钢铁材料摩擦层结构演变与干摩擦自润滑行为研究进展

由于产生了大量的塑性变形、摩擦热、氧化和组织结构演变,摩擦层的形成不仅影响着材料的摩擦磨损特性,还可能在摩擦条件和材料微观结构匹配合理的情况下引发自润滑行为。研究摩擦层和自润滑行为的微观机制可为在不加入添加剂的基础上,获得新的固态润滑方法及对应润滑机制提供重要的理论依据。对磨材料的强度、硬度、层错能高低等特性差异将导致摩擦层结构演化形式、细化程度和深度均有所不同。特别是诸如低碳条状马氏体钢和珠光体钢等钢铁材料,因其具有马氏体束、块、条和珠光体中的铁素体、先共析相、渗碳体等亚结构特征,摩擦层内部结构的演变又与其他材料有所区别。干摩擦自润滑通常是因为表面氧化物和纳米级氧化颗粒的保护所致,但是材料不同或材料包含的微结构不同,能够形成的氧化物或氧化颗粒的类型和尺度亦有所不同。国内外学者展开了大量有关摩擦层和自润滑行为的研究,他们从摩擦层内部材料冷作硬化、晶粒细化和动态再结晶等方面分析了摩擦层高应变引起的材料组织结构演变,以及不同微观组织材料所表现出的摩擦层和摩擦磨损特性差异。此外,还对摩擦引起的纳米晶/结构对材料摩擦磨损特性产生的影响展开了大量研究。最后,研究人员试图利用摩擦接触导致的高应变速率和高应变梯度来获得超细化晶粒以制备表层纳米结构和调控材料的摩擦磨损特性。本文从塑性变形、结构演变规律和力学性能等方面综述了摩擦层的最新研究进展,讨论了影响摩擦层内部塑性变形程度的摩擦外载条件因素。另外,从摩擦层内部形成纳米结构、梯度结构和由表面氧化物颗粒形成的自润滑层等方面讨论了干摩擦过程中产生的自润滑现象及对应机制。最后,探讨了如何利用材料表层结构设计和预制自润滑层以获得优异的耐磨性能。

高强度大直径SWRS82B盘条大气腐蚀的实验研究

SWRS82B盘条是生产高强度低松弛预应力钢丝、钢绞线的重要原料,且大都在大气环境下使用,易受腐蚀。本文采用化学纯试剂配置3.5%NaCl溶液、2%H2SO4溶液以及3.5%NaCl,PH=4溶液在25℃和50℃加速模拟大气腐蚀实验。结果表明:同一种腐蚀溶液,随着温度的升高SWRS82B盘条钢的腐蚀速度增大。在三种腐蚀介质中,随着酸性增强SWRS82B盘条钢的腐蚀速度也随之增大。

“双一流”背景下材料科学与工程专业实验室安全高效管理探索

实验室安全无小事,实验室安全高效运行管理是高校"双一流"学科建设的基础环节之一,如何能够提高专业实验室安全高效管理非常有必要。分析梳理了实验室安全管理工作中存在的一些问题,并从实验室资源整合利用、提高本科教学实验室的开放度,加强实验室队伍管理水平建设、提高仪器设备的使用率以及完善设备的维护制度、减少设备资源的浪费方向,提出了一条可持续、稳定的实验室安全高效管理方法,实验室安全管理还需要进一步的改革和探索。

磁控溅射与电镀工艺制备镀银层的微动磨损性能对比

采用电镀与中频-直流磁控溅射技术分别在钢基体表面制备银镀层,利用显微硬度计、微米划痕仪和疲劳试验机等对两种镀银样品的硬度、结合力及微动磨损等性能进行了表征,并利用扫描电镜、激光共聚焦显微镜等对微动磨损后样品的磨损形貌和磨损机理进行了分析。结果表明:磁控溅射工艺制备的镀银样品的显微硬度、表面粗糙度要优于电镀工艺制备的镀银样品;磁控溅射工艺制备的镀银样品的结合力比电镀样样品的结合力高1.5倍,有利于提高镀层的耐磨性;经过300 h的有效微动磨损实验,发现磁控溅射工艺制备的镀银层相比于电镀工艺制备的镀银层的磨损深度下降了33.3%,这与磁控溅射工艺制备的镀银层表面光整度好和粒子尺寸更细小有关。磁控溅射工艺制备的镀银样品的磨损机理是磨粒磨损,而电镀工艺制备的镀银层是粘着磨损。

材料科学与工程专业的实践教学改革与实践

根据材料科学与工程专业发展特点,构筑了新的专业实验体系,形成了"以科研促进教学,更好的培养学生的创新能力和工程实践能力"的实践教学模式,经过三届本科生实践教学的改革与实践,证明这种实践教学新模式对培养学生的创新能力有较大的促进作用。

滑石粉及其添加方法对聚丙烯材料结晶形态的影响

用X射线衍射技术研究了填充聚丙烯材料结晶形态的变化,结果表明:滑石粉对PP基体的结晶形态是有影响的,对PP基体结晶过程起异相成核作用,随滑石粉的原始粒径大小、填充量和表面处理程度变化而呈现不同的变化规律。

淬火冷速对51CrV4钢显微组织和力学性能的影响

采用油、HX-2000以及不同浓度PAG对51CrV4钢进行淬火冷却,借助光学显微镜、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术、拉伸实验和洛氏硬度计等研究了不同淬火冷速对51CrV4钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:提高淬火冷速对马氏体板条有明显细化效果,51CrV4钢的强塑积随着淬火冷速的提高呈先增后减的趋势。当使用13%PAG淬火及400℃回火保温100 min后,51CrV4钢的综合力学性能最佳:屈服强度和抗拉强度分别为1317.26和1560.89 MPa,断后伸长率和断面收缩率分别为10.50%和55.38%,硬度为47.4 HRC,强塑积达到16.39 GPa%。

有机复合摩擦材料的成分优化及其对摩擦性能的影响

采用正交试验设计方法对有机复合摩擦材料的成分进行优化,利用MMS-2A摩擦磨损试验机对材料的摩擦系数进行测试,用比磨损率表征复合材料的磨损性能,并通过极差法对试验结果进行了分析。用Leica体式显微镜和3D激光共聚焦显微镜观察了材料摩擦磨损后的表面形貌,探索了不同成分下合成材料的摩擦磨损机理。结果表明:改性酚醛树脂对材料的平均摩擦系数和比磨损率的影响最大。摩擦系数较优的组合为A1B1C2D2,比磨损率较优的组合为A3D1C1B3。树脂含量较少时,摩擦表面的摩擦膜较少,犁沟较深,呈严重的磨粒磨损特征;随树脂含量增加,摩擦表面形成完整且连续的摩擦膜,犁沟较浅,材料的主要磨损形式为粘着磨损和磨粒磨损。

马来酸酐接枝聚丙烯与成核剂提高聚丙烯/滑石粉复合材料性能的研究

分别考察了马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)、成核剂以及这两种不同改性机制的改性剂复配对聚丙烯/滑石粉(PP/Talc)复合材料力学性能和热性能的影响,结果表明:PP-g-MAH和α成核剂均能提高PP/Talc复合材料的强度、刚度和热变形温度,但随着改性剂含量的增大,这些性能都存在最大值或极限值;而且PP-g-MAH使复合材料的断裂伸长率明显降低,β成核剂可显著提高复合材料的冲击韧性和断裂伸长率,马来酸酐接枝聚丙烯与α成核剂复配对复合材料强度、刚度和热变形温度的改善具有协同性,且保持较高的断裂伸长率,马来酸酐接枝聚丙烯与β成核剂复配可获得更好的综合力学性能。

响应面法对一种新型摩擦材料的性能优化及其磨损机理

采用响应面法结合Design-Expert软件对一种有机高摩擦复合材料进行研究,在MMS-2A摩擦磨损试验机上测试材料的摩擦性能,并建立制备工艺参数与摩擦因数、比磨损率之间的二次回归模型。结果表明:二次回归模型的预测值与实验值之间的相关性可达91.97%与87.85%,具有较好的拟合精度;热压工艺中成型温度与成型时间具有显著的交互作用。通过金相显微镜、SEM、3D激光共聚焦显微镜、洛氏硬度计等对磨损表面进行形貌观察和磨损机理分析,发现成型压力、成型温度与成型时间影响复合材料的界面性能,致使摩擦材料表现出不同的摩擦磨损特性。由响应面法结合磨损机理分析得到该材料制备的最优工艺参数为:成型压力19~25MPa,成型温度165~174℃,成型时间18~22min。

PA6含量对PVC/PA6共混物形态结构与力学性能的影响

以EVA-g-MAH为相容剂,将PVC与自制的低熔点PA6共混制备了PVC/PA6共混物。通过扫描电子显微镜(SEM)和力学性能测试研究了PA6含量对PVC/PA6共混物形态结构及力学性能的影响。SEM分析结果显示:随着PA6含量的增加,PVC/PA6共混物的分散相尺寸逐渐增大,当PA6含量为10%时,共混物中分散相的分散尺寸最小为1μm;当PA6含量为50%时,共混物为两相共连续结构;当PA6含量为60%时,共混物中PA6为连续相,PVC为分散相。力学性能测试结果表明:当PA6含量为10%时,共混物的缺口冲击强度和拉伸强度都较PVC有明显提高,分别提高了约50%与30%,达到了6.29kJ/m2和60MPa。采用差示扫描量热仪(DSC)研究了PVC/PA6共混物的结晶温度,检测结果显示:PVC/PA6共混物呈现非晶结构。

有机复合摩擦材料及其研究现状

摩擦材料在运动机械和装备中起传动、制动、减速、驻车等作用,是汽车、火车制动的关键性材料,随着国内外车辆高速、重载技术的不断发展,现代工业对摩擦材料的使用要求也越来越高。立足于有机复合摩擦材料的发展及研究现状,从配方设计、制备工艺等因素分析影响摩擦材料的性能和机理,并探索有机复合摩擦材料的研发趋势,力争为我国在有机复合摩擦材料的研究提供参考经验和思路。

碳化硅颗粒增强铜基复合材料的组织与性能分析

以添加0-20%体积分数的SiC颗粒增强铜基复合材料为研究对象,利用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度和腐蚀试验等测试技术及实验手段,利用宏微观结合的方法进行组织与性能分析。结果表明,SiC颗粒随添加量的增加而明显增多且变密集,但总体分布较均匀,和基体结合较好。试样的显微硬度从21.1HV30逐渐增加到100.1 HV30。但随SiC颗粒的增加,材料密度下降,多孔率增加,导致抗腐蚀能力有所降低。

新型铜基无银电接触材料热处理工艺研究

对一种新型铜基无银电触头材料的热处理工艺进行了探讨。结果表明:合金经1070℃×8 h固溶处理后,组织比较均匀,获得单一α相,硬度达到最低值(118 HV),有利于电触头的加工成型;再经500℃×4 h时效处理后,组织均匀弥散,合金硬度达到最大值(292 HV),并且电学性能优良,可以满足触头在工作状态下对材料性能的要求。

电石法PVC／ABS合金的结构与性能

采用锥形双螺杆挤出机制备了电石法聚氯乙烯(PVC)/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)合金通过转矩流变仪、扫描电子显微镜研究了ABS含量对PVC/ABS合金流变行为、结构及力学性能的影响。结果表明:ABS能够促进PVC/ABS共混物的塑化,使共混物的平衡扭矩略有增加;ABS以颗粒状分散在PVC中,呈现典型的"海-岛"结构,分散相粒径较小,随着ABS含量增加,ABS相区平均尺寸略有增加;PVC/ABS合金的韧性大幅提高,当ABS用量为13 phr时,合金的缺口冲击强度从纯PVC的5.06kJ/m^2增至93.19kJ/m^2。

稀土对Mn-Si系贝氏体钢显微组织亚结构细化的影响

通过加入不同含量混合稀土,考察了稀土对M n-S i系贝氏体钢亚结构细化的影响。结果表明,随混合稀土含量的增加,贝氏体条中的亚结构更加细化,亚片条、亚单元数量增加,在稀土含量为0.018%~0.022%时,亚片条宽度尺寸0.2μm^0.9μm,亚单元宽度尺寸30nm^250nm。亚片条、亚单元之间为稳定的残留奥氏体。并对应冲击韧性大幅度提高。当稀土含量达到0.042%,钢中夹杂物显著增加,冲击韧性降低。并从激发形核-台阶长大模型和贝氏体价电子结构理论出发,分析了RE对贝氏体亚结构细化的影响原因。

大过冷工艺下珠光体钢亚结构组织及力学性能

采用TEM和MTS Landmark试验机研究盐浴大过冷工艺下SWRS82B珠光体钢亚结构组织变化及其力学性能,从热力学、动力学和碳原子扩散等方面探索最优热处理工艺。研究结果表明,大过冷工艺下珠光体亚结构组织明显细化,珠光体团尺寸细化至2.39μm,最小片层间距为62.11 nm,且出现粒径55 nm左右的纳米级渗碳体,三者受大过冷工艺的过冷温度和时间的影响较复杂;珠光体钢强度主要由珠光体片层间距决定,而塑性主要受团尺寸影响,二者均受纳米级渗碳体影响,随大过冷工艺的过冷温度和时间的变化而变化。最优大过冷工艺参数为300℃/3 s+550℃。

摩擦磨损-疲劳交互作用下的材料服役行为研究进展

摩擦磨损和疲劳的交互作用致使表面裂纹的萌生和扩展机制与单一磨损或疲劳差异显著,仅用传统的磨损或疲劳断裂理论来分析机械零件材料的摩擦磨损-疲劳问题,将与真实服役情况产生较大偏差。本文从载荷组合形式、竞争关系、摩擦层形成和寿命评估模型等方面综述了摩擦磨损-疲劳交互作用下材料服役行为的研究进展。指出综合考虑摩擦层和塑性流变对裂纹萌生和扩展的干扰效应是解决摩擦磨损-疲劳交互作用下材料服役寿命评估问题的关键。

M2高速钢软氮化渗层中氮碳化合物体积相对量与X-射线衍射峰积分强度的关系

通过X-射线衍射分析方法,对M2钢的软氮化渗层中铁素体相的衍射峰积分强度随渗层深度的变化规律进行分析,发现其软氮化渗层中氮碳化合物总含量与铁素体相衍射峰积分强度呈负相关性,提出了一种宏观测定渗层氮碳化合物总体积相对百分含量的方法。依此方法测算了M2钢的软氮化渗层的氮碳化合物相对体积百分比的分布曲线。