试论海洋摩擦学的内涵、研究范畴及其研究进展

世界正在进入海洋大发展时代,各种海洋装备蓬勃发展,这些海洋装备在苛刻海洋环境中的摩擦学问题对摩擦学科技工作者提出新的挑战。分析海洋环境及其介质特性,认为复杂的海洋环境使得海洋开发和营运于海洋环境的装备面临各种因素的耦合作用;阐述海洋摩擦学的内涵及其研究范畴,认为海洋摩擦学的主要研究对象是各种海洋开发和营运于海洋环境的装备,研究重点是腐蚀与摩擦等多学科交互作用机理、海洋环境动态变化下的长效可靠性、海洋生物与海洋装备的运动与密封件的侵蚀机理以及深海工程的摩擦学问题等。对船舰、海洋结构物、水下航行器/水下空间站、海洋可再生能源开发利用中的各种摩擦学问题及其研究进展进行综述分析,提出将海洋摩擦学作为一个独立的具有自身体系的新兴摩擦学研究领域。     

一种模拟舰船表面破坏的冲蚀、空蚀和腐蚀交互磨损试验研究

海洋装备表面材料破坏的主要原因是冲蚀、空蚀和腐蚀及其交互作用,而量化其表面磨损程度对海洋装备材料和结构的设计具有重要意义。冲蚀、空蚀和腐蚀交互磨损试验台是研究海洋装备表面材料破坏的有效工具。通过流场数值对比分析,在研究冲蚀和空蚀交互作用的基础上,优化设计了冲蚀、空蚀和电化学腐蚀交互磨损综合试验台,完成了人造海水中,不同材料的舰船工作表面受到高速流体冲击产生的冲蚀、空蚀和电化学腐蚀交互磨损试验。结果表明:同一种金属材料冲蚀、空蚀和电化学腐蚀交互作用的失重量大于冲蚀、空蚀和自然腐蚀交互作用的失重量,高强度塑性金属材料的腐蚀磨损较为严重,其三者交互作用的磨损程度大于低强度塑性金属材料。     

海水环境下金属腐蚀过程数值模拟

在海洋环境中,大部分金属容易与海水介质发生反应而腐蚀,特别是南海海域有着"高温、高湿、高盐"的特点,金属材料在"三高"环境下的腐蚀尤其严重。研究海洋环境下金属表面的腐蚀过程,对深入了解材料表面腐蚀损伤的形成机理和演化过程,以及进一步定量描述金属材料结构性能的退化失效等,都具有重要的理论和实际意义。该文在分形表面基础上,对海水环境下金属腐蚀过程进行数值模拟,研究不同海水浓度下金属材料腐蚀表面形貌特征及其变化规律,为海洋环境下金属腐蚀规律和腐蚀机理的进一步研究提供思路。     

双氧水环境下金属腐蚀磨损机制研究进展

综述了当前有关金属腐蚀磨损的研究进展,重点论述了强氧化环境下金属腐蚀磨损的特点,总结了腐蚀磨损几种不同磨损形式的特点及其发展前沿,为将来研究强氧化环境下材料的磨损机制的重点方向进行了展望.     

两种金属材料腐蚀磨损的交互作用

两种金属材料之间存在着交互作用,在环境因素一定时,主要受电化学和力学的综合作用。本次研究以45#钢和2Cr13不锈钢的交互作用为例,研究两种材料之间的交互作用,并通过构建交互作用图来探究力学因素和电化学因素对金属腐蚀磨损的影响。     

海洋环境中运动副材料摩擦学性能的研究进展

随着海洋中丰富资源的深入开发,涉海机械装备运动副的摩擦磨损问题越来越受到研究人员的重视.综述了海洋环境下金属、陶瓷、聚合物等运动副中主要材料的研究现状,系统分析了海洋工况下运动副材料摩擦学性能的影响因素,讨论了深海摩擦学测试设备的研究进展,为涉海机械装备运动副的选材和应用提供支撑.     

舰载机机载设备腐蚀因素分析与防护控制

海洋舰载设备设计中腐蚀防护是舰载机机载设备设计的重要环节。为全面提升机载设备的适海性和结构耐久性,针对目前存在的问题及需求,结合舰载机机载设备的安装特点,从工作环境、防护设计、制造工艺及使用维护角度分析了海洋环境下造成腐蚀严重的因素,开展了常用金属材料表面处理、防护涂层以及密封设计的试验研究。通过采取腐蚀因素分析及对腐蚀防护手段的试验研究,得出了金属零件表面镀层后还应进行封孔处理,防护涂层考虑选择耐海洋环境的表面涂层体系;同时,在结构件密封设计时,两贴合面应涂覆密封剂以及紧固件采用湿装配的密封方案,可以有效防止装备的腐蚀现象,为机载设备等相关产品在海洋环境下进行腐蚀防护控制工作提供了依据。     

模拟体液环境下TAMZ合金的微磨粒磨损行为研究

采用TE66试验机对新型TAMZ钛合金的微磨粒磨损行为进行了研究.系统地考察了载荷、料浆浓度等因素对磨损率和摩擦因数的影响,建立了磨损机制图,并分析了磨损与腐蚀的协同作用.研究表明:在不同滑移距离时,TAMZ钛合金的磨损率均随载荷增加先减小后增大,随着料浆浓度的增加而增大.摩擦因数随着载荷增加呈现增大趋势,且在蒸馏水中摩擦因数的变化比在Hank's模拟体液中平稳.当料浆浓度较低时,磨损机制为二体磨损机制;随着料浆浓度增加、载荷增大,磨损机制向混合磨损和三体磨损转变.随着载荷增加,腐蚀与磨损的交互作用增强,而在交互作用中,微磨损所起的作用比腐蚀所起的作用要大.     

金属材料海洋环境腐蚀试验方法研究进展

详细阐述了海洋环境腐蚀及其影响因素,对海洋环境腐蚀的室内模拟腐蚀试验和室外实海腐蚀试验方法进行了比较分析,指出了现有金属材料海洋环境腐蚀试验研究方法的优点、缺点以及发展方向,提出了对各腐蚀区有针对性地进行室内模拟腐蚀试验,制定了涵盖不同海域、季节和腐蚀区的系统化室内模拟腐蚀试验标准,并开发出计算机虚拟仿真试验技术。本文进行了大量的旁征博引,以期增添可信度和可读性。     

碳钢奥氏体不锈钢材料在水电工程中应用的局限性

通过对水电站典型应用材料(55钢、1Cr18Ni9Ti、0Cr13Ni5Mo)在冲蚀磨损过程中电化学腐蚀及抗冲蚀磨损性能研究,区分出纯磨损、纯腐蚀、磨损对腐蚀的促进分量及腐蚀对磨损的促进分量等在材料失效过程中各占的比例,考察了试验材料的抗冲蚀磨损特性及其磨损与腐蚀间的交互作用,分析了其失效机制。结果表明:不同的冲蚀速度下,0Cr13Ni5Mo不锈钢的冲蚀磨损失重率最小,55钢最大;纯磨损是材料失去的主要方式:55钢虽然纯磨损量较小,但腐蚀及其磨损与腐蚀的交互作用失去量大,1Cr18Ni9Ti不锈钢虽然纯腐蚀量小,但纯磨损量大,因而都有应用的局限性。     

不同环境介质下氧化铝陶瓷与耐蚀金属摩擦磨损行为

为优选海水淡化高压泵关键零部件耐磨性能材料,以Al_2O_3陶瓷与TC4钛合金、316不锈钢、2205双相不锈钢组成的配对摩擦副作为研究对象,利用立式万能摩擦磨损试验机开展干摩擦、纯水及海水3种环境介质下配对材料的摩擦磨损试验,定量得到各摩擦副摩擦因数、磨损量,并对摩擦试样的表面形貌进行分析;采用正交试验法分析载荷、转速、环境介质对摩擦因数和磨损量的影响规律。结果表明:在相同的条件下,TC4钛合金与陶瓷配副摩擦因数较小,2205双相不锈钢与陶瓷配副磨损量较小;环境介质对摩擦因数影响较大,载荷对磨损量的影响较大;海水环境下2205双相不锈钢和316不锈钢磨痕较浅,磨损机制为疲劳磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损的交互作用。     

载流摩擦磨损研究进展

载流摩擦磨损是摩擦副在有电流通过时的接触行为。载流摩擦副在工作过程中受力、电、热等多种因素耦合作用,损伤机制复杂多变。综述载流摩擦中的摩擦磨损机制,重点分析服役工况对载流摩擦磨损性能和导电性能的影响,阐述电弧产生的原因及影响因素,并对载流摩擦中的温度场及其仿真模拟研究成果进行归纳,总结载流摩擦材料的应用现状。概括载流摩擦的研究现状及其存在的问题,并指出未来应加强接触副材料在多环境下、多因素耦合作用下的摩擦磨损行为和失效机制研究,并有针对性地研发新型复合材料,以满足具体的工作条件和特殊的性能要求。     

四种核电用包壳材料的微动磨损性能研究

在切向微动磨损试验机上对4种核电用包壳材料(Zr合金、Zr/Cr涂层、FeCrAl和ODS-FeCrAl)进行切向微动磨损试验,考察不同包壳材料的微动磨损特性。研究结果表明:不同包壳材料的摩擦因数、耗散能曲线和形变有显著差异;4种包壳材料在切向微动过程中均处于部分滑移区。通过分析磨痕微观形貌和磨痕轮廓,发现ODS-FeCrAl相比FeCrAl具有更好的耐磨性;在常温环境下,Zr/Cr表现出更加优异的抗磨损性能。     

冲击形式产生的冲蚀、空蚀和腐蚀联合磨损试验研究

舰船等海洋运输装备在海水中行驶时,船体表面受到含沙海水的冲蚀磨损,舰船行驶速度变化引起的空蚀磨损,以及海水的腐蚀磨损,因此舰船表面材料的破坏形式是冲击式的冲蚀、空蚀和腐蚀联合磨损。为了研究联合磨损的影响因素,研制冲蚀、空蚀和腐蚀联合磨损试验台,并实验研究沙粒浓度、沙粒尺寸、含盐浓度以及冲蚀速度对45钢试件的联合磨损影响规律。实验结果表明:冲蚀、空蚀和腐蚀联合磨损程度强于冲蚀和空蚀交互磨损或单纯腐蚀磨损,在较低的沙粒浓度和较低的含盐浓度条件下,金属材料联合磨损质量损失与沙粒浓度、沙粒尺寸、含盐浓度和冲蚀速度均成正比关系。磨损面形貌分析表明:随着沙粒浓度、沙粒尺寸、含盐浓度、冲蚀速度的增加,试件表面的冲蚀沟和空蚀孔的磨痕深度和面积增大,而在人造海水中,试件表面不仅存在冲蚀沟和空蚀孔,还产生了腐蚀坑。     

AlNiZr非晶纳米晶复合涂层的腐蚀磨损行为研究

为提高海洋极端环境下钢结构材料的耐腐蚀磨损性能,采用高速电弧喷涂技术制备了一种AlNiZr非晶纳米晶复合涂层,并研究了该涂层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的腐蚀磨损行为。结果发现,AlNiZr涂层组织较为均匀,致密性较好,相结构由非晶、纳米晶及晶化相共同组成,涂层非晶体积分数约为64.93%,平均显微硬度值为363HV0.1,与45钢基体之间的平均结合强度约为30.8 MPa;在干摩擦条件下其平均摩擦因数约为0.125,磨损体积约为0.134 mm3,磨痕宽度约为882.4 μm,磨损失效机制以氧化磨损和脆性剥层磨损为主,并伴有轻微磨粒磨损;在腐蚀介质条件下,由于受到腐蚀介质的润滑减摩作用,导致涂层的平均摩擦因数、磨损体积、磨痕宽度均有明显减小,其平均摩擦因数约为0.058,磨损体积约为0.02216 mm3,磨痕宽度约为314 μm,腐蚀磨损失效机制主要表现为剥层磨损形式,同时磨损起主导作用、腐蚀次之。与纯铝涂层相比,AlNiZr涂层表现出优异的耐腐蚀磨损性能。     

硬质合金刀具材料摩擦磨损的研究现状及展望

分析了影响硬质合金刀具材料摩擦磨损性能的主要因素及各因素的影响方式,研究了硬质合金磨损的过程及方式,总结了国内外硬质合金刀具材料的摩擦磨损性能研究的现状及不足,提出了对金属切削具有指导作用的硬质合金摩擦磨损研究的新方向。     

气氛环境下材料摩擦磨损行为研究进展

综述了国内外近年来气氛苛刻环境条件下材料摩擦磨损行为研究成果,总结了金属及合金材料、复合材料、陶瓷材料、涂层材料等在气氛环境下的摩擦学性能及磨损机制,阐述了气氛环境材料磨损机制分析方法,提出了研究中存在的问题和今后的研究方向.     

纤维增强树脂基摩阻材料的摩擦学研究进展

综述了纤维增强树脂基摩阻材料的研究和发展，主要分析了树脂基体、增强纤维和填料以及温度和PV值对摩阻材料摩擦学性能的影响及作用机理，简述了摩阻材料磨损机理的研究现状和主要磨损类型。并提出了今后研究摩阻材料应重视的问题。     

Wear and friction behavior of Al6061 alloy reinforced with carbon nanotubes

Friction and wear behavior of Al6061 monolithic alloy and 1 wt% CNTs reinforced Al6061 composite prepared through ball milling and spark plasma sintering was investigated. It was found that, under mild wear conditions, the composite displayed lower wear rate and friction coefficient compared to the monolithic alloy. However, for severe wear conditions, the composite displayed higher wear rate and friction coefficient compared to the monolithic alloy. Analysis of worn surfaces revealed that, at lower loads, abrasion was the dominant wear mechanism for both materials. At higher loads, adhesion was found to be dominant for the monolithic alloy while excessive sub-surface fracturing and delamination were mainly observed for the composite. Also, it was clarified that the friction and wear behavior of Al–CNT composites is largely influenced by the applied load and there exists a critical load beyond which CNTs could have a negative impact on the wear resistance of aluminum alloy.