备了含银的氢化类金刚石碳(DLC-Ag)薄膜,以抑制薄膜表面银析出。通过扫描电镜、电子能谱、色差和显微硬度测量、琼脂平板计数抗菌实验,考察其对膜层抗菌性能的影响。结果表明,乙炔流量升高时,薄膜表面的银析出减少,黑度增加,硬度降低;银含量最低的试样(0.8 at%)也对大肠杆菌表现出良好的抗菌性能。

类金刚石膜层制备及摩擦磨损性能

为解决某型扭力臂轴及配合衬套的磨损问题,使用磁控溅射和等离子增强化学气相沉积技术,在30CrMnSi-Ni2A表面制备了渐变过渡结构的类金刚石膜层(DLC)。使用球磨法、纳米压痕法、划痕法测量DLC膜层性能,膜厚为4.3μm,硬度≥1900 HV,膜基结合力≥30 N。经过滑动磨损测试,膜层摩擦系数≤0.2,摩擦磨损率≤2×10^(-6) mm^(3)·r^(-1)。经过20000转次耐磨测试,与硬铬镀层的扭力臂轴对比,DLC膜层配合衬套的磨损量远低于硬铬镀层配合衬套,可满足扭力臂轴耐磨润滑需求。

离子氮化对高速钢表面类金刚石膜性能的影响

根据空心阴极原理,研究了离子氮化对高速钢表面渗氮层的厚度、硬度等影响.在此基础上,研究了气体体积配比对渗氮后高速钢表面沉积的类金刚石膜的结合力、sp3键含量和耐磨性能的影响.研究结果表明:离子氮化后,高速钢表面镀膜结合力明显提高,由10.35 N提高至18.56 N;降低气体体积配比中CH_(4)的含量有利于提高膜层中sp3键的含量,高速钢耐磨性能明显提升,摩擦系数由0.175降至0.1.离子氮化可有效提高高速钢表面沉积的类金刚石膜性能.

磨料条件下DLC复合微织构表面的磨损机理

钛及其合金具有优良的性能被广泛应用于武器装备领域,但在磨料条件下易黏着、不耐磨的特性限制了其使用。为了提高钛在磨料作用下的减摩抗磨性能,以TA2钛为研究对象,使用激光加工技术在TA2样品表面上制备点阵微织构,然后采用磁控溅射技术在点阵微织构表面制备类金刚石碳(Diamond-like Carbon,DLC)薄膜,形成DLC复合微织构;采用MS-T3000摩擦磨损试验机研究了DLC复合微织构表面在磨料作用下的摩擦磨损性能,并通过扫描电子显微镜、能谱分析、拉曼测试、有限元分析等手段研究钛表面DLC复合微织构的摩擦磨损机理。结果显示DLC复合微织构表面可有效提高钛在磨料条件下的减摩抗磨性能,且同等条件下,点阵密度对DLC复合微织构样品表面摩擦因数的影响最大,单位面积点阵边缘密度值与样品表面磨损率有关,且二者基本呈正线性关系。揭示了DLC复合微织构在磨粒磨损条件下的摩擦磨损性能,并从织构边缘的破坏提出磨损机理,研究结果可为钛在磨料磨损条件下的应用提供理论和设计依据。

等离子体增强化学气相沉积法制备类金刚石薄膜研究综述

类金刚石薄膜由于其独特的物理化学特性,使得该薄膜在光学、电学、机械、医学、航空航天等领域得到了广泛应用。等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)制备类金刚石是近几十年兴起的新的制备类金刚石薄膜的方法,因其对沉积温度要求低,对基底友好,同时还具有沉积速率快和无转移生长的优势,获得了越来越多的研究者关注。详细介绍了类金刚石薄膜优异的特性,阐述了在等离子化学气相沉积条件下,不同沉积条件对沉积类金刚石薄膜结构特性的影响。衬底的选择直接影响着沉积类金刚石薄膜的性能,不同的衬底直接决定着生成类金刚石结构中sp^(3)相的数量和质量;沉积参数是最为常见的控制条件,对沉积薄膜的总体效果影响也是最大的,改变沉积参数,沉积薄膜的表面将会变得更加光滑致密;常用的掺杂元素是硅和氮,掺杂元素的引入往往是为了降低沉积薄膜的内应力,提高与衬底间的结合力,延长使用寿命等;由于很难直接在金属上沉积类金刚石薄膜,所以常通过制备复合层来改善沉积效果。最后对类金刚石薄膜的发展以及今后研究方向进行了展望。

15-5PH不锈钢表面类石墨碳基多层膜结构设计及摩擦学行为

针对马氏体沉淀硬化不锈钢15-5PH(0Cr15Ni5Cu4Nb)在海水环境中易腐蚀磨损的问题,采用直流磁控溅射的方法在15-5PH钢样片上制备调制周期分别为940、375和234nm的掺杂Cr的类石墨碳基多层膜(分别标记为Cr/GLC-S1、Cr/GLC-S2和Cr/GLC-S3),采用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)、MFT-5000多功能摩擦磨损试验机等仪器设备系统考察三种类石墨碳基多层薄膜的结构及摩擦学性能。研究结果表明:不同调制周期的类石墨多层膜表面均呈现“菜花状”形貌,随着调制周期的减小,“菜花状”颗粒逐渐减小,膜层变得致密;sp2键含量逐渐增大,石墨化程度加剧,机械性能更加优异。在干摩擦条件下,调制周期适中的Cr/GLC-S2薄膜具有良好的减摩耐磨性能,磨损形式以磨粒磨损为主,而调制周期较大的Cr/GLC-S1和调制周期较小的Cr/GLC-S3薄膜,在高载荷下均发生不同程度的脆性剥落,导致其摩擦学性能劣化。在人工海水环境中,Cr/GLC-S1和Cr/GLC-S2薄膜在中低载荷下的摩擦学性能较好,磨损形式仍以磨粒磨损为主,在高载荷下三种多层膜均发生不同程度的脆性剥落,特别是调制周期较小的Cr/GLC-S3薄膜已失效。针对不同的工况,设计合理的调制周期是提高GLC薄膜摩擦学性能的关键,结果可为类石墨碳基薄膜在海洋防护中的实际应用提供一定参考。

类石墨非晶碳膜与不同硅油构建的固-油协同润滑研究

硅油由于具有良好的化学稳定性、黏温特性和耐高温等性能,在机械设备的润滑方面发挥了重要作用.但是在边界润滑条件下,硅油在常见金属摩擦副界面的摩擦系数较高且造成的磨损较大,润滑效果不理想.利用类石墨非晶碳与硅油构建固-油协同润滑体系,对比研究了氢离子注入改性前后的类石墨非晶碳膜(GLC)与不同基团封端硅油的固-油复合边界润滑条件下的摩擦学性能.结果表明:类石墨碳膜与硅油复合后表现出显著的固-油协同润滑效应,其摩擦系数低至0.02,磨损率低至5.3×10^(−8 )mm^(3)/(N·m).相比于注入改性的GLC膜,未改性GLC膜与含有极性基团封端的硅油复合表现出更低的摩擦系数.这可能主要源于未改性GLC膜的碳原子主要以sp^(2)杂化键存在,其π电子能够与硅油的极性基团产生偶极诱导作用,使油膜在摩擦界面吸附更为稳固.但是,注入改性的GLC膜由于力学性能的改善,其与多数类型的硅油复合后的抗磨损性能总体优于未注入的GLC膜.

厚类金刚石膜研究进展

类金刚石膜是一种由sp3和sp2混合的亚稳态碳膜。因其良好的力学性能、较低的摩擦系数、优异的抗磨损性能,在石油、航空航天、汽车零部件、医学和光学领域被广泛应用。但因类金刚石膜中存在大的内应力,类金刚石膜的厚度受到限制,而在摩擦磨损过程中很易被损坏,极大限制了类金刚石膜在某些领域的应用。概述了类金刚石膜的组织特点、主要制备方法。同时归纳了厚类金刚石膜的研究现状及降低DLC涂层内应力方面的研究进展,并对目前研究成果中存在的问题进行了总结。

类石墨涂层的研究进展

类石墨(GLC)涂层具有优异的摩擦学性能和较低的内应力,其摩擦系数小、磨损率低,可以作为减少运动部件摩擦磨损、延长使用寿命的保护涂层的候选材料之一,在机械工程、医疗和电子等领域具有广泛的应用潜力。类石墨涂层与类金刚石(DLC)涂层同属于非晶碳涂层,差异在于sp^(2)和sp^(3)键的含量,其制备方法、结构和性能都有明显的不同。类石墨涂层以sp^(2)杂化为主,目前研究者们对其结构和性能及其掺杂和应用进行了大量的研究。本文综述了类石墨涂层的研究成果、分析了掺杂对类石墨涂层性能的影响、列举了不同类石墨涂层的应用范围,旨在为开发更合适的类石墨涂层提供参考,最后对类石墨涂层的研究方向及相关技术的研究发展进行了展望。

X80管线钢表面掺氟类金刚石薄膜在完井液中的腐蚀行为研究

采用等离子体增强化学气相沉积技术在X80管线钢表面制备掺氟类金刚石薄膜,使用原子力显微镜对薄膜表面三维形貌进行表征。通过划痕实验和摩擦磨损实验对薄膜的机械性能进行表征,利用电化学阻抗谱与动电位极化曲线对薄膜在完井液环境下的腐蚀行为进行分析。结果表明:随着掺氟量的增加,薄膜表面粗糙度增大,薄膜与基体的结合强度提高,耐磨性能降低。薄膜的耐蚀性能随着掺氟量的增加表现出先增大后减小的变化规律。

橡胶/类金刚石复合材料界面结合及摩擦性能研究进展

综述了橡胶表面沉积DLC薄膜的主要制备技术,包括磁控溅射法和等离子体化学气相沉积法。概括了橡胶/DLC复合材料的表面形貌特性,尤其是温差对表面斑块结构的影响机制。重点介绍了X切割法、划痕法及拉伸法为主的橡胶/DLC复合材料界面结合力的评估方法,分析了基体表面等离子体处理、添加过渡层及异质元素掺杂DLC薄膜对提升橡胶与DLC薄膜结合力的影响。此外,以刚性球为摩擦配副,阐述了橡胶/DLC复合材料的摩擦性能测试方法。基于橡胶的黏弹特性,探讨了橡胶/DLC复合材料的摩擦行为,并归纳了Maxwell模型、Voigt模型、双Voigt模型和SLS模型的特点和局限性。最后,围绕目前橡胶表面DLC薄膜耐磨改性工作中存在的问题和挑战,探讨和展望了未来的研究方向。

当代中国电影作品中的英雄形象演变刍议

20世纪中叶至今,当代中国电影市场里的英雄形象相继出现过几种模式,影片中的英雄形象凝聚着特定历史时段的审美意识形态。早期诞生了作为模范形象的“楷模型英雄”,他们在为社会大众树立道德标杆方面起到了非常重要的价值导向作用。改革开放之后,外来电影的涌入给中国观众带来新的英雄形象,包括给内地观众带来新奇感受的港式“草莽型英雄”,以及带来“大片”观感的美式“孤胆型英雄”和充满温情的韩式“士兵型英雄”,这些外来英雄形象给内地电影制作带来重要启发。近年来,重视个体视角和强调生命体验的“凡人型英雄”开始成为主流英雄形象,他们成为英雄的过程更加贴近大众的日常认知,故而也更能让大众产生内心认同。

V掺杂对类金刚石薄膜性能的影响

通过磁控溅射的方法,使用石墨靶、V靶复合拼接靶,以氩气作为辅助气体,成功制备了不同原子分数的V掺杂类金刚石薄膜。采用拉曼光谱仪、电子探针X射线显微分析仪、X射线光电子能谱仪、原子力显微镜、扫描电子显微镜、纳米压痕仪、薄膜应力仪、往复摩擦磨损试验机等设备研究了V掺杂对类金刚石薄膜微观结构、力学性能、摩擦学性能的影响。结果表明,V掺杂提高了类金刚石薄膜的力学性能,当薄膜中V的原子分数为54.28%时,薄膜的硬度和弹性模量分别为14.1 GPa和147.6 GPa。掺杂V后,薄膜中生成了V_(2)O_(5),降低了薄膜的耐磨性能。这主要是因为V促进了sp^(3)杂化C数量的增加,并且在摩擦过程中,薄膜中的sp^(3)杂化C的数量进一步增加,导致其硬度升高,耐磨性能下降。