电连接器微动腐蚀损伤行为与机理研究综述

电连接器在服役期间,其电接触界面很容易受到振动和微位移的影响,并在腐蚀气氛的作用下,产生微动腐蚀损伤.当接触电阻值(Electrical contact resistance,ECR)超过一定阈值时,即判定为接触失效.人们对电接触微动腐蚀问题的认识过程是随着工业社会的发展和研究手段的进步而不断逐步深入的,因此从行为和机理两个方面综述了微动腐蚀研究的发展和现状.为了降低ECR,提高电接触的耐久性,研究人员围绕材料、镀层种类和厚度、接触力、振幅、频率、温度、相对湿度、气体氛围等因素对微动腐蚀的影响做了大量的试验和分析工作,介绍了其中比较活跃的研究团队以及他们的主要工作.分别详细介绍了Antler和Bryant描述的微动腐蚀模型,4种不同微动滑移状态的产生机制和微观形貌分析,进而对ECR产生的影响.由于电连接器受到振动应力、温度应力和电应力的综合作用,在内部接触件上发生电-热-机械多物理场耦合作用,故综述了材料性能与行为、接触条件和环境条件3个方面10个因素的影响作用.还归纳总结了应用于电接触微动腐蚀研究的主要方法,最后从多因素耦合作用、海洋环境影响和射频连接器应用3个角度探讨了未来研究的重点方向.     

316L不锈钢在NaCl溶液微动过程中局部腐蚀作用研究

采用球－平面接触微动磨损设备,对轧制固溶３１６Ｌ不锈钢在０．９％ＮａＣｌ溶液微动过程中局部腐蚀的作用进行了研究。结果表明微动是使不锈钢发生腐蚀的主导因素,开路状态下,３１６Ｌ不锈钢在微动过程中发生严重缝隙腐蚀,金属离子在微动区外发生氧化反应,生成碱性氢氧化物沉淀,加剧了微动区中心的贫氧特征,并改变了材料表面印化膜与基体间的应力状态,使材料表面氧化膜发生局部损伤,成为主导微动损伤扩展的主要因素之一,     

Hank’s溶液和生理盐水中纯钛的复合微动腐蚀特性

采用球/甲面接触方式,进行纯钛(TA2/TA2)在Hank's溶液和生理盐水中的常温切向和径向复合微动腐蚀实验.实验接触角θ为45.,最大径向载荷Fmax为100、200和300N,微动循环周次为5×104次.在摩擦动力学分析和耗散能计算分析基础上,用扫描电镜(SEM)和激光共焦扫描显微镜(LCSM)测定了磨损量,分析磨损机制.结果表明:在Hank's溶液和生理盐水中,复合微动F-D曲线呈现准梯形和椭圆形二阶段特征:相同载荷条件下,TA2在Hank's溶液中材料损失量比在生理盐水中小,这与在相同条件下Hank's溶液中的耗散能比在生理盐水中小的结果一致.在二种介质条件下,TA2的复合微动磨损主要以磨粒磨损和剥层方式进行.     

接触载荷对TC4钛合金微动磨损行为的影响

目的在不同的载荷和位移幅值下,结合微动图研究微动接触状态、滑移状态、损伤体积三者对微动摩擦磨损的影响以及不同微动接触状态和滑移状态下材料的损伤机理,为机械构件的微动磨损防护设计提供一定的理论支持。方法在相对湿度为50%、干摩擦条件下,运用SRV-V摩擦实验机,采用球/平面接触形式研究了TC4钛合金/GCr15钢球摩擦副的微动摩擦磨损行为。实验后,用原子力显微镜、纳米压痕仪、三维光学轮廓仪、场发射扫描电子显微镜及其自带的EDS,测试TC4试样的表面形貌及粗糙度、弹性模量与硬度、磨损体积与截面形貌和显微结构及磨斑、磨屑形貌成分等。结果在较低法向载荷下,完全滑移(GSR)占主导地位。磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损以及疲劳脱层是主要的损伤机理。另一方面,在较高法向载荷下,混合滑移(MSR)、部分滑移(PSR)占主导地位。损伤机制是由于高的应力集中,导致疲劳裂纹。此外,不同的微动运行条件下和材料损伤区域也不相同。完全滑移条件下,损伤主要集中在磨斑中心,而部分滑移条件下,损伤主要集中在磨斑边缘。结论切向摩擦力、微动振幅是影响微动磨损的重要因素。小位移幅值下,磨屑可以减缓接触面钛合金基体材料的微动磨损;而大位移幅值下,磨屑会加剧接触面基体材料的微动磨损。     

TC4合金微动腐蚀行为的研究

研究TC4合金在氯化钠溶液中的微动磨损行为,分析不同摩擦副材料下载荷与磨损形貌、摩擦系数和磨损量的关系。结果表明,微动磨损机制是粘着磨损-疲劳脱层-磨粒磨损和腐蚀磨损;腐蚀介质下摩擦系数曲线比干空气的低且平稳;Al_2O_3/TC4摩擦系数曲线波动较大,载荷较大时由微动转为往复滑动。Si_3N_4/TC4磨损量和磨损率均比GCr15/TC4的大,GCr15/TC4耐磨性优于Si_3N_4/TC4,GCr15球作摩擦副材料时磨损性能最好。TC4在氯化钠溶液中的失重是由机械磨损、腐蚀和磨损的交互作用造成的。     

316L不锈钢微动磨蚀过程力学化学交互作用的迁移行为

用球-平面接触微动设备研究了316L不锈钢微动损伤速率随微动时间的变化,解析了316L不锈钢不同微动阶段的损伤机制.316L不锈钢微动分三个阶段第一阶段为微突体接触机制,犁沟损伤严重;第二阶段缝隙腐蚀的发生发展成为影响微动的主导因素;第三阶段是腐蚀疲劳微断裂所致剥层机制为主的损伤过程.力学化学交互作用分量在稳定阶段占损伤的60％以上,对316L不锈钢微动损伤影响显著;力学分量随微动过程的进行线性下降,腐蚀分量线性增长,但力学因素是材料微动损伤的主要因素.     

316不锈钢微动磨蚀过程力学化学交互作用的迁移行为

用球-平面接触微动设备研究了316L不锈钢微动损伤速率随微动时间的变化,解析了316L不锈钢不同微动阶段的损伤机制.316L不锈钢微动分三个阶段：第一阶段为微突体接触机制,犁沟损伤严重;第二阶段缝隙腐蚀的发生发展成为影响微动的主导因素;第三阶段是腐蚀疲劳微断裂所致剥层机制为主的损伤过程,力学化学交互作用分量在稳定阶段占损伤的60%以上,对316不锈钢微动损伤影响显著,力学分量随微动过程的进行线性下降,腐蚀分量线性增长,但边学因素是材料微动损伤的主要因素。     

Ti6Al7Nb合金氮离子注入层在小牛血清溶液中的扭动微动摩擦磨损性能

利用高能离子注入及增强沉积系统对Ti6Al7Nb合金做了不同剂量的氮离子注入处理,采用球/平面接触模式,对Ti6Al7Nb合金及其离子注入层/ Zr2O球（直径为25.2 mm）接触副在小牛血清介质条件下进行了扭动微动磨损实验研究。结合动力学分析,借助X射线衍射仪（XRD）、三维形貌仪（3D-profiler）和扫描电镜（SEM）分析了测试材料成分及其扭动微动磨损磨痕形貌和微观组织结构, 探讨了Ti6Al7Nb合金及其离子注入层的扭动微动运行行为和损伤机制。结果表明：N+离子注入在钛合金表面形成了氮化钛层,使钛合金表面的微观硬度明显提高,随着注入剂量的增加,钛合金的硬度逐渐升高,磨痕逐渐变小,磨粒逐渐变细,其抗扭动微动磨损性能也提高     

316L不锈钢微动磨蚀过程力学化学交互作用研究

采用球－平面接触微动设备,对３１６Ｌ不锈钢在不同ＮａＣｌ溶液中微动过程力学化学交互作用进行了研究,并解析了材料微动损伤速率与溶液腐蚀特性之间的关系。结果表明,材料微动过程力学化学作用相互促进,力学损伤在微动损伤过程中占居主导作用。强碱性、强酸性及溶液富含Ｃｌ＾－的情况下,都可导致材料严重微动损伤,而在中性条件下,力学因素对化学损伤促进作用最为明显。     

纯钛和钛合金在人工唾液中的复合微动磨损行为(英文)

在改进后的液压伺服双向微动磨损试验机上实现双向微动。在人工唾液环境中,对TA2纯钛和Ti6Al7Nb合金在6 mm/min的加载速度下以不同接触倾角(45°和60°)和不同最大外加载荷(200~400 N)条件下进行复合微动磨损实验。详细研究循环垂向力和倾斜角的影响。结合动力学分析与微观检测结果显示:磨痕和塑性变形累积呈现强烈的非对称性。在人工唾液环境中和相同实验参数下,Ti6Al7Nb合金比TA2纯钛具有更好的抗磨损性能,并随着倾斜角度的增加和外加载荷的降低,磨损相应减轻。TA2纯钛和Ti6Al7Nb合金在人工唾液环境中的复合微动磨损机制是磨粒磨损、氧化磨损和剥层。     

7075铝合金在VG46油润滑工况下的扭转复合微动磨损特性

采用球/平面接触方式,考察7075铝合金在VG46油润滑工况下不同倾斜角度和角位移幅值对扭转复合微动磨损特性的影响。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)分析7075铝合金的磨痕表面及剖面形貌、磨损机制,用双模式表面轮廓仪分析磨损体积。结果表明:润滑油对扭转复合微动运行和损伤机制存在显著影响,润滑油明显改变微动运行区域,随着倾斜角度的增加,微动的混合区逐渐缩小甚至完全消失。微动运行区域对润滑油的润滑性能也有重要影响,在部分滑移区,微滑仅发生在接触边缘,润滑油对微动的影响甚微;在混合区,润滑油渗入表面微裂纹加速了疲劳裂纹的扩展;在滑移区,接触界面间形成了润滑油膜,显著地减缓了微动损伤。     

304不锈钢在Na_2SO_4溶液中的微动腐蚀行为

用微动摩擦磨损试验机进行304不锈钢/Al_2O_3摩擦副在Na_2SO_4溶液中的微动腐蚀磨损实验。利用脉冲电位评价微动磨损产生的新生面与磨损表面的关系。结果表明,微动腐蚀磨损量随电位的增高而增大;新生面的面积约为磨痕面积的1/10;304不锈钢的微动腐蚀磨损是由电化学作用引起的腐蚀磨损。     

Ti6Al4V 合金在Saline溶液中的扭动微动磨损

在球/面接触中存在四种微动模式,即切向、径向、转动和扭动微动,在生理介质中扭动微动是人工关节失效的主要原因之一。本文成功建立了一种可在恒温液体介质中实现球/面接触扭动微动的新的试验系统。利用该系统,在37℃的Saline溶液中进行了钛合金/二氧化锆陶瓷球的扭动微动试验,详细讨论了扭动微动的运行行为和损伤机理。结果表明,扭动微动动力学行为在很大程度上取决于扭动角位移振幅和周期数。研究建立了扭动微动运行工况图（RCFM）,包括3个区域,即：部分滑移区（PSR）,混合区（MFR）和完全滑移区（SR）。在部分滑移区,接触中心没有发现任何损伤,接触边缘上只观察到轻微的擦伤和磨损。在混合区,损坏区域从接触边缘向中心扩展,接触中心无损伤,接触边缘区域出现氧化磨损和损伤。在滑移区,整个接触区域均发生损伤,损伤机理主要是磨蚀磨损、氧化磨损、和粘着磨损。     

弯曲微动工况下17CrNiMo6钢的疲劳特性分析

在高精度弯曲微动疲劳试验机上,通过改变试验参数,如循环次数、弯曲载荷和法向接触载荷,对机械传动部件用17CrNiMo6钢进行了系统的弯曲微动疲劳试验,基于试验数据建立了微动疲劳S-N曲线。采用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜,通过分析试样的微动疲劳断口、接触载荷对弯曲微动疲劳损伤的影响和损伤区微观组织,研究了17CrNiMo6钢弯曲微动疲劳损伤机理,得出了一些规律性结论。     

喷丸处理对锆合金微动磨损及抗腐蚀性能的影响

目的探索喷丸处理工艺对锆合金包壳管的微动磨损及抗腐蚀性能的影响。方法对锆合金包壳管进行喷丸处理,对原始试样及喷丸处理试样进行微动磨损试验,并测量磨损深度和磨损体积、表征微动磨损后的表面粗糙度和表面形貌。此外,对原始试样及喷丸处理试样进行腐蚀试验,测量喷丸前后锆合金的腐蚀增重。结果喷丸处理使ZIRLO锆合金的磨损体积相对于未处理试样减少了5.7%。喷丸处理能够提高ZIRLO锆合金包壳管的硬度,但是高硬度区域较薄,约为4～8μm。腐蚀介质为去离子水和Li OH溶液时,喷丸试样的腐蚀增重分别经过140 d和220 d后低于原始试样。Li OH溶液条件下,未喷丸的ZIRLO合金管氧化膜的厚度约为15μm,喷丸后ZIRLO合金管氧化膜的厚度约为1.21μm。结论喷丸处理在一定程度上可以提高ZIRLO锆合金抗微动磨损性能和抗腐蚀性能,其中抗微动磨损性能有提高,但幅度不大,这与硬化层较薄有关。喷丸后试样经过腐蚀试验,腐蚀增重减少,氧化膜厚度减小,说明抗腐蚀性能增强,但喷丸试样的抗腐蚀性能在腐蚀进行到一定阶段时才开始体现。     

钛合金在海水中的微动磨损特性

采用SRV磨损实验机对TC11钛合金在海水环境下的微动磨损特性进行了研究，分析了载荷大小、振幅以及润滑介质等对摩擦系数和磨损量的影响。结果表明，钛合金的摩擦系数随着振幅的增加而越来越稳定，磨损量则随着载荷或振幅的增加而增加：当振幅较小时，微动磨损机制主要为疲劳脱层伴随着磨粒磨损；当振幅较大时，磨损机制则为磨粒磨损：与水介质相比，海水中的摩擦系数明显降低，最低可降到50％，但在海水中的磨损量却总是小于在水中的磨损量，腐蚀磨损呈“负交互”规律。     

抗微动损伤的表面工程设计

针对内燃机车16V280ZJ型柴油机连杆的微动损伤，在失效分析和接触力学分析的基础上，进行了表面工程技术可行性方案的比较，确定了固体润滑涂层的表面处理方案。研究采用了极图法，对粘接MoS2、粘接石墨、粘接PTFE和电刷镀Pb／Ni等4种涂层的性能和微动特性进行了定量比较，结果表明，粘接MoS2涂层具有最佳的抗微动损伤特性。实际应用表明，经表面工程设计选择的涂层显著提高了连杆部件的使用寿命。     

微动幅值对Ti-6Al-4V合金摩擦特性的影响

钛合金的微动磨损会加速裂纹萌生及扩展,甚至导致构件提前失效。为了在有限元建模过程中提供更加准确地反映钛合金摩擦特性的数据,更好地模拟微动磨损行为,对微动幅值为10~300μm时,球/平面接触Ti-6Al-4V合金的微动摩擦特性进行了研究,测量了不同微动幅值下的摩擦系数,对微动斑中心区域的表面形貌进行了表征,并对接触界面不同深度处的化学成分进行了检测。结果表明,微动幅值为100μm时摩擦系数最大,不同微动幅值下,摩擦系数的演变不一致,且摩擦系数的演变与微动模式有关;微动幅值的不同会导致表面形貌的差异,随着微动幅值的增大,磨屑颗粒逐渐减小,同时形状从块状逐渐向球形转变;此外,当微动幅值较大时,钛合...     

螺栓底座裂纹分析

本文分析了飞机前襟翼作动筒连接螺栓底座表面裂纹的形成原因。对底座表面裂纹形貌以及渗层组织进行了观察,并且对螺栓的化学成分以及硬度进行了测定。结果表明,螺栓底座的表面裂纹为渗碳层裂纹,该裂纹性质为疲劳裂纹,裂纹起始于微动腐蚀形成的表面点蚀坑。采用显微硬度法检查渗碳层深度为1．2mm,超过了渗碳层深度的设计要求（0．6—1mm）。分析认为,螺栓底座表面裂纹的形成与渗碳层深度超标有关,而微动磨损产生的点蚀坑促进了渗碳层疲劳裂纹的萌生。     

TC4合金在不同环境介质中微动磨损行为研究

采用SRV-IV微动磨损试验台,研究TC4钛合金在空气和纯水介质中不同位移幅值下的微动磨损行为及其在模拟海水中的微动腐蚀特性,利用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜分别对磨痕表面形貌、磨损体积及磨痕轮廓进行表征,分析了钛合金在不同环境介质中的微动磨损机制。结果表明:摩擦系数随位移幅值的增大呈现出先增大后减小的趋势,磨损体积随位移幅值的增大而增大;干摩擦条件下,摩擦系数较高且波动剧烈,磨损体积较小,磨损机制主要为磨粒磨损、粘着磨损并伴有氧化磨损;与干摩擦相比,水介质中的摩擦系数较低,磨损体积显著增大,且模拟海水中的摩擦系数更低更稳定,磨损轮廓更深,说明腐蚀与磨损之间存在"正"交互作用;TC4合金在纯水介质中的微动磨损机制主要为疲劳磨损和磨粒磨损,而在模拟海水中的微动磨损机制主要为磨粒磨损和腐蚀磨损。