NbMoWTa-Al_(2)O_(3)固体润滑复合材料的宽温域摩擦磨损性能

通过高能球磨和放电等离子烧结方法制备了新型NbMoWTa难熔高熵合金基固体润滑复合材料。系统研究了纳米Al_(2)O_(3)作为固体润滑剂对NbMoWTa难熔高熵合金宽温域摩擦学性能的影响。结果表明:纳米Al_(2)O_(3)颗粒在具有BCC结构的NbMoWTa难熔高熵合金基体相晶界和晶内均匀分散,强烈的弥散强化显著提升了NbMoWTa的显微硬度。纳米Al_(2)O_(3)颗粒在室温至800℃范围内降低摩擦因数和磨损方面有显著作用。室温下,由于复合材料的显微硬度显著提升,添加足量的纳米Al_(2)O_(3)实现了复合材料耐磨性的提升。在中高温下,复合材料表面形成的连续致密氧化摩擦层对提升摩擦学性能起着关键作用。纳米Al_(2)O_(3)颗粒协助氧化摩擦层承载更大的载荷,提高其致密性及稳定性,从而更有效地保护基体。此外,在800℃下纳米Al_(2)O_(3)颗粒的存在能够抑制MoO_(3)的过度挥发。

珠光体纳米摩擦学行为的分子动力学模拟研究

由于独特的叠层结构,铁素体和渗碳体能较好发挥协同作用,故珠光体组织表现出优异的摩擦学性能.然而,受试验技术限制,人们对珠光体优异摩擦学性能的机械起源认识仍不全面,尤其是在片层方向和片层厚度对珠光体摩擦学行为的影响方面.本文中采用分子动力学模拟方法研究了片层方向和片层厚度对珠光体划痕摩擦学行为的影响.结果表明:与平行于表面的片层方向相比,垂直于表面的片层方向表现出更优异的摩擦学行为,其塑性影响区深度更小,磨损原子数量也较少.对于具有垂直于表面片层方向的珠光体,片层厚度对塑性影响区深度基本无影响,但摩擦力、摩擦系数和磨损原子数目随着片层厚度的减小而减小.此处,片层厚度与磨痕形貌紧密相关.本工作有助于人们理解珠光体片层方向和片层厚度与摩擦变形微观机制之间的关联,可为设计具有更优异摩擦学性能的珠光体钢提供一定理论指导.

高频交变电场作用下静态绝缘轴承中润滑脂的老化行为

高频电压诱导的电机轴承电蚀和润滑失效是影响变频驱动系统可靠性的关键问题。为探究高频交变电场环境下润滑脂的老化机制,基于绝缘轴承耐高频交变电压性能试验,详细研究了球与沟道接触区润滑脂的老化特性,结果表明:尽管有绝缘涂层的保护,润滑脂在无机械剪切作用下仍然会发生明显的性能衰退,具体表现为颜色加深,分油率降低,稠度增大以及导电性能和介电性能的改变。测试发现,在高频交变电场作用下绝缘轴承润滑脂稠化剂结构被破坏并发生团聚,其中夹杂有以金属纳米颗粒为核心的黑色团块,老化润滑脂的直流体积电阻率明显下降并具有更高的等效串联电阻和损耗因子。

Al-Cr-Nb-Ti-Zr共晶难熔高熵合金高温摩擦磨损性能研究

通过非自耗真空电弧熔炼制备了Al_(15+x)Cr_(20)Nb_(15)Ti_(40-x)Zr_(10)(x=0、13)共晶难熔高熵合金,并探究了Al和Ti元素含量变化对Al_(15+x)Cr_(20)Nb_(15)Ti_(40-x)Zr_(10)共晶难熔高熵合金相结构、微观组织、显微硬度与高温摩擦性能的影响规律.结果表明:2种合金相结构相同,均由富含Nb和Ti的B2相与富含Cr和Zr的C14 Laves相组成;但随着Al含量的增大,合金铸态组织发生了从亚共晶(初生B2相+B2/Laves相共晶相,x=0)到共晶(B2/Laves相共晶相,x=13)的转变,同时伴随着合金显微硬度的提高,并且在宽温域下的摩擦性能有所改善.随着摩擦试验温度的升高,2种合金的磨损机制均从磨粒磨损逐渐转变为以氧化磨损为主,且磨损率均呈现出逐渐降低的趋势.不同温度下摩擦试验发现完全共晶合金Al28Cr20Nb15Ti27Zr10表现出更好的耐磨性,这是由于完全共晶合金更高的硬度以及在高温下的氧化摩擦层含有更大比例的Al2O3,从而摩擦层更为致密.

纸基摩擦材料与不同含碳量钢配副之间的摩擦学性能及其失效机理研究

采用湿法成型辅助热压工艺制备了纸基摩擦材料.分别考察了纸基摩擦材料在无油状态和富油状态下与不同碳含量钢配副材料的摩擦适配性,并通过磨损表面形貌分析和探讨了其在无油状态下的失效机理.结果表明:在无油状态下,随配副材料硬度增高,纸基摩擦材料的摩擦系数下降,摩擦稳定性提升,磨损率降低,高硬度的65Mn钢与纸基摩擦材料的适配性较好.纸基摩擦材料在无油状态下主要表现为由疲劳裂纹引发的纤维脱粘与拔出导致的材料失效.在富油状态下,配副材料的硬度对纸基摩擦材料的摩擦性能无显著影响,润滑油膜和摩擦膜的形成能有效减轻对配副材料的微观切削作用,从而抑制材料的磨损.

聚脲润滑脂噪音特性的衰退机制研究

低噪音润滑脂是高速电主轴、高速电机及高端家电中高精密轴承广泛使用的润滑介质.当前有关低噪音润滑脂的研究大都集中在基础油、稠化剂和生产工艺等因素对润滑脂噪音特性的影响,而对长期使用过程中润滑脂噪音性能的变化行为及其微观机制则缺乏足够关注.本论文中围绕低噪音聚脲润滑脂,基于FE9轴承测试台架,结合润滑脂噪音检测技术,考察了低噪音聚脲润滑脂在使用过程中噪音特性的衰退行为.结果表明,静音性能优异的聚脲基低噪音润滑脂在轴承试验开始的100 h内,噪音等级已由GN4级衰减为GNX级,丧失减振降噪能力.对取样润滑脂的微观结构表征发现,润滑脂噪音等级的衰退与聚脲润滑脂内稠化剂团聚体的形成高度关联.团聚体的形成破坏了稠化体系的结构连续性,导致稠化网络的结构保持性显著下降,失去束缚的大尺寸团聚体随基础油流入轴承运动界面,进而引发高速轴承的振动和噪声.热分析结果表明该低噪音聚脲稠化剂可能为一种亚稳态聚脲结构,在受热条件下会向组装度更高的团聚体发展.本论文中的研究表明低噪音润滑脂的噪音寿命与轴承试验中得到的服役寿命相关度并不高,充分评估热作用对润滑脂微观结构及噪音特性的影响,对于保障高速精密轴承的长期可靠运行具有重要意义.

锂基润滑脂微观结构表征的扫描电镜样品制备方法及应用

为准确表征锂基润滑脂中分散于高黏稠基础油的锂皂纤维形貌和交联状态,以溶剂浸泡法为基础,通过优化溶剂浸泡及溶剂去除过程,提出了溶剂取代凝胶化-真空冷冻干燥法预处理扫描电子显微镜(SEM)用锂基润滑脂样品,并采用该方法研究了不同锂皂稠化剂的纤维微观形貌和空间交联状态。结合流变学分析技术,对不同老化状态下锂基润滑脂的胶体结构及微观结构进行分析。结果表明:低亲和性的甲苯溶剂在有效去除基础油的同时能够很大程度地保持稠化剂网络结构,溶剂取代凝胶化-真空冷冻干燥法可以有效揭示稠化剂纤维结构和稠化剂柔性网络结构特征;热老化过程对锂基润滑脂胶体结构破坏较小,但氧化后的基础油与皂纤维亲和性增加,导致稠化剂出现明显团聚,机械/热老化过程对锂基润滑脂胶体结构破坏严重,稠化剂纤维出现明显的碎裂堆积现象。

TC4钛合金表面电沉积Co-W/MoS_(2)复合镀层及摩擦磨损性能研究

为了有效改善 TC4 钛合金的摩擦磨损性能,在 TC4 钛合金表面电沉积掺杂自润滑MoS_(2)颗粒的Co-W/MoS_(2)复 合镀层。研究了镀液中的MoS_(2)颗粒浓度对复合镀层的物相结构、结合强度、微观形貌、成分及摩擦磨损性能的影 响。结果表明:添加 2.5 g/L MoS_(2)颗粒制备的复合镀层与钛合金基体结合紧密,晶粒呈长条状与团簇胞状,主要物相 为 fcc-Co、hcp-Co 和Co_(3)W,其中MoS_(2)颗粒含量接近 3%。该复合镀层稳定状态时摩擦系数仅为 0.34,并且磨损率最 低,仅为 9.50×10^(-4 )mm^(2)/N,表现出优异的耐磨性能,能有效改善 TC4 钛合金的摩擦磨损性能。MoS_(2)颗粒参与共沉积 可能影响结晶形核过程,还会掺杂在Co 晶格间隙引起晶格畸变,有利于提高复合镀层致密度,从而改善复合镀层性 能。包覆在复合镀层中的MoS_(2)颗粒在摩擦过程中还可以起到自润滑减摩作用,从而减轻复合镀层磨损程度。

仿生叠层构型石墨烯对铝基复合材料的纳米摩擦性能的影响

利用纳米压痕和纳米划痕试验表征了仿生叠层构型铝基石墨烯复合材料(Bio-inspired laminated graphene reinforced aluminum martrix composite,BAMC)与纯铝的力学性能和摩擦磨损性能.鉴于摩擦力由黏着作用和犁沟作用两分量共同组成,对比探究了BAMC与纯铝在微观摩擦磨损过程中的弹塑性转变过程,分析了黏着作用与犁沟作用在摩擦力中的贡献度,揭示了其微观摩擦磨损机制.结果表明:相较于纯铝,BAMC的纳米硬度提高了约24%,总摩擦系数(Friction coefficient)降低了约28%,黏着作用分量和犁沟作用分量分别降低了32%和16%.换言之,复合材料中的异质界面产生异质变形诱导强化,进而增强了应变硬化,使仿生叠层石墨烯铝基复合材料的硬度得到明显提升,并且仿生叠层构型的石墨烯主要通过降低黏着作用来实现减磨.从微纳米尺度揭示了BAMC的力学性能和摩擦磨损性能显著提升的机理,可为提升其摩擦磨损性能提供理论依据.目前的工作通过纳米划痕和纳米压痕强调了叠层结构石墨烯的添加对块体复合材料的摩擦性能的影响,并表明仿生叠层构型铝基石墨烯是搭建仿生叠层结构的小尺寸理想增强体.

过冷Ni-38%Si共晶合金中的多重共晶取向关系

采用电子背散射衍射技术分析过冷Ni-38%Si(质量分数)合金中的共晶取向关系,发现在过冷Ni-38%Si(质量分数)合金中总共存在7种共晶取向关系。当过冷度?T≈31 K时,存在3种共晶取向关系,其初生NiSi相的取向相同,但相邻NiSi2晶粒之间的取向差约为50°或60°。多重共晶取向关系的产生归因于初生相生长方向的变化、初生相从NiSi相到Ni Si2相的变化以及生长方式从耦合共晶生长到非耦合共晶生长的转变。第二共晶相外延生长于初生共晶相时可以遵循一种共晶取向关系或多种共晶取向关系,这是一种较为独特的现象。

固溶原子、析出相和变形对Al-Sc-Zr合金组织和性能的定量影响（英文）

为了研究固溶原子、析出相粒子和冷变形对Al-Sc-Zr合金组织和性能的影响,对连续流变挤压制备的Al-Sc-Zr合金进行形变热处理,采用电导率、强度、显微硬度测试以及光学显微镜、TEM、STEM对合金在不同处理状态下的显微组织和性能进行研究。建立固溶原子、析出相粒子和冷变形对合金导电率定量贡献的数学模型。结果表明:固溶、时效和冷变形都能使合金的强度得到显著的提升,而固溶原子、沉淀粒子和冷变形对Al合金导电率影响值分别是10.5%(IACS)、2.3%(IACS)和0.5%(IACS)。时效和冷变形处理是获得高强高导铝合金导线的关键。

磷酸盐前驱体对泡沫镍上生长的镍/铁羟基氢氧化物形貌及析氧反应性能的影响

通过共沉积法和电化学激活法在泡沫镍网上生长制备镍/铁羟基氢氧化物纳米片。研究发现,不同磷酸盐前驱体(Na_(3)PO_(4)、Na_(2)HPO_(4)和NaH_(2)PO_(4))对最终催化剂的形貌及析氧反应活性有不同的影响。使用Na_(2)HPO_(4)制备的镍/铁羟基氢氧氯化物纳米片在1 mol/L KOH溶液中电流密度达到50 mA/cm^(2)时所需过电位为205 mV,Tafel斜率低至30 mV/dec,并可以在后续稳定性测试中保持稳定20 h。

共晶组织强化NbMoZrVSi_(x)难熔高熵合金的摩擦磨损性能及磨损机理

难熔高熵合金共晶强化组织的形成机制及其对室温摩擦磨损行为的研究,可为后续开发具有优异摩擦磨损性能的难熔高熵合金提供新的设计思路。本工作利用摩擦试验机、SEM和XPS等手段研究了微量Si元素添加对NbMoZrV难熔高熵合金室温摩擦学性能的影响规律,分析了不同硅化物的析出形态对合金磨损机理的影响。结果表明:适量Si元素添加时,NbMoZrVSi_(0.1)难熔高熵合金的bcc基体晶界处会均匀析出由Zr-Zr3Si相组成的共晶组织结构,该共晶组织会显著提高合金的硬度和耐磨性。不同于NbMoZrV、NbMoZrVSi_(0.05)和NbMoZrVSi_(0.2)合金波动较大的摩擦学行为,在不同加载力下,含有共晶组织结构的NbMoZrVSi_(0.1)难熔高熵合金在室温滑动干摩擦实验中表现出了稳定的摩擦系数和磨损率。磨损机理分析表明,Zr-Zr3Si共晶组织的形成会抑制NbMoZrVSi_(0.1)难熔高熵合金在摩擦过程中的裂纹萌生扩展以及脆性剥落,并促进随后均匀氧化的发生,使得其仅表现出轻微磨粒磨损的特征,从而使其耐磨性得到显著提升。

单一MX型析出相强化马氏体耐热钢力学性能及蠕变行为

利用Thermo-Calc软件计算与实验相结合的方法设计出一种在长时服役过程中仅存在MX相的马氏体耐热钢,成分为Fe-0.03C-10Cr-0.2Zr-0.3V,其室温屈服强度、抗拉强度和断裂延伸率分别为266 MPa、413 MPa和38%。经轧制+正火处理的Fe-0.03C-10Cr-0.2Zr-0.3V钢在700℃时效1、10、100和1000 h后,进行高温硬度检测,结果表明,随着时效时间的延长,马氏体耐热钢在700℃的高温硬度保持稳定。对时效不同时间的钢中析出相进行TEM表征,发现随着时效时间的延长(1~1000 h),析出相的平均尺寸从10.8 nm增加至17.8 nm。时效1000 h时,MX相的成分为Zr_(0.46)Nb_(0.14)C_(0.4),体积分数为0.29%。根据蠕变实验结果分析,其在650和700℃的门槛应力分别为54.5和28.4 MPa。