石墨微胶囊改性超高分子量聚乙烯舰船水润滑尾轴承复合材料的摩擦学性能

舰船水润滑尾轴承用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料在低速重载工况下常出现严重磨损,填充石墨能够提高材料的自润滑性,但会因团聚效应难以共混均匀,将石墨微胶囊化可提高分散性。通过复乳液法制备芯材为石墨、壁材为脲醛树脂的微胶囊,与UHMWPE共混制成复合材料,并制备石墨共混材料作为对照组。在载荷为0.6 MPa、转速分别为150 r/min和250 r/min的工况下测试复合材料的摩擦磨损性能;利用激光干涉表面轮廓仪和扫描电子显微镜观察其磨损面形貌,分析磨损机理。结果表明：石墨微胶囊在基体材料中具有良好的分散性,能够降低材料的摩擦系数并且使摩擦系数变化更为稳定;适量的石墨微胶囊能改善磨损面形貌,降低磨损量;试验中微胶囊含量为5%的材料摩擦学性能最好,150 r/min时摩擦系数为0.110,与纯UHMWPE相比降低了23.61%.     

机械球磨法制备TiC/Al复合涂层的显微组织及力学性能

采用高能球磨机,室温下在2024铝合金表面制得TiC/Al复合涂层。利用SEM,XRD、显微硬度测试和摩擦磨损测试等技术分析涂层的显微形貌、组织结构及力学性能并初步探讨涂层的形成机理。结果表明,在350r/min转速下球磨3h后,2024铝合金表面形成界面结合良好且平均厚度为20μm的TiC/Al复合涂层。涂层最大显微硬度值高达314HV0.1,是基体硬度值的2倍多。界面处的显微硬度呈现梯度变化,对合金层起到很好的缓冲和支撑作用。摩擦磨损测试表明,涂层有效地降低原有材料的摩擦因数,使其耐磨性得到一定程度的提高。     

占空比对脉冲电沉积Ni-AlN镀层摩擦学性能的影响

采用脉冲电沉积方法在45#钢表面制备Ni-Al N镀层。利用显微硬度计、摩擦磨损试验机及摩擦因数测定仪研究Ni-Al N镀层显微硬度、磨损量及摩擦因数,并利用扫描电镜(SEM)观察Ni-Al N镀层磨损表面形貌。结果表明,当脉冲占空比为50%,Ni-Al N镀层显微硬度达到最大值808HV,磨损率达到最小值0.104%,摩擦因数达到最小值0.33。镀层表面划痕较浅,且黏着磨损现象较轻。     

复合材料密封环微观摩擦状态模拟与摩擦性能对比分析

根据复合材料密封环材料非均匀性的特点,构建密封环微观摩擦接触的移动元胞自动机计算模型。按照实际工况条件施加负荷,可视化的模拟结果可以直观地表达出密封摩擦副微观表层结构的动态演化过程。对聚酰亚胺（PI）和聚四氟乙烯（PTFE）两种复合材料密封环进行对比分析,获得在模拟时间内摩擦系数变化过程。分析结果表明：在相同负荷下,两种材料的机械混合层的形成过程基本一致,PI密封环的摩擦系数大于PTFE密封环的摩擦系数,填充材料的性质和形态决定微观尺度的摩擦特征。开展两种材料的密封环摩擦试验,对宏观和微观的摩擦系数进行对比分析,证明移动元胞自动机模拟微观尺度摩擦状态的有效性,为密封材料选型提供一个合理的数值实验方法。     

延寿修复材料在身管武器上的应用研究

为了研究延寿修复材料对武器身管的修复延寿效果,开展了延寿修复材料的应用研究。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能谱仪、烧蚀试验机、摩擦磨损试验机等对延寿修复材料的形貌、相结构、烧蚀性能、腐蚀性能、摩擦磨损性能进行了表征;并利用某型枪、某型滑膛炮进行了实弹射击试验。研究结果表明：修复后,在金属表面附着一层涂层材料,枪管及炮管表面的凹坑、裂纹逐渐被填补,表面渐趋光滑;修复材料使用后能够明显降低枪管温升,且不会对枪的精度产生影响;对于中小口径火炮,修复材料可在一定范围内增大弹丸初速,减小膛径磨损量。     

空心锥撞击杆对分离式霍普金森压杆入射脉冲弥散的抑制效果分析

为了抑制入射脉冲弥散效应,采用动力有限元软件分析了常规分离式霍普金森压杆（SHPB）入射脉冲几何弥散的空间变化规律,发现入射杆中沿着应力波传播方向,几何弥散效应趋于增强;横截面上沿径向向外弥散效应趋于减弱。为此,在撞击杆的碰撞端部挖去一个共轴圆锥,称改造后的撞击杆为空心锥撞击杆。进而分析了空心锥撞击杆获得入射脉冲几何弥散的空间变化规律,结果表明：入射脉冲初始振荡得到有效抑制,且加载上升时间变长,空心锥的底面半径越大、锥角越小对弥散效应抑制效果越好;研究还发现采用空心锥撞击杆时,碰撞端面的摩擦效应对入射脉冲几何弥散影响不大,只是改变了振荡波的相位。最后,采用实验方法对该种改造方法的效果进行了验证,实验结果与理论和数值分析结果吻合较好。     

激光清洗中振镜扫描速度对7075铝合金表面质量和摩擦特性的影响

采用脉冲激光对7075铝合金表面原始氧化膜进行了激光清洗实验，探究振镜扫描速度对7075铝合金清洗表面形貌、氧含量和物相组成的影响规律，通过激光共聚焦显微镜和摩擦磨损试验机研究了7075铝合金的表面粗糙度和耐磨性能。研究结果表明：随着振镜扫描速度从2 500 mm/s增加至4 500 mm/s,清洗表面氧含量和粗糙度均呈现先减小、后增大的趋势，当扫描速度为3 500 mm/s时，表面氧含量和粗糙度均达到最低，分别为1.45%和0.344μm,当扫描速度为2 500 mm/s时，清洗表面会出现严重的熔融现象，光斑凹坑以及波纹状凸起使得清洗表面粗糙度增大，当扫描速度小于等于3 000 mm/s时，清洗表面会发生热氧化，生成了主要由Al₂O₃组成的新的氧化膜；激光清洗后，粗糙度较小的熔融层可提高清洗表面减摩耐磨性；在10 N的摩擦载荷下，严重熔融的清洗表面在摩擦过程中会发生疲劳剥落；清洗表面磨损机制主要以磨粒磨损和剥层磨损为主。     

电沉积方法对Ni-ZrO2复合镀层结构与性能的影响

分别采用机械搅拌-直流电沉积方法、机械搅拌-脉冲电沉积方法和超声波振荡-脉冲电沉积方法制备Ni-ZrO_2复合镀层,利用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪表征复合镀层的表面形貌和晶相结构,利用显微硬度计和摩擦磨损试验机检测复合镀层的显微硬度和耐磨性。结果表明:与机械搅拌-直流电沉积和机械搅拌-脉冲电沉积的复合镀层相比,超声波振荡-脉冲电沉积的复合镀层表面平整、致密,晶粒细小,平均晶粒尺寸为(50~100)nm;择优取向发生改变,在(220)晶面呈择优取向,而非(200)晶面;显微硬度明显提高,接近600HV;耐磨性改善,磨损形式为轻微磨粒磨损,磨损量降低,仅为2.29 mg。     

嵌入式共固化复合材料阻尼结构湿热处理前后的摩擦磨损性能研究

按照T300/QY8911复合材料预浸料固化工艺曲线制成嵌入式共固化复合材料阻尼结构试件,分别对其进行摩擦、磨损实验,同时对湿热试验后试件作耐磨性对比,获得了该复合材料的摩擦系数和磨损量随阻尼层厚度变化曲线,并对实验数据进行分析和研究;结果表明:湿热处理前后,阻尼结构的抗摩擦、磨损特性是随阻尼层厚度的增加而降低;穿孔阻尼结构能较大程度地提高嵌入式共固化复合材料阻尼结构的抗摩擦、磨损性能;在相同阻尼薄膜厚度情况下,穿孔阻尼结构在湿热处理前摩擦系数和磨损量分别降低了9.85%和16.67%,在湿热处理后摩擦系数和磨损量分别降低了8.32%和11.43%;为进一步探索全天候、超高速、高耐磨性能的嵌入式共固化复合材料有重要的指导意义。     

高聚物粘结炸药及其涂层的摩擦性能

分别采用材料试验机和纳米压痕仪测试了两种高聚物粘结炸药(PBX)材料(P1、P2)和两种高分子涂层(C1、C2)在宏观和微纳尺度上的摩擦性能,并对这四种材料的摩擦性能进行了比较,同时还对这四种材料在60℃、80%RH、2个月条件下老化后摩擦性能的变化进行了试验研究。试验结果表明:(1)两种尺度上的摩擦性能具有一定的相关性;(2)四种材料中,C1涂层摩擦系数明显偏大,与P1、P2差异明显,C2涂层摩擦系数与P1、P2比较接近;(3)老化后,只有C1涂层摩擦系数增大,其它材料摩擦性能没有显著变化。     

工艺参数对电沉积钴镍合金镀层成分及耐磨性能的影响

利用电沉积技术在碳钢表面制备纳米晶钴镍合金镀层,并辅助超声波分散加机械搅拌,获得具有良好减摩性能的纳米晶、低微摩擦系数的钴镍合金镀层材料。研究了电流密度、温度、pH值等工 艺参数对合金镀层成分及耐磨性的影响。利用扫描电镜、场发射扫描电镜、X射线衍射仪分析了镀层表面的显微组织、相结构及成分含量,通过UNMT1微纳米材料力学综合测试系统考察镀层的微磨损性能。结果表明,获得的合金镀层组织细密、结构均匀,工艺参数对合金层的微摩擦系数影响较大,在最佳工艺参数电流密度1.5 A/dm²、温度50 ℃、pH值为4.0时合金镀层的平均摩擦系数最小为0.18,合金具有较好的耐微摩擦磨损性能。     

电流密度对Ni-AlN仿生镀层耐磨性的影响

采用脉冲喷射电沉积法在40钢表面制备Ni-AlN纳米仿生镀层,通过ANSYS软件确定最佳微凹坑仿生结构参数,对不同电流密度制得的微凹坑状Ni-AlN纳米仿生镀层的微观形貌、组织结构、耐磨性进行研究。结果表明:微凹坑状仿生表面具有一定的减磨效果,最佳微凹坑结构参数是直径为200μm、间距为300μm。此外,随电流密度提高,镀层中AlN纳米粒子复合量先增后减,Ni晶粒尺寸先减后增,电流密度提高未影响镀层成分。电流密度为2 kA/m²时,AlN纳米粒子复合量最高,镀层表面组织致密,硬度最高,为806HV,摩擦因数最小,经磨损后仅产生多条较浅划痕,说明适宜的电流密度能显著提升Ni-AlN纳米仿生镀层耐磨性。     

加工电流对线切割加工5Cr5WMoSi摩擦性能的影响

利用几组生产中常用的加工电流参数加工5Cr5WMoSi工具钢,测量表面硬度、表面粗糙度的变化,观察表面和截面的显微组织并分析其对摩擦磨损性能的影响。结果表明:电火花线切割加工5Cr5WMoSi工具钢时用1.5 A的加工电流可以获得内部结构紧凑致密的重铸层,表面粗糙度Ra达到2.24,相对于基体材料,表面硬度提高3.98%达到696.4HV,摩擦因数下降4.05%,达到0.71;相对于3.0和4.5 A加工电流,加工表面在摩擦磨损试验中的磨痕轮廓更平滑,摩擦磨损性能更优良。     

镍基WC陶瓷涂层的干滑动摩擦磨损性能

为了改善制动器的制动性能,即提高它的耐磨性和摩擦系数,对4种WC含量不同的镍基复合涂层的摩擦磨损性能进行了试验研究,并且利用扫描电子显微镜对复合涂层的磨损面进行了观察,在此基础上对其抗磨机理和WC含量对涂层摩擦磨损性能的影响进行了分析与讨论.试验结果表明,含WC硬质相的镍基复合涂层的耐磨性和摩擦系数都高于基体HT250,其原因是涂层具有较高的硬度和较好的韧性.     

载荷对含Cr碳膜摩擦磨损性能影响研究

用闭合场非平衡磁控溅射技术制备了高硬度含Cr碳膜。分别用压入法和划痕法测定了薄膜的结合强度。薄膜厚度用球坑法表征。用显微硬度计测定了薄膜的努氏硬度。在不同载荷条件下,用Ball-on-disc球盘磨损试验机研究了薄膜的摩擦系数、比磨损率的变化规律。分析讨论了载荷对含Cr碳膜摩擦磨损性能的影响。结果发现：随着载荷的提高,对磨钢球时薄膜的摩擦系数呈下降趋势．对磨损轨迹和对磨球磨损表面的扫描电镜（SEM）观察发现存在转移膜现象。对磨球磨损表面的EDX分析结果进一步证明了转移膜的存在。文中还对含Cr碳膜磨损机理进行了分析和讨论。用闭合场非平衡磁控溅射技术制备了高硬度含Cr碳膜。分别用压入法和划痕法测定了薄膜的结合强度。薄膜厚度用球坑法表征。用显微硬度计测定了薄膜的努氏硬度。在不同载荷条件下,用Ball-on-disc球盘磨损试验机研究了薄膜的摩擦系数、比磨损率的变化规律。分析讨论了载荷对含Cr碳膜摩擦磨损性能的影响。结果发现：随着载荷的提高,对磨钢球时薄膜的摩擦系数呈下降趋势．对磨损轨迹和对磨球磨损表面的扫描电镜（SEM）观察发现存在转移膜现象。对磨球磨损表面的EDX分析结果进一步证明了转移膜的存在。文中还对含Cr碳膜磨损机理进行了分析和讨论。     

激光织构对干摩擦性能的影响及机理研究

采用LM-YLP-20F-Ⅱ型激光打标机进行表面织构化处理,形成具有规则排列的圆形微坑阵列。通过环-块线接触摩擦磨损试验,研究了不同面密度的激光表面织构对干摩擦磨损性能的影响,采用探针轮廓仪和扫描电镜对试件的表面形貌进行了分析。建立了摩擦副的简化接触有限元模型,模拟摩擦副的滑动摩擦过程,从应力的角度分析表面织构对干摩擦性能的影响机理。试验结果表明：激光表面织构化对试件表面硬度影响显著;当激光织构面密度小于20%时,构成摩擦副的两试件的磨损量都小于无织构情况;当织构面密度大于20%时,与无织构情况相比,织构化试件的磨损仍降低,但对偶件的磨损反而增大。仿真结果表明：对织构化试件的对偶件来说,在一定的织构面密度范围内,在平均应力无大幅提高的前提下,织构凹坑的存在,缓解了接触区应力集中现象,从而有利于降低磨损。采用LM-YLP-20F-Ⅱ型激光打标机进行表面织构化处理,形成具有规则排列的圆形微坑阵列。通过环-块线接触摩擦磨损试验,研究了不同面密度的激光表面织构对干摩擦磨损性能的影响,采用探针轮廓仪和扫描电镜对试件的表面形貌进行了分析。建立了摩擦副的简化接触有限元模型,模拟摩擦副的滑动摩擦过程,从应力的角度分析表面织构对干摩擦性能的影响机理。试验结果表明：激光表面织构化对试件表面硬度影响显著;当激光织构面密度小于20%时,构成摩擦副的两试件的磨损量都小于无织构情况;当织构面密度大于20%时,与无织构情况相比,织构化试件的磨损仍降低,但对偶件的磨损反而增大。仿真结果表明：对织构化试件的对偶件来说,在一定的织构面密度范围内,在平均应力无大幅提高的前提下,织构凹坑的存在,缓解了接触区应力集中现象,从而有利于降低磨损。     

轨道炮弹丸所处强磁场环境屏蔽设计与仿真

针对电磁发射过程中产生的脉冲强磁场对发射包内电子器件产生较强干扰问题,采用 COMSOL中 PDE模块对电磁发射过程中的速度趋肤效应进行仿真计算,建立轨道炮的面电流分布模型和脉冲电流模型;采用趋肤效应理论分析电磁屏蔽原理,建立了屏蔽效能评估方法,并设计了一种屏蔽体模型。分别采用导电、导磁材料设计了单层、多层组合屏蔽体,用 COMSOL中磁场模块计算离弹底不同距离处的强磁场屏蔽效果,得出在离电枢较近时,导电材料与导磁材料的屏蔽效能较低,屏蔽体距离电枢越远时,导电材料的屏蔽效能不变,导磁材料的屏蔽效能逐渐提高,距离电枢100 mm时屏蔽效能达到34 dB。轨道炮磁场的低频特性使得导电材料的屏蔽效能较低,高磁通密度使得导磁材料的屏蔽效能较低,得出弹丸内智能电子元器件应置于远离电枢的弹头。     

高速载流电枢表面瞬态温度场仿真与测量

高速滑动电接触属于特殊工况下的摩擦磨损问题。大载流条件下,电枢和滑轨接触表面间的瞬态温升是导致材料失效的重要原因。为研究引起电枢温升的因素,在传热学理论的基础上建立了电接触副的二维有限元模型,通过控制单一变量的方法,研究了各仿真参数对电枢温升的影响规律。研究结果表明：电枢最高温度分别随电流、滑行距离、接触面摩擦因数的增大呈增长趋势,随接触压力的增大呈“U”型变化趋势。在此基础上,进行了电接触构件表面温度测量实验,实验结果与理论分析结果基本吻合,表明所建仿真模型的正确性,为大载流高速滑动电接触中接触副材料的选取及如何降低温升、提高电接触性能提供了参考依据。