内燃机活塞环材料及表面处理技术研究现状与发展趋势

活塞环是内燃机中重要的零部件之一,该部件的摩擦损耗占内燃机总摩擦损失的26%。因此,活塞环材料的选用及其表面处理研究对于优化提升内燃机性能、延长服役寿命具有重要意义。简单介绍并总结了内燃机活塞环常用材料及其发展趋势,详细综述了激光表面织构技术、表面涂层技术以及表面复合技术在内燃机活塞环减摩抗磨方面的研究和应用现状。其中,激光表面织构技术(LST)可起到接纳磨屑、保持油膜等作用,从而降低活塞环表面摩擦和磨损,但由于织构形貌和几何参数特征对摩擦学性能的影响较为复杂,仍需结合实际工况进一步研究并优化。以镀铬、热喷涂、气相沉积及激光熔覆为代表的涂层技术也常用于活塞环的表面强化处理,但涂层材料种类繁多,难以形成统一的行业标准进而规模应用。此外,通过合理复合多种表面处理技术,比如微弧氧化与电泳沉积复合、超声滚压与离子渗氮技术复合、磁控溅射和低温离子渗硫复合等,可实现优势互补、发挥协同作用,有效改善接触表面的摩擦性能,为活塞环的减摩增寿研究开拓了新的思路。最后对未来活塞环材料开发应用及其减摩抗磨方面的研究发展进行了展望。

基于氢谱修饰指数的润滑油添加剂抗磨损性能的预测研究

润滑油添加剂对保障机械运行的稳定性和安全性、延长设备的使用寿命、节约能耗具有重要作用,由于通过实验获得数据费时费力,故用定量结构摩擦性能关系研究方法,来获取抗磨损性能数据成为一种简便而高效的方法.为研究酰肼类及磷酸类润滑油添加剂抗磨损性能与结构的关系,定义并建构了新的氢谱修饰指数^(0)H,并计算36个酰肼类及磷酸类分子的电性距离矢量,筛选了M_(2)、M_(3)、M_(21)和M_(59),将这5个结构描述符作为BP神经网络的输入变量,磨损体积量度V s作为神经网络输出变量,用5-3-1的神经网络结构,构建了神经网络法预测模型,模型相关系数0.944,磨损体积量度V s的预测值与文献实验值的平均相对误差为2.61%,优于文献方法结果.结果表明:酰肼类及磷酸类润滑油添加剂抗磨损性能与氢谱修饰指数有良好的非线性关系,影响抗磨损性能的主要因素是分子中原子特性、基团片段的—CH_(3)、—CH_(2)—、>CH—、—O、—N—和—P—等.该研究对指导合成新型抗磨损性能好的化合物分子有理论意义.

专业篮球鞋鞋底综合性能要求与形态设计研究

随着全民运动的全面开展,高性能、专业化的篮球鞋也随之兴起并得到越来越多的关注。专业篮球鞋功能性的高低直接取决于其防滑、缓震、耐磨等性能。本文详细探讨了专业篮球鞋对鞋底性能的各方面要求与研究现状,提出基于综合性能提升的篮球鞋鞋底形态设计方案,如基于支撑性与耐久性的鞋底形态设计、基于防滑性的鞋底形态设计等,并探究了专业篮球鞋现代化、智能化的设计方法与技术,以促进各项鞋底设计方案的实现,丰富专业篮球鞋产品设计的创新方法。

热拌极薄抗滑磨耗层在高速公路抗滑性能提升中的应用

为研究热拌极薄抗滑磨耗层在高速公路养护中的应用,提升路面抗滑性能,论文结合实际工程,介绍了热拌极薄抗滑磨耗层工程特性,详细阐述了热拌极薄抗滑磨耗层原材料及配合比设计,重点对热拌极薄抗滑磨耗层施工技术要点进行研究。结果表明:公路养护中采取热拌极薄磨耗层技术进行处理,其路面抗滑性能得到有效提高,并节约养护成本。

橡胶减摩抗磨改性研究进展

橡胶因具有优异的理化性质及独特的力学性能而广泛应用于国防、航空航天、医用、交通、建筑及机械电子等领域,起到减震、缓冲和密封等作用.摩擦学性能是橡胶材料的重要指标之一,然而橡胶自身具有较高的摩擦系数,在一些应用领域,如活塞杆、阀轴(杆)密封、轮胎和水润滑轴承等,因黏连、摩擦生热、机械磨损及磨粒磨损等原因导致性能下降甚至失效.本文中首先综述了橡胶摩擦及磨损理论,随后从橡胶基体改性、橡胶表面处理以及表面织构化3个方面介绍了橡胶减摩抗磨改性方法的研究进展,并对其发展前景进行了展望.

基于5-(2-羧基苯基)吡啶-3-甲酸配体的镍(Ⅱ)和锌(Ⅱ)配位聚合物的合成、晶体结构、催化及抗磨性质

采用水热方法,选用5-(2-羧基苯基)吡啶-3-甲酸配体(H_(2)cpna)与1,2-二(4-吡啶基)乙烷(dpea)或1,2-二(4-吡啶基)乙烯(dpey)分别与NiCl_(2)·6H_(2)O和ZnCl_(2)在160℃下反应,合成了2个三维配位聚合物{[Ni(μ3-cpna)(μ-dpea)_(0.5)]·H_(2)O}n (1)和{[Zn(μ_(3)-cpna)(μ-dpey)_(_(0.5))]·H_(2)O}_n (2),并对其结构、催化和摩擦性质进行了研究。研究表明,在室温条件下化合物2在Knoevenagel缩合反应中显示出较好的催化活性。同时,2在聚α-烯烃合成润滑剂中显示出有效的抗磨性能。

螺栓连接和拉铆连接在剪切循环荷载作用下的松动行为研究

拉铆连接凭借其优秀的防松性能,被应用于越来越多的工程领域。为研究国产新型拉铆钉在剪切循环荷载作用下的松动性能,以应用最为广泛的螺栓连接为对照,分别对规格为8 mm的4.8级普通螺栓、4.8级防松螺栓以及小规格拉铆钉进行剪切循环荷载下的松动试验研究,分析了三类连接在剪切循环荷载作用下的松动过程,研究了荷载幅值和频率对螺栓连接和拉铆连接松动行为的影响。结合微观测试手段分析其损伤形貌,进一步研究剪切循环荷载下螺栓和拉铆钉的防松原理及微动损伤机制。研究表明:在同种工况下拉铆连接的防松性能优于螺栓连接的防松性能;当荷载幅值增大或荷载频率减小时,螺栓连接和拉铆连接的松动程度增大;相较于螺栓,拉铆钉独特的圆弧结构牙型和铆接成型后牙型配合面的过盈配合机制,使其防松性能有明显提升;螺栓与拉铆钉的磨损机制主要是磨粒磨损和疲劳磨损。

石墨烯对聚脲脂高温流变和摩擦学性能的影响

目的保证轴承体系的安全性和可靠性,研究轴承润滑脂在不同工作温度下的摩擦学性能和流变学性能。方法用机械剥离法制备的石墨烯作为聚脲脂的润滑添加剂,通过四球摩擦试验机、旋转流变仪,研究石墨烯在不同工作温度下对聚脲润滑脂流变行为和摩擦学性能的影响,并通过三维轮廓仪、扫描电子显微镜和拉曼光谱仪对磨斑形貌和结构进行分析。结果添加石墨烯润滑添加剂使聚脲润滑脂的高温硬化现象明显改善,同时提高了聚脲润滑脂的结构稳定性和抗剪切能力。工作温度为75、150℃时,与空白聚脲润滑脂相比,含1.0%(质量分数)石墨烯的聚脲润滑脂润滑下的轴承钢摩擦副的摩擦系数和磨斑直径分别降低49%、20%和10%、20%。随着工作温度的升高,含石墨烯的聚脲润滑脂样品在钢滑动表面形成的沉积膜的结构有序化碳的含量稍有下降,但与空白聚脲润滑脂相比,石墨烯-聚脲润滑脂沉积膜的结构有序化碳含量高得多。结论结构有序化碳的形成对提高基础脂的减摩抗磨性能起至关重要的作用,石墨烯润滑添加剂还可以有效改善聚脲润滑脂的高温硬化性能、胶体稳定性以及稠化剂的结构稳定性。

润滑耐磨耐蚀功能一体化有机黏结涂层的研究进展

随着现代化装备技术的快速发展,高端机械装备服役工况变得愈加复杂苛刻,磨损与腐蚀耦合损伤加速了高端机械装备运动部件的损伤失效,导致装备服役寿命大幅缩减,带来了严重的安全问题。润滑耐磨耐蚀功能一体化有机黏结涂层克服了润滑耐磨涂层和防腐蚀涂层的单一功能局限,为解决运动部件的磨损和腐蚀问题提供了有效方案。文中首先探讨了关键运动部件面临复杂服役工况的严峻挑战、材料磨损与腐蚀耦合的损伤机制;然后分别由黏结剂、填料和润滑剂3个方面介绍了目前润滑耐磨耐蚀功能一体化有机黏结涂层的研究进展,对涂层的组成结构与力学性能、摩擦学性能、耐腐蚀性能间的构效关系进行了分析,并对不同涂层的局限性进行了概述;之后详细总结了润滑耐磨耐蚀功能一体化涂层的应用现状;最后对润滑耐磨耐蚀功能一体化涂层的发展方向进行展望。

S-N型功能分子用作多功能添加剂的缓蚀及摩擦学行为研究

利用电化学、摩擦学试验和量子化学模拟等手段,研究了巯基甲基噻二唑(MMT)和二壬基萘磺酸(DNS)这2种功能分子作为缓蚀剂的缓蚀性能和作为极压抗磨添加剂的摩擦学性能及其作用机理.电化学试验表明,DNS分子的缓蚀能力较差,缓蚀效率为58.6%;MMT分子表现出优异的缓蚀能力,缓蚀效率达93.3%.摩擦学试验表明,DNS作为添加剂时,油样的摩擦系数与PEG基础油的摩擦系数相当,磨损量增大;MMT作为添加剂时,油样的摩擦系数和磨损量较PEG基础油明显降低,极压性能较基础油明显提高.量子化学模拟结果表明,DNS分子与钢表面具有更高的反应活性,因此作为极压抗磨和缓蚀添加剂,加剧了金属的腐蚀和磨损.表面分析结果表明,DNS分子润滑下的磨斑表面主要起到减摩作用的是铁的氧化物和FeSO_(4)等.MMT分子润滑下的磨斑表面的摩擦产物为Fe_(2)(SO_(4))3、FeS_(2)、铁的氧化物以及含氮有机物.

风机叶片新型耐磨超疏水涂层的防覆冰性能研究

风力发电机叶片在服役过程中经常会受到覆冰影响,超疏水材料由于其特殊的湿润性,在防冰领域具有较大的应用潜力。基于此,以风力发电机叶片为基底,在其表面旋涂由环氧树脂(EP)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和改性的SiO2等配制的无氟悬浮液,固化后制得耐磨防冰的超疏水试样。采用扫描电镜、红外光谱仪和接触角测量仪分别对超疏水涂层的微观形貌、成分组成和疏水性能进行研究。结果表明:超疏水涂层的接触角为166.65°,滚动角为2.5°。相比于无涂层风机叶片,涂层在-10℃和-15℃延长结冰时间40%左右,并且涂层结冰后冰层的粘结强度明显小于风机叶片的。涂层在800目砂纸上磨损10 m后接触角为150.5°。制备的耐磨超疏水涂层具有超疏水效果和良好的防冰性能。

超薄磨耗层抗滑性能的衰变规律及其影响因素

为了精确评价沥青超薄磨耗层开放交通后抗滑性能衰变过程、机理及影响因素,首先利用弧形模具及其配套的轮碾机来制备弧形超薄磨耗层试件;然后通过驱动轮式加速加载系统对4种级配类型和3个沥青胶结料等级的沥青超薄磨耗层试件进行加速加载试验;最后借助激光纹理扫描仪对一定轮载次数作用后的试件分别进行扫描。结合试验数据分别建立了基于S型函数的沥青超薄磨耗层宏观和微观构造深度衰变模型,以及基于灰色关联分析方法来分析各空隙率和沥青胶结料对抗滑性能的独立和耦合作用。试验研究结果显示:采用驱动轮式加速加载系统结合S型函数模型可以定量地评价和预测沥青超薄磨耗层性能的演变过程;空隙率影响超薄磨耗层宏观和微观构造深度的前期衰减速率,空隙率越大,则超薄磨耗层的宏观和微观构造深度的前期衰减速率越大;宏观构造深度的中后期衰减速率受沥青胶结料等级影响更大,沥青胶结料性能等级越高,则宏观构造深度的中后期衰减速率越慢;空隙率和沥青胶结料等级对超薄磨耗层微观构造深度中后期衰减速率的影响相当。因此,在进行超薄磨耗层抗滑性能设计时,选择大空隙率的开级配超薄磨耗层混合料级配对路面抗滑耐久性是有益的,而沥青胶结料的性能等级则可以根据交通量的大小合理选择。

防磨梁与防磨格栅对循环流化床锅炉炉内传热的影响

循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉普遍存在炉膛水冷壁磨损严重的问题。为提高运行可靠性,目前一般通过加装防磨梁或防磨格栅实现主动防磨,但该方式会引起流场变化,并对锅炉运行参数以及炉内传热造成影响。因此,建立循环流化床锅炉全炉膛水冷壁传热计算模型,提出加装防磨梁、防磨格栅后的边壁区颗粒浓度及传热面积修正系数计算方法,利用该模型对某440 t/h CFB锅炉炉内传热特性进行计算。结果显示:水冷壁加装防磨梁后,传热系数和传热能力有所下降,下降幅度和防磨梁数量有关,采用6道和12道防磨梁时,传热系数分别下降0.32%和2.89%,传热量分别下降3.28%和8.68%;比较而言,防磨格栅对炉内传热系数和传热能力影响较小,加装与防磨梁相同数量的防磨格栅时,表现出了一定的传热强化效果,传热量略有上升,当防磨格栅加装数量增加至30道时,传热系数下降5.76%,传热量上升1.59%。防磨格栅在降低水冷壁磨损的同时,对锅炉运行造成的影响较小,优于防磨梁。该模型可对CFB锅炉防磨技术的选用以及设计方案优化提供理论参考。

润湿性梯度对仿生织构表面摩擦学行为的影响

润湿性调控和仿生织构设计是实现表面减摩耐磨的重要方法.利用飞秒激光在AISI 440C不锈钢表面制备了仿生微凹坑,在微凹坑中沉积润湿性可调的超疏水涂层,通过紫外线辐照构筑了4种梯度润湿性仿生织构表面.采用往复滑动摩擦磨损试验,以水为润滑剂,对比研究了不同载荷和速度下润湿性梯度对仿生织构表面摩擦学行为的影响.结果表明,在低载高速条件下,当表面形成低黏附性超疏水-弱疏水的润湿性梯度时,耐磨性最佳,相较于AISI 440C不锈钢抛光表面,磨损率降低47.9%,说明润湿性梯度耦合仿生织构能够有效减小磨损.

壬基酚单硫化合物的合成及其性能研究

以壬基酚、单质硫为原料,以过硫酸铵为促进剂,通过交联反应合成了壬基酚单硫化合物;将其作为添加剂加入到基础油中,评价其极压性能、抗磨性能及抗氧化性能。结果表明,壬基酚单硫化合物的最佳合成条件如下:反应时间为40 min、反应温度为160℃、过硫酸铵与壬基酚物质的量比为0.5、单质硫与壬基酚物质的量比为0.4;壬基酚单硫化合物具有良好的极压性能、抗磨性能及抗氧化性能。

CF_(4)-GMET和G-PT处理对AR+AF涂层耐磨性能的影响

目的在兼顾涂层抗反射性和疏水性的前提下,通过强化抗反射(AR)多层复合膜系与抗指纹(AF)涂层之间的黏附力,提升复合涂层的机械耐久性能。方法采用磁控溅射法在玻璃衬底上沉积AR多层复合膜系,首创性地采用CF_(4)气体微刻蚀(CF_(4)-Gas Micro-etching Treatment,CF_(4)-GMET)与石墨等离子体(Graphite Plasma Treatment,G-PT),依次对AR膜系表面进行处理后,将AF试剂蒸镀附于AR层表面并冷却,即可得到具有超强耐磨性的AF/CF_(4)-GMET&G-PT SiO_(2)/AR抗反射疏水涂层。结果CF_(4)-GMET对AR表层SiO_(2)处理后,其表面“柱状尖峰”消失,得到低粗糙度针状表面,并增大了SiO_(2)与AF涂层的接触比表面积。G-PT处理大幅提高了表层SiO_(2)亲水性,从而使得SiO_(2)表面黏附功增大。经2道工艺处理后,SiO_(2)表面粗糙度降低,黏附功先降后升为最大值,蒸镀AF疏水涂层后界面结合最为稳定,耐磨性能显著增强。在负载为1000 g的钢丝绒摩擦10000次后,抗反射疏水涂层的水接触角(WCA)从117.7°下降至113.6°,磨损率仅为3.4%,耐磨性能极佳。结论对AR膜系表层SiO_(2)进行CF_(4)-GMET和G-PT处理,能显著提高抗反射疏水涂层的耐磨性能,而对光学透过率基本无影响。

机械/化学稳定性超疏水涂层的构筑及其防腐性能研究

超疏水涂层可以有效地阻碍含水腐蚀介质对表面的侵入、附着、凝结行为。然而,传统超疏水涂层差的机械和化学稳定性极大地限制了其在复杂苛刻环境中的应用。为此,采用氧化石墨烯(GO)和纳米二氧化硅(SiO_(2))复合聚二甲基硅氧烷(PDMS)与环氧树脂(EP)混合基体,结合喷涂技术在Q345钢片表面形成PDMS-EP@SiO_(2)-GO超疏水涂层,并对涂层的超疏水、自清洁、防污、耐机械磨损、耐化学侵蚀和防腐性能进行研究。结果表明,PDMS-EP@SiO_(2)-GO水接触角高达166.57°,滚动角小于3°。由于GO的强化增强作用,涂层能对水温为20~100℃的液体保持155°以上的接触角,对酸碱溶液保持160°以上的接触角,且滚动角均小于4°;在经过砂纸摩擦(40 m总摩擦长度)和30次循环胶带粘脱后,涂层依旧拥有超疏水能力,接触角维持在152°以上。此外,PDMS-EP@SiO_(2)-GO优异的拒水性使得它具有良好的防污和自清洁性能。在腐蚀防护方面,PDMS-EP@SiO_(2)-GO的最低频阻抗值提升了1个数量级,电荷转移电阻提升了2个数量级,表现出了优异的耐腐蚀性能。PDMS-EP@SiO_(2)-GO解决了传统超疏水涂层较弱的机械/化学稳定性的问题,可以实现对金属基体的持久性保护,增强了实用性,助力了机械装备在全寿命周期内的安全可靠服役。

CrN涂层制备中氮气比例对耐磨抗黏附性能的影响

采用多弧离子镀技术在38CrMoAl样片表面制备CrN涂层,利用扫描电子显微镜、纳米压痕仪、摩擦磨损试验机、X射线衍射仪及接触角测量仪,研究了氮气比例对CrN涂层耐磨抗黏性能的影响。结果表明,随着氮气比例的增加,CrN涂层由Cr、Cr_(2)N和CrN的混合相向CrN单相转变;CrN涂层磨损率远低于基体磨损率,CrN⁃65涂层的磨损率最低仅为1.01×10^(-6)mm^(3)/(N·m),低于基体磨损率一个数量级。所有CrN涂层表面均表现出疏水性;聚碳酸酯(PC)熔体高温接触角试验中,CrN⁃15涂层与PC熔体的高温接触角最高为110.8°,高于基体的102.2°;经过低温退火处理后,所有表面与PC熔体的高温接触角均降低,但是CrN⁃15涂层退火后仍能保持最高的高温接触角(102.9°),明显高于退火后基体的高温接触角(85.3°),表现出最佳的抗黏附性能。CrN⁃15涂层表现出较好的耐磨性和抗黏附性,综合性能较好,为CrN涂层在塑料加工螺杆和注塑模具表面应用提供一定的技术支撑。

深井钻杆接头耐磨防护技术研究综述与展望

在深井、特深井钻探过程中,井下钻具处于高温、高压、高腐蚀环境,钻杆与外部岩层以及套管发生激烈的碰撞和磨损,钻具耐磨防护是需重点关注的问题。目前在钻杆接头上敷焊耐磨带是深井钻具防护的主要方法,对减少钻具磨损、延长钻具寿命起着重要作用。本文综述了国内外耐磨带技术发展研究现状,阐述了耐磨带失效原因以及关键性能评价测试方法,分析目前耐磨带技术发展的关键为耐磨带防脱落、耐磨带修复技术和套管友好型耐磨带材料研究。最后对耐磨带技术在深井、特深井应用发展趋势进行展望。

基于室内加速磨耗的环氧沥青超薄磨耗层抗滑耐久性研究

文中基于湿轮磨耗试验研究磨耗时间、污染物洒布量对环氧超薄抗滑磨耗层抗滑性能的影响,采用延长加速加载磨耗试验试件的BPN、TD以及磨耗质量损失率来评价超薄磨耗层的路用性能.结果表明:环氧超薄抗滑磨耗层的剥落率与磨耗温度、磨耗时间以及骨料粒径成正相关,且在高温高磨耗时间的情况下剥落率仍小于0.6%,环氧超薄抗滑磨耗层随着污染物洒布量的增加BPN均存在不同程度的下降,其中液体污染物比固体沙土对路面抗滑性能衰减的影响更显著.环氧超薄抗滑磨耗层在经过20万次的作用后超薄抗滑磨耗层的BPN、TD以及磨耗质量损失率均体现出优异性.