自修复剂摩擦学性能研究的试验方法探讨

采用四球摩擦磨损试验机考察了三种自修复剂:SJS、SSY和SKD的减摩抗磨以及自修复性能,并与未加自修复剂的SJ10W-40汽油机油作对比,同时探讨了四球机试验法对自修复剂性能评价的适用性。试验完成后,分别利用三维白光干涉表面形貌仪、扫描电子显微镜(SEM)以及EDS能谱仪,对小球磨斑的粗糙度、表面形貌以及表面元素进行了分析。结果表明:自修复剂的加入使得油样的摩擦系数减小,说明自修复剂具有一定的减摩抗磨作用。表面分析研究表明,在采用四球机试验方法获得的磨斑表面上,自修复剂并未体现自修复效果,说明四球机试验法(SH/T 0189)不适用于SJS、SSY和SKD自修复剂自修复性能的评价。

抛光液中离子浓度对化学机械抛光过程的影响

在化学机械抛光过程中,抛光液中的离子浓度对化学机械抛光的速率和表面质量影响显著。为了解释化学机械抛光过程中抛光液中离子浓度的作用,利用荧光观察试验及实际抛光试验,研究抛光液中离子浓度对抛光过程的影响,并使用白光形貌仪观察抛光后表面质量。结果表明:颗粒运动速度随着抛光液中的硫酸钾浓度的增加而下降,材料去除率随硫酸钾浓度上升而提高。但是过高的离子浓度会导致表面质量下降。当硫酸钾浓度大于175mmol/L时,抛光后晶片表面出现明显缺陷。为了兼顾完成质量和去除速率,应当选用硫酸钾浓度为150mmol/L左右的抛光液。

基于位错密度理论的喷丸强化诱导7050铝合金组织细化数值模拟

7050铝合金喷丸过程中微观组织演变机理及纳米化结构与工艺参数的关系还没有得到广泛研究。基于位错密度理论对喷丸强化诱导7050铝合金表层晶粒细化进行研究。利用有限元方法模拟7050铝合金受单个和多个喷丸冲击过程,建立将喷丸强化的有限元模型与累积塑性应变引起的位错密度演化模型相结合的混合数值模型,并利用遗传算法得到混合模型的数值参数,用以预测喷丸强化层的位错密度和晶粒尺寸梯度分布,为研究喷丸强化7050铝合金的组织结构强化机理提供依据。建立喷丸尺寸、速度和覆盖率等工艺参数与强化层内晶粒细化结构的物理联系和数量关系。结果表明,从单个喷丸冲击到大量随机喷丸冲击过程都会在强化层内产生显著的晶粒细化;强化层内位错密度增加、晶粒细化的程度以及强化影响深度随着喷丸覆盖率、速度、尺寸的增加而增加;较高的喷丸覆盖率和强度可生成纳米级晶粒结构表面层。综合运用JC本构有限元模拟、四阶五级RKF算法解方程、遗传算法优化调参、概率约束方法控制随机喷丸以及VUMAT子程序定义本构关系,实现7050铝合金喷丸强化微宏观联系的定量研究,可为设计7050铝合金喷丸工艺参数获得所需纳米结构提供理论依据。

粗糙表面计算机模拟

粗糙表面的计算机模拟是建立粗糙表面模型进而对粗糙表面间相互作用进行模拟研究的前提。提出一种基于时间序列模型、数字滤波技术和Johnson转换系统的粗糙表面模拟方法,分别模拟了各向同性与各向异性、高斯与非高斯分布条件下具有不同形式自相关函数的粗糙表面,并对复杂合成粗糙表面的模拟进行了尝试。最后,对粗糙表面模拟过程中的误差进行了初步分析。结果表明,提出的粗糙表面模拟方法能快速有效地模拟具有指定自相关函数的高斯或非高斯随机粗糙表面;在一定的条件下模拟表面的统计特征与规定值误差很小,但当相关长度比较大的时候,误差比较明显。

人工关节材料磨屑分离与表征的研究进展

人工关节长期磨损或离解产生的磨屑将引起一系列生物学反应,使关节假体产生无菌性松动进而影响人工关节置换术的长期疗效。研究人工关节假体运动过程中产生的磨屑形态、数量及其产生机理,对提高人工关节的耐磨性和使用寿命具有重要意义。本文中重点阐述人工关节材料磨屑分离与表征的研究进展,并对其发展趋势进行展望。

不同滑动速度下干接触体瞬态温度场计算

工程实际中,由于摩擦力的存在,接触副的运动将导致接触区内产生大量的摩擦热,使接触副温度升高;由此产生的瞬时高温会使接触副更易发生弹塑性变形、引起表层下裂纹的萌生及扩展,甚至使接触副表面发生化学变化。建立了不同滑动速度下干接触体的滑动接触模型,利用快速傅立叶变换,通过求解拉普拉斯热传导方程,获得光滑及粗糙表面接触副的瞬时温升以及接触体内部各离散点的温度分布,即半无限体干接触的温度场。结果表明,相同载荷及摩擦因数条件下,相对滑动速度对接触体的温升及其温度分布有重要影响;粗糙峰表面接触处的瞬时温升远高于光滑表面接触处的瞬时温升。

基于超磁致伸缩和压电陶瓷的XY超精密定位工作台

基于蠕动运动原理,利用超磁致伸缩材料作为驱动元件研制了直线式蠕动进给机构,同时还研制了压电陶瓷-柔性框架式蠕动进给机构．后者放置于前者之上,构成了具有毫米级行程、纳米级定位精度的XY二维精密定位工作台．在计算机控制下,对XY向位移分别进行了闭环反馈控制并测试了它们的步进性能．试验结果表明,工作台在X和Y方向上可以稳定地蠕动步进或后退,X向蠕动机构定位精度为±15 nm,Y向蠕动机构定位精度为±50 nm．

销盘胶合实验研究

利用Falex多功能摩擦磨损试验机初步研究了销盘摩擦副接触表面初始粗糙度、载荷、速度,以及压强速度乘积对摩擦副抗胶合性能的影响。试验结果表明,适当的初始粗糙度可以提高摩擦副的抗胶合性能,载荷、速度超过一定数值后胶合的可能性大大增加,温度对胶合失效有显著影响。

计算机硬磁盘基片表面纳米粒子冲蚀磨损

为探讨磁盘片表面NiP涂层在颗粒冲击过程中的碰撞损伤及与冲蚀时间的关系,利用高分辨透射电镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱仪和俄歇电子能谱仪等考察计算机硬磁盘基片表面NiP涂层经含SiO2纳米颗粒抛光液冲击后发生的微观物理变化。结果表明:经纳米颗粒碰撞后的计算机硬磁盘基片表面NiP涂层损伤随碰撞时间明显变化,在经颗粒碰撞后的表面上可观测到颗粒嵌入、纳米尺度的凹坑和划痕;NiP涂层表面在碰撞过程中发生氧化,氧化程度随时间延长而加剧。经3min抛光液冲击后,在表面以下大约6nm深度可观测到P元素的聚集,在涂层的亚表面可观测到纳米尺度的晶粒,晶粒的尺寸受冲击时间的影响。

混合润滑理论模型进化与工程应用

混合润滑问题自提出以来,其相关分析理论已经获得了长足的发展,并呈现出精细化、多样化等特征.本文作者在系统梳理混合润滑理论分析研究历程及其工程应用背景的基础上,综述了现阶段已有混合润滑理论模型特点,分析指出混合润滑理论研究的热点和发展方向.同时归纳出一种多维度工程混合润滑问题理论分析模型的选择思路,并依据若干典型工程润滑问题进行了阐释.

强制冷却对IC10合金激光熔覆组织与硬度的影响

为实现IC10定向凝固高温合金高效、高质量的激光熔覆,开发了通水冷却装置实现激光熔覆过程中的强制冷却,研究了不同冷却条件对激光熔覆层定向凝固组织生长和硬度的影响.结果表明,相较于无冷却条件,在同样激光熔覆工艺参数下采用强制冷却进行激光熔覆会改变熔覆层形貌,并提高柱状晶在熔覆层中的体积分数,有助于得到更多定向连续生长的柱状晶.此外,强制冷却对于熔覆层各区域硬度无明显影响,但由于强制冷却条件下熔覆层中柱状晶增多,因此高硬度区域增大.

三次补焊对超高强钢接头组织及性能的影响

研究了30CrMnSiNi2A钢经过三次补焊热循环后的组织和力学性能。结果表明:该钢经过三次补焊后,焊缝区为针状马氏体和残余奥氏体组织,热影响区由完全淬火过热区和完全淬火细晶区组成,完全淬火过热区主要由粗大的马氏体和少量的贝氏体组成,完全淬火细晶区由细小均匀的针状马氏体和少量贝氏体;SEM断口形貌分析表明拉伸断口与冲击断口均表现为脆性断裂特征。三次补焊热循环使得析出M_2C相的焊缝微区硬度最高,热影响区硬度最低,显微硬度分布同微观组织具备良好的对应关系;三次补焊热循环的作用下,焊接接头抗拉强度没有明显下降,数值接近母材,但伸长率下降,冲击韧度也下降。

液晶在电场和剪切耦合作用下的流变学行为

本文通过理论和实验对液晶5CB在剪切和电场耦合作用下流变行为进行了研究.采用液晶连续理论,建立了包括界面锚定能,弹性自由能,介电自由能和流动能在内的系统Gibbs自由能公式,通过最小化系统自由能的方法求解液晶在剪切和电场耦合作用下的取向分布及其黏度变化,从分子基础模型上揭示了液晶在耦合作用下的流变行为、微观机理及其影响规律,并通过流变测试对此进行验证.对比分析了理论和试验结果的误差和原因,发现界面锚定效应对于液晶分子的取向和黏度具有重要影响.理论和试验结果均表明,液晶在电场作用下具有明显的电黏效应,表现出非牛顿流变行为,其黏度值由剪切和电场的竞争和耦合作用共同决定.在外电场作用下液晶的黏度可以增加到初始值的4倍左右,液晶这种其自身黏度可随着外场(例如运动速度)改变的特性在一定的条件下可以自适应地满足不同工况对黏度的要求,这对实现智能摩擦润滑具有重要的意义.

TC4钛合金低温固体稀土-硼共渗

研究了TC4钛合金在950℃低温(β转变温度以下)下进行固体稀土-硼共渗的渗层形貌、物相组成、组织性能及基体相变。结果表明,低温稀土-硼共渗,可使TC4钛合金表面获得实用的渗硼硬化层,由TiB2和TiB双相化合物组成。同1050℃高温稀土-硼共渗相比,低温渗硼层致密均匀无孔洞,而且硬度梯度和脆性得到进一步改善。低温渗硼后TC4基体为等轴组织,性能良好,能有效地防止高温(β转变温度以上)时β相形成粗晶。低温渗硼有效地改善渗层的性能,减小工件畸变。