针对机械密封的润滑和泄漏特性,研究发现,同时改善两特性的表面织构往往伴有较复杂的设计准则,而形式相对简单的织构设计在改善润滑性能的同时,往往导致泄漏增加。对互相矛盾的多个性能指标进行协调优化是表面织构技术在机械密封领域面临的挑战。优化算法是一种客观获得问题最优解的有效手段。鉴于此,介绍了基于单目标优化算法的表面织构形状优...
目的研究不同形状织构化模具在冲压后的应力大小和分布情况,从织构化模具应力集中角度,为改善模具寿命提供理论指导。方法利用SolidWorks建立冲压模具三维模型,并且在模具的凹模圆角区域设置三角形、圆形以及二者复合图形,来模拟模具表面的三角形微织构、圆形微织构和复合织构。利用HyperMesh进行网格划分,并在ABAQUS中对冲压过程进行仿真分析,...
目的提升表面沟槽的减振降噪性能,延长其寿命,通过试验方法探索合适的优化方式。方法借助数控加工方法在蠕墨铸铁材料表面加工出一定尺寸沟槽,并在沟槽填充固体润滑剂MoS2,以获得具有不同时变特性的表面。采用球-平面接触方式进行摩擦对比试验,研究沟槽与固体润滑剂MoS2协同作用对界面摩擦振动及噪声特性的影响。结果沟槽与MoS2固体润滑剂协同作...
目的减少光纤脉冲激光器制备表面织构产生的毛刺,提高织构制备的质量。方法利用纳秒激光器在CoCrMo盘加工表面织构时,织构周围会出现随着激光功率增加而升高的毛刺,通过保持激光平均功率不变,增大激光频率的方法来减小织构周围毛刺的高度,并且在材料表面覆盖一层水膜,来进一步减小织构周围毛刺,实现表面织构平坦化,制备出可以直接使用无需二次抛...
目的研究微织构和固体润滑涂层对铝合金表面减摩、抗磨性能的协同作用效果,为铝合金内燃机活塞外圆表面的减摩、抗磨设计提供参考。方法采用脉冲Nd:YAG激光器在试件表面加工出具有规则形貌的正方形凹坑阵列,利用热喷涂工艺在微织构化基体表面喷覆固体石墨涂层,在乏油条件下,利用HSR-2M型高速往复摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验,采用扫描电子显...
目的探究粗糙度对交叉沟槽织构化表面流体动力润滑性能的影响。方法基于质量守恒空化边界条件和平均流量模型的Reynolds方程,建立计入表面粗糙度效应的交叉沟槽织构化表面流体动力润滑理论模型,采用多重网格法进行数值求解,获得润滑油膜的压力分布和承载能力,分析粗糙度对交叉沟槽织构化表面流体润滑性能的影响规律。结果油膜承载能力随着沟槽宽...
目的考察调节激光脉冲能量对纳秒激光加工中熔体体积控制的途径。方法通过纳秒激光加工实验中的微结构火山口相对高度随脉冲能量的变化规律,来间接反映熔体体积随脉冲能量的变化规律。在MATLAB环境下,通过有限元法基于双温模型模拟,研究纳秒激光脉冲作用于铝合金材料表面时脉冲能量对熔体体积的影响规律。结果在低能量密度下,可实现低于10%的火...
目的制备具有防覆冰性能的微织构表面,准确评价微织构表面的结冰性能。方法采用激光二次扫描方法,以铝合金为基底,构筑沟槽-凹坑型复合微织构表面,以水滴在其表面结冰过程的图像为对象,采用阈值法分割图像和背景,对提取出的图像进行形态学运算,通过分析水滴结冰过程中的轮廓变化规律,研究水滴结冰过程的状态变化,进一步界定水滴的结冰时间。结果...
目的提出一种表面凸貌微织构的快速制造方法,并对其表面动压润滑性能及减摩机制进行研究。方法利用高低压复合放电沉积加工技术实现气体介质中金属或半导体材料表面凸貌微织构的制备。高压脉冲电压实现两极间介质的电离度,低压直流放电实现电极材料蚀除,并沉积在工件表现形成微织构。通过控制工具电极直径,可获得直径410μm、高12μm尺度的凸貌微...
目的研究不同形貌的微结构表面对金属表面润湿性能的影响。方法首先在金属材料表面建立一级与二级微结构模型,然后整理得出不同微结构模型评定参数的公式,最后利用Matlab对不同形貌表面相关公式进行模拟计算,绘制得到不同形貌表面润湿特性三维曲线。结果一级微结构中,球形微结构模型表面表观接触角θ皆为定值,即完全润湿θc=74.443°,不完全润湿θw=...
目的研究PTFE薄膜与激光织构化GCr15轴承钢配副在脂润滑条件下的摩擦学性能,探究微织构面积占有率和工况参数对摩擦学行为的影响规律。方法采用二极管泵浦声光调QNd∶YAG激光器对下试样进行表面织构加工,在RtecMFT-5000多功能摩擦磨损试验机上进行往复摩擦学试验,其中上试样为粘结PTFE薄膜的圆柱销,下试样为进行激光织构化的GCr15轴承钢滑块。结...
目的分析刀具表面正弦型沟槽织构不同角度对接触表面摩擦学性能的影响。方法利用激光加工设备在硬质合金表面加工出与垂直线成0°、30°、60°、90°的正弦型沟槽织构,并利用有限元软件FLUENT对不同角度正弦沟槽织构内的润滑液压力等参数进行仿真分析,同时将表面带有织构的硬质合金与钛合金球进行摩擦磨损实验,并通过扫描电镜观察摩擦实验后的表面。...
目的研究微织构刀具在不同切削速度下切削力的变化规律,从而改善刀具的切削性能。方法利用激光技术在PCBN刀具前刀面进行微织构处理,加工微槽宽度分别为30、40μm的垂直微槽和平行微槽,并选择60、72、85m/min三种不同的切削速度,分别用微织构PCBN刀具干式切削AISI52100材料,使用测力仪收集切削过程产生的主切削力、径向力和轴向力。结合有限元仿...
在使役过程中,机械装备的失效往往始于表/界面。轻金属材料(如铝、镁、钛及其合金等)由于其高强度、低密度和高延展性等性能,在航空航天、汽车、电子、生物医学和海洋工程等领域获得了广泛的应用,但由于其化学活性高而易腐蚀、质软而耐磨性差等性质也限制了它们的应用范围。近年来,科学界涌现出对轻金属表面进行微纳米化加工、处理等许多技术,如...
首先介绍了超声冲击金属表面致纳米化的原理、强塑性变形诱导形成纳米晶的机理及纳米晶尺寸和晶粒取向的分析手段,然后结合表面静压力、振幅、单位面积冲击次数等参数变化,总结了超声冲击对金属硬度、粗糙度、残余应力及疲劳性能的影响。超声冲击后,材料表面硬度会大幅提升,表面形貌规则且平整度得到改善。超声冲击诱导产生的纳米晶和残余压应力...
结合国内外表面自纳米化的研究成果,综述了表面纳米晶层产生的机理及表面自纳米化对材料表面硬度、摩擦磨损性能、抗疲劳性能以及耐腐蚀性能等的影响,总结了表面纳米晶层的优势,并针对表面纳米晶层性能及单一表面处理技术的不足,详细介绍了金属表面自纳米化与等离子体扩渗、微弧氧化及化学镀等常规表面处理相结合的复合改性技术研究进展,阐明了...
目的研究氧化石墨烯在离子液体中的分散稳定性及其影响因素,并验证其摩擦学性能。方法采用扩展的DLVO理论,分析计算了表面活性剂与离子液体烷基侧链长度对氧化石墨烯胶体稳定性的影响,并结合实验对理论分析结果进行评估与验证,同时采用摩擦磨损试验机对稳定的氧化石墨烯胶体的润滑性能进行测试。结果未经修饰的氧化石墨烯分散于离子液体中,总势...
目的研究不同静压力条件下,形变诱导纳米化表层对20CrMnTi局部腐蚀萌生行为的影响。方法采用超声滚压技术(USRP,Ultrasonic surface rolling processing)强化20CrMnTi表层,并运用激光共聚焦显微镜、EBSD与电化学方法进行表征,分别评价形变诱导纳米化表层的腐蚀行为以及局部腐蚀行为对表面应力集中状态以及微裂纹萌生行为的影响。结果在弱碱性腐...
目的通过机械合金化与热压烧结相结合的方法制备含有B2结构纳米NiAl相的铁基合金,研究不同含量(质量分数为30%、40%、50%、60%)的纳米NiAl相,对合金显微组织及力学性能的影响。方法以Ni粉和Al粉为原材料,通过高能球磨法制备B2结构纳米NiAl粉体,采用真空热压烧结炉将NiAl粉体与Fe粉混合烧结,得到块体试样。采用扫描电镜(Scanning electron micros...
目的研究三维六叶风车纳米结构的等离子体特性和光学手性。方法设计了一种可调节三维旋转角度的风车纳米结构。在垂直入射的左圆偏振(LCP)和右圆偏振光(RCP)作用下,通过Comsol多物理场仿真软件,数值分析了不同旋转角度三维风车纳米结构的透射光谱、表面电流分布和磁场强度。为了得到三维风车纳米结构的手性光学特性,计算了其不对称因子。结果在...
超疏水表面带来一些可贵的界面性质,包括防结冰、防污染、防氧化等。对于工业产品中常用的玻璃等无机材料,研究人员参照自然界超疏水物质的结构和成分,借助含碳、氟等元素的物质,通过各种方法,合成具有微米-纳米二重粗糙结构和低表面能的有机-无机杂化涂层与基材结合,从而制备超疏水表面。因玻璃表面亲水性的固有性质,在平板显示、触摸屏、太阳...
目的在碳钢基体上制备超疏水表面,提高碳钢的耐海水腐蚀性能。方法采用恒电流沉积结合硬脂酸修饰的方法,在碳钢表面制备超疏水Ni-TiO2复合镀层。通过扫描电子显微镜(SEM)、EDS能谱分析、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD),对样品的形貌、化学组成及晶型结构进行分析。通过接触角测量仪、自清洁测试,对试样的表面润湿性及自清洁性进行分...
目的降低单层光学薄膜的散射损耗。方法通过相干散射理论研究,给出了单层光学薄膜减散射的理论依据。利用电子束热蒸发技术在K9玻璃上分别镀制了单层光学厚度为λ/2的TiO2和λ/4的SiO2薄膜,并通过改变工艺对薄膜的表面粗糙度进行了调控,利用horos散射仪分别测量了镀膜前后光学元件表面的双向反射分布函数。结果对于光学厚度为λ/2的单层TiO2薄膜,当...
目的获得在反应润湿过程中固液界面能与时间变化的关系,掌握反应润湿动力学的核心问题。方法基于反应润湿过程中反应界面处的三相能量处于动态平衡状态,以反应界面新相覆盖率α和界面活性元素占位浓度分数Φs为变量,结合Young方程带入边界条件进行数学推导,并且进一步采用Dezellus推出的cosθ-t关系的动力学方程进行理论推导。通过真空熔炼炉炼制Ni...
缸套-活塞环是内燃机中最重要的摩擦副,该配副的磨损失效占内燃机摩擦磨损故障的40%左右。表面性能强化是提高缸套-活塞环摩擦副服役寿命和可靠性的重要方法。简要分析了内燃机缸套-活塞环服役工况与磨损失效机理,总结了影响缸套-活塞环摩擦磨损行为的重要因素。详细综述了表面改性、表面涂覆和表面复合处理技术在缸套-活塞环表面强化中的研究和...
目的研究离子渗氮的温度及时间对4Cr5MoSiV钢渗氮层组织、表面硬度及耐磨性的影响,获得提高硬度、耐磨性的最优工艺参数。方法对4Cr5MoSiV钢表面进行离子渗氮处理,渗氮温度分别为450、480、510、540℃,保温时间分别为5、10、15、20h。利用维氏显微硬度仪测量渗层深度及表面硬度;利用X射线衍射仪分析渗层物相组成;利用摩擦磨损试验机评价试样耐磨...
目的借助低膨胀合金的因瓦效应,降低熔覆技术产生的热应力,在保证涂层具有低膨胀性的前提下,同时具有优良的机械性能。方法采用激光熔覆技术在316L不锈钢体表面制备了具有低膨胀系数的FeNiCoTiNb涂层。采用SEM、EDS、热膨胀分析仪、摩擦磨损试验机等对涂层的显微组织、残余应力、热膨胀系数、硬度及耐磨性能进行了分析。结果涂层主要由具有FCC结...
目的探讨和研究Cr3C2/NiCr-Ag-MoO3-CaF2和Cr3C2/NiCr-CaF2金属陶瓷涂层与ZrO2配副在宽温域(室温~800℃)内的摩擦磨损行为和磨损机理。方法以Cr3C2/NiCr作为基底材料,CaF2、Ag、MoO3作为固体润滑剂,采用大气等离子喷涂技术在718高温合金钢基体表面,制备Cr3C2/NiCr-Ag-MoO3-CaF2和Cr3C2/NiCr-CaF2金属陶瓷涂层。采用UMT-3高温摩擦磨损实验机评价...
目的研究乏油工况下GLC和DLC两种碳膜在航空轴承上的应用。方法通过磁控溅射技术在单晶硅片P(100)、轴承钢样块和轴承套圈表面分别制备了GLC和DLC两种薄膜。利用扫描电镜(SEM)、拉曼光谱对薄膜的截面和磨痕形貌及结构进行了分析。利用纳米压痕仪、摩擦磨损试验机等对薄膜的力学性能和摩擦学性能进行了研究。利用轴承试验机对镀两种膜的轴承进行...
目的研究等离子喷涂与超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层的组织、力学性能和摩擦磨损性能。方法采用等离子喷涂与超音速火焰喷涂工艺制备NiCr-Cr3C2涂层,并采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、万能试验机、显微硬度计和高速往复摩擦磨损试验机,系统地分析了两种工艺所得涂层的物相、组织、结合强度、硬度及摩擦磨损性能。结果两种工艺制备的NiCr-...
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