表面微织构涂层-基体系统重载弹流润滑性能分析

目的研究表面涂层与织构化协同作用时摩擦副的重载弹流润滑性能,为重载传动的摩擦学设计提供参考。方法基于广义Reynolds方程、线弹性方程以及载荷平衡方程,建立表面微织构涂层-基体系统的弹流润滑模型,并无量纲化,然后运用Full-system有限元法编程求解,探讨涂层的弹性模量以及三角形织构深度、宽度、密度对系统弹流响应的影响。结果载荷一定时,薄膜涂层(2μm)的弹性模量变化(50～500 GPa)对油膜压力整体分布影响较小,但二次压力峰在硬质涂层上更为显著。在涂层与基体存在弹性模量差时,其上由微织构引起的集中应力是无涂层的2～3倍。最小油膜厚度随着涂层弹性模量的增大而增大。随着织构深度的增大(0～5μm),油膜压力和厚度波动更加明显,最小油膜厚度随之减小,系统最大等效应力也显著增大。当织构宽度增大(10～20μm)时,油膜压力和厚度波动减弱,最小油膜厚度先减小后增大。如果织构密度增大(0.5～2),油膜压力波动更为剧烈,油膜厚度波动变化不大,但其波动周期变化明显,最小油膜厚度先减小后增大。膜基界面最大剪应力出现在二次压力峰附近,织构化表面油膜压力波动越大,膜基界面剪应力波动也越大。结论存在一个最优的织构深度、宽度和密度,使得镀膜齿轮的承载能力最佳。合理的涂层选配和微织构设计,可以有效地提高齿轮的摩擦学性能,提前预防膜基系统失效。     

KH-151硅烷改性纳米ZrO2对铝合金表面环氧树脂涂层防护性能的影响

在6061铝合金表面制备了硅烷改性纳米ZrO₂环氧树脂涂层,采用电化学测试和腐蚀试验,研究了纳米ZrO₂添加量对硅烷改性纳米ZrO₂环氧树脂涂层防护性能的影响,并对比了不同转化处理工艺下涂层的物理性能和防护性能。结果表明：当纳米ZrO₂添加量为100 mg/L时,硅烷改性纳米ZrO₂环氧树脂涂层试样的极化电阻为2 719Ω·cm²、自腐蚀电流密度为2.528×10^-6 A·cm^-2;在经不同转化处理工艺处理的涂层中,硅烷改性纳米ZrO₂环氧树脂涂层的平均厚度为55μm,涂层剥离面积比例为5%,附着力达到1级,极化电阻最大,自腐蚀电流密度最小,涂层防护性能最佳。     

热解碳涂层对Cf/Al复合材料热膨胀性能的影响

采用真空挤压吸渗工艺制备了不同厚度热解碳（PyC）涂层的碳纤维增强铝基（C_f/Al）复合材料,研究了热解碳涂层对C_f/Al复合材料热膨胀性能的影响。结果表明,热解碳涂层均匀而致密,可有效地保护碳纤维;对C_f/Al复合材料的热膨胀性能进行测试表明,与碳纤维表面无涂层的C_f/Al复合材料相比,当热解碳涂层的厚度约为70 nm时,碳纤维表面具有热解碳涂层的C_f/Al复合材料的热膨胀系数减小了24%;在一定的厚度范围内（70~250 nm）,随着热解碳涂层厚度的增加,碳纤维表面具有热解碳涂层的C_f/Al复合材料界面结合强度和滑移阻力逐渐减小,热膨胀系数逐渐增大。     

激光混合织构对45钢摩擦学性能的影响

首先采用纳秒激光精细微加工设备在45钢表面分别加工了直径100μm及深度8～10μm的凹坑织构(D100),直径200μm及深度6～8μm的凹坑织构(D200)以及兼具两类织构的混合织构(Mixture),织构面密度均为15%,然后在干摩擦及乏油润滑条件下对不同织构的试样进行摩擦试验，研究了不同激光织构对试样摩擦学性能的影响，并分析了磨损机理。结果表明：相比无织构试样，混合织构试样在干摩擦条件下的摩擦系数降低了约27.9%,在乏油润滑条件下降低了约9.9%。干摩擦条件下，D200织构试样的磨损率最低，为2.57×10^-6 mm³·N^-1·m^-1,乏油润滑条件下D100织构试样的磨损率最低，为1.04×10^-6 mm³·N^-1·m^-1,表明激光织构能够改善45钢的摩擦学性能。激光织构的减摩机理为：干摩擦条件下捕获磨屑，从而减少磨粒磨损；乏油润滑条件下，织构化处理能够储存润滑油并增加试样的亲油性，促进润滑油在试样表面...     

CO2气氛和喷涂距离对电弧喷涂铁基非晶涂层组织及耐蚀性能的影响

为提高电弧喷涂铁基非晶涂层的非晶含量及耐蚀性,以CO₂为载流气体代替空气进行电弧喷涂试验,并研究喷涂距离对涂层组织与耐蚀性的影响。结果表明,喷涂层的厚度约为200 μm,涂层均主要由结晶相与非晶相构成。相比于空气介质,CO₂抑制了晶化,从而提高了涂层中的非晶含量。同时,喷涂距离对涂层的组织及耐蚀性能有较大影响。随着喷涂距离的增加,涂层中的非晶含量减少。当喷涂距离为100 mm时,涂层具有最高的开路电位-0.498 V(vs SCE)及最小的自腐蚀电流密度4.281 μA/cm²,耐蚀性能最好;当喷涂距离为150 mm时,涂层的耐蚀性最差。提高非晶含量和组织的均匀性可增强该涂层的耐蚀性能。     

石墨烯柔性压阻传感器微织构压缩应变机制

为满足智能机器人、电子皮肤等领域对柔性传感器高灵敏度日益增加的需求,通过设计高表面积形貌以制备石墨烯凸台微织构柔性传感器,并对比分析有无微织构传感器的灵敏度;基于结构力学方程与静电方程,建立微织构柔性传感器模型,开展了电场作用不同基底厚度以及微织构间距下柔性传感器微织构应变的数值模拟,研究柔性压阻传感器微织构压缩应变机制,探寻机械载荷和电载荷的交互作用关系。结果表明,柔性基底的微织构化处理能有效提高柔性压阻传感器的灵敏度。模型总位移的最大值随基底厚度的增加呈非线性增加,微织构应变随着厚度的增加而减小。电场作用下微织构应变受机电耦合压力叠加的影响均大于无电场作用。框状微织构类似于悬臂梁,作用在微织构上的力矩随间距增加而增大,同时刚度减小,微织构的压缩形变增加,应变增大。组合尺寸微织构的应变随着微织构间距的增加而增大,制备多尺寸微结构传感器可使用（150+350）μm的组合尺寸,能够有效增加接触面积提高传感器灵敏度。机械载荷和电载荷的耦合作用,组合尺寸对力矩与刚度的分配有效增加了基底的应变,提高了柔性传感器的灵敏度。     

加热温度对Al-Si涂层热成形钢组织及性能的影响

利用粗糙度仪、扫描电镜、硬度计、辉光放电原子发射光谱仪等检测方法,研究分析了热冲压成形工艺过程中的加热温度对Al-Si涂层22MnB5热成形钢组织及性能的影响。结果表明,随着加热温度的升高,Fe沿垂直于表面方向由热成形钢基体向Al-Si涂层表面的迁移量逐渐增大,O沿垂直于表面方向由Al-Si涂层表面向热成形钢基体的迁移量逐渐增大,且迁移的最大深度约为2.80 μm。Fe沿垂直于表面方向由热成形钢基体向Al-Si涂层表面的迁移量直接决定了Fe-Al-Si相的形态、生成位置及界面结合层厚度。随着加热温度的升高,Al-Si涂层表面粗糙度R_a、峰值计数R_pc值先增大后减小;当加热温度为930 ℃时,涂层表面粗糙度R_a达到最大值1.89 μm,峰值计数R_pc值达到最大值218。随着加热温度的升高,Al-Si涂层总厚度从27.78 μm增加至40.46 μm,界面结合层厚度从1.08 μm增加至15.11 μm。当加热温度为930 ℃时,热成形钢基体的硬度达到最大值505 HV0.2。     

砂轮表面磨粒出露高度对轴承钢磨削振动的影响

为探究砂轮表面磨粒形态对磨削振动的影响规律,提高磨削加工质量,构建了磨削振动模型并推导磨粒形态-接触刚性-磨削振动的对应关系,开展修整-磨削试验,通过试验分析并验证不同磨粒形态对磨削振动信号RMS和工件表面波纹特征W_a影响的差异。结果表明:在不影响砂轮锋利性的前提下,表征磨粒出露高度的砂轮AH值减小约58%,则RMS值和W_a值分别减小约47%和57%;在相同磨粒出露高度条件下,磨粒钝化的比例约20%,则RMS和W_a分别减小约22%和30%;同时,适度减小磨粒出露高度,磨粒适度钝化,有助于增大磨粒与工件接触面积,改善磨削振动,提高磨削加工质量。且提出的磨削振动模型与试验结果相符。      

钛基 / TiN 涂层接触应力有限元分析

目的研究在接触载荷作用下,钛基/TiN涂层的应力变化规律。方法利用ABAQUS软件建立可靠有限元模型,分析涂层厚度不同的钛基/TiN涂层系统在球压头作用下的接触应力。结果钛基/TiN涂层系统最大Mises应力出现在距表面约0.4a(a为接触半径)处的亚表层或者亚表层附近的界面处。在接触应力和弯曲应力作用下,涂层弯曲变形会影响涂层的径向应力和剪应力分布。结论在接触载荷作用下,涂层内存在接触应力和自身弯曲两种应力作用。分析结果有利于理解钛基Ti N涂层的失效机理。     

激光功率对FeCoCrNiMn高熵合金熔覆层组织与性能的影响

采用5种激光功率在40CrMnMo钢表面制备了FeCoCrNiMn高熵合金涂层,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、维氏显微硬度计、应力分析仪、摩擦磨损试验机和电化学工作站等对涂层的显微组织、物相、力学性能及耐蚀性能进行了研究,分析了激光功率对熔覆层组织与性能的影响。结果表明：激光熔覆制备的FeCoCrNiMn涂层的组织主要为FCC固溶体相,当激光功率大于1400 W时,涂层出现BCC相(α-Fe)结构,组织为树枝晶,晶内为马氏体;随着激光功率的增大,涂层残余应力先减小后增加,在1000 W时达到最小值,为215.3 MPa,涂层的硬度为先增大后减小,1000 W时达最大值215.4 HV0.3;激光功率1000 W时涂层的耐磨性最佳,磨损率最低,为1.406×10^-5 g·N^-1·m^-1;激光功率1200 W时涂层的耐腐蚀性最佳,涂层的自腐蚀电位最大,为-0.24 V,自腐蚀电流密度最小,为2.37×10^-9 A·cm^-2。综合分析试验结果,激光...     

A mathematical model of rough surface contact characterization in spot welding

0ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＧｅｎｅｒａｌｌｙ,ｔｈｅｒｅａｒｅｔｈｒｅｅｃｏｎｔａｃｔｓｕｒｆａｃｅｓｉｎｓｐｏｔｗｅｌｄｉｎｇ ,ｔｈｅｕｐ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ/ｓｈｅｅｔｉｎｔｅｒｆａｃｅ ,ｔｈｅｓｈｅｅｔ/ｓｈｅｅｔｉｎｔｅｒｆａｃｅ (ｆａｙｉｎｇｓｕｒｆａｃｅ)ａｎｄｔｈｅｄｏｗｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ/ｓｈｅｅｔｉｎｔｅｒｆａｃｅ.Ｏｎｏｎｅｈａｎｄ ,ｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｔｔｈｅｓｈｅｅｔ/ｓｈｅｅｔｆａｙｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｉｓｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｏｆｔｈｅｏｒｉｇｉｎ…     

新型无银触头材料

采用粉末冶金技术研制了一种新型无银触头材料,该材料的综合性能,如密度、硬度、电阻率、灭弧特性及温度特性与银氧化物触头材料接近.当新型无银触头材料的相对密度与银氧化物触头材料的相对密度相同时,两者电阻率相当,而其硬度高于银氧化物触头材料的;温升和通断能力试验结果表明:所研制的无银触头在许多应用领域中,如在电力机车上可替代银氧化物触头材料.实验表明:该材料的相对密度大于98%,硬度(HB)大于950 MPa,电阻率小于2.78 μΩ·cm.     

固/液界面润湿性对线接触油膜润滑的影响

目的 优化表征固/液界面的表征参数。方法 应用AF和FAS修饰柱面滑块以获得不同润湿性的表面，并测量PEG200、150N和PAO6三种润滑油在AF、FAS和SiO2表面上的接触角、接触角滞后以及三种表面的表面自由能。通过对线接触润滑油膜厚的测量，评价固/液界面润湿性与油膜厚度的关联性。结果 润滑油为PEG200或150N时，在SiO2/SiO2接触副产生的油膜厚度高于SiO2/FAS接触副，而且接触角越小，油膜厚度越大；接触角滞后越大，油膜厚度越大。PEG200、150N和PAO6润滑油分别在SiO2/SiO2和SiO2/AF同一接触副时，呈现出几乎相同的油膜厚度。此时，接触角滞后与油膜厚度的关联性优于接触角。此外，润滑油在AF表面测得的接触角最大且接触角滞后最小，但产生的油膜厚度最大，该现象可以归因于油膜承载力/厚度与界面强度的非单调性。结论 在线接触流体动压润滑条件下，固/液界面的润湿性能够影响油膜厚度。界面表征参数接触角和接触角滞后，与油膜厚度的关联性都存在一定的局限性，但相对而言，接触角滞后的范围更大。AF界面特性与油膜厚度的关系，证明了疏油表面可以具有较好的成膜能力。     

压力对碳纳米管-银-石墨复合材料接触电压降的影响

采用粉末冶金法制备碳纳米管-银-石墨复合材料电接触材料,在带电状态下（10A／cm^2）,研究了压力对碳纳米管-银-石墨复合材料接触电压降的影响,结果表明：当压力较小时（10N／cm^2,5N／cm^2）,由于电刷的跳动产生火花,导致复合材料接触电压降较大;随压力增加,复合材料电刷和换向器的实际接触面积增大,接触电阻减小,电刷的接触电压降下降;由于碳纳米管的研磨作用,阻止了润滑膜随磨损时间延长而增厚,使电刷的接触电压降维持在一个较稳定的数值上。     

Failure characteristics of Ag-SnO2 contact material in AC level

The failure characteristics of the contact material Ag-SnO2 were investigated by X-ray diffraction（XRD）,scanning electron microscopy（SEM）,and X-ray energy dispersive spectroscopy（EDS）.Phase analysis showed that there were Ag,SnO2,and Sn on the contact surfaces at the time of failure under the load condition of 30 A and 220 V（AC）,which means that SnO2 decomposed in service.When the contacts were tested under airproof ambient condition,half-spherical bulges came into being on the contact surfaces,which resulted in early failure and dispersive characteristics.But half-spherical bulges were not found when the contacts were tested under open ambient condition.The temperature change of the contacts during the life testing under airproof ambient condition was different from that under open ambient condition.     

表面粗糙峰坐标点云重构的金属-橡胶接触分析

目的 通过金属-橡胶微观接触面粗糙峰坐标点云重构,建立外部载荷与接触面积、微观接触状态之间的联系.方法 基于粗糙表面的自相关函数和高斯分布函数,获得金属-橡胶粗糙接触面数据点云坐标,利用ANSYS APDL方法,建立金属-橡胶接触模型,对两种表面粗糙度(分别为1.6μm和3.2μm)的4种接触情形进行有限元接触分析,确定模型的可靠性.结果 随着外部载荷的增加,经数据点云重构后的粗糙表面,其接触面积呈非线性增加.载荷较小时,外加载荷每增加0.1 MPa,接触面积增加约6％;大载荷时,外加载荷每增加0.1 MPa,接触面积增加约1.5％.接触状态中,滑移占比为12％左右,近场和粘着呈完全相反的变化趋势.结论 随着外加载荷的增加,界面的真实接触面积呈幂指关系增加.同一载荷下,真实接触面积随表面粗糙度的增加而减小;随着外加载荷的增加,界面间的接触状态由近场接触向粘着接触转变.接触面积和粘着状态是界面间磨损粒子的分布范围和大小的确定因素,对于准确描述载荷传递和随之发生的磨损过程有着重要意义.根据橡胶表面的应力分布和变形情况,解释了粘着接触状态促使橡胶一侧微凸体脱落成为磨损颗粒,证明磨粒磨损是刚柔接触界面的主要磨损形式.     

AgCuO电触头材料的接触电阻及电弧侵蚀形貌分析

采用原位反应合成法制备CuO含量为10%的AgCuO电触头材料,使用接触电阻参数测试仪对试样在不同电流条件下开闭次数与接触电阻的关系进行研究,并通过扫描电镜对试样的阴/阳极表面微观形貌进行电侵蚀特性分析。结果表明,低电流条件下AgCuO电触头材料的接触电阻基本都是先升高,然后在某一开闭次数时急剧下降,最后基本趋于一定值,且AgCuO电触头材料接触电阻会随着试验电流的增加而逐渐降低;当电流达到25A时,AgCuO电触头材料的接触电阻最低,且随开闭次数的增加其接触电阻变化不大,材料的接触电阻表现出极佳的稳定性。电弧侵蚀后的形貌分析发现,阳极表面呈凹凸状,并有气孔和裂纹,而阴极表面呈现浆糊状尖峰结构。     

基于液压胀形的三叶等距型面装配式凸轮轴的接触有限元分析

采用一种非圆的异形凸轮孔截面(即三叶等距型面)的凸轮,通过Pro/Engineer对装配式凸轮轴的零部件进行建模并完成组装,然后利用ABAQUS对该凸轮轴零部件的液压连接过程进行模拟,并对凸轮与芯轴在连接过程中的接触状态进行分析,采用了残余接触压力、残余接触面积和弹性回复量来表征其接触状态,并利用统计学的方法对目标曲线进行了拟合,最后,建立了上述3个变量之间的关系。研究表明,随着液压力与轴向进给量的增大,残余接触压力和残余接触面积呈现近线性增长的趋势,而弹性回复量呈现近线性下降的趋势;残余接触面积与残余接触压力呈正相关关系,与弹性回复量呈负相关关系。     

粗糙表面弹塑性加卸载多级接触模型

真实工程表面在微观尺度上都是粗糙的,它们之间的接触实际上是表面微凸体的接触,粗糙表面间的接触行为对接触部件的真实承载能力、摩擦磨损等性能都有重要影响,研究工程表面间的真实接触行为是摩擦学研究的主要内容之一。采用最小均方误差法得到表面轮廓抛物线拟合曲线,在最大限度近似原始表面轮廓的同时,该方法能够更好地适用于微凸体弹塑性接触加卸载模型。通过单个微凸体上的支承载荷将总体级别模型和微凸体级别模型相联系,建立粗糙表面多级接触加卸载模型。以柱面与平面接触为算例,将接触区域视为与圆柱母线平行的离散线条集合,得到微凸体法向变形量和粗糙表面真实接触面积,该模型可用于分析粗糙表面弹塑性加卸载的真实接触行为。     

叶片表面微细观结构对润湿性的影响

目的 探究叶片表面微细观结构对其润湿性的影响因素,以及控制机理。方法 以银杏（Ginkgo biloba,G. biloba）、二乔玉兰（Magnolia soulangeana, M. soulangeana）和二球悬铃木（Platanus acerifolia, P. acerifolia）3种处于落叶期初段的叶片样本为研究对象,测量3种叶片正背面的接触角,结合环境扫描电子显微镜图像,对比分析不同叶片正面和背面微细观结构及其对接触角的影响。结果 实验结果表明,落叶期初段银杏、二乔玉兰和二球悬铃木叶片正面均表现出弱亲水性,接触角分别为54.40°～66.80°、57.93°～74.87°、55.73°～82.23°。在银杏叶片背面,无论是顺纹理还是逆纹理方向,均表现出疏水特征,顺纹理方向的接触角为122.63°～135.10°,逆纹理方向的接触角为103.03°～134.13°。二乔玉兰和二球悬铃木的背面为中性润湿,接触角分别为82.87°～96.37°、90.50°～97.47°。结论 不同类型叶片的表面微结构显著不同,同种类型叶片正背面微结构也表现出较大差异。3种叶片背面接触角均...