钒钛微合金化对铸态中锰钢组织和性能的影响

通过试验研究,探讨添加钒钛微合金化对铸态中锰钢的组织性能的影响,确定钒钛微合金的合适加入量,实验表明经添加V质量分数为0．1％。0．2％或Ti0．15％与稀土和硅钙合金的复合处理后的铸态中锰钢,在中低冲击载荷下耐磨性能优于高锰钢,实现铸态中锰钢在中低冲击载荷下使用具有良好的耐磨性,该项目的研究具有良好的经济与社会效益。     

大分子螯合剂在低压力低磨料条件下铜膜的化学机械抛光中的应用

The mechanism of the FA/O chelating agent in the process of chemical mechanical polishing （CMP） is introduced. CMP is carried on a φ300 mm copper film. The higher polishing rate and lower surface roughness are acquired due to the action of an FA/O chelating agent with an extremely strong chelating ability under the condition of low pressure and low abrasive concentration during the CMP process. According to the results of several kinds of additive interaction curves when the pressure is 13.78 kPa, flow rate is 150 mL/min, and the rotating speed is 55/60 rpm, it can be demonstrated that the FA/O chelating agent plays important role during the CMP process.     

固结磨料流体动压磨削理论研究

为实现确定磨盘的磨削深度控制,减少加工中不同粒度工具的更换次数从而提高加工效率,流体动压状态下的固结磨料加工工艺第一次被提出。在完成磨盘表面形貌建模的基础上,以磨盘和工件间隙中的磨削液膜为研究对象,建立了瞬态等温条件下的流体润滑方程,并利用显示有限差分算法求得数值解。计算结果表明:通过调节动压力来控制磨削深度是可行的,因为液膜动压力随磨盘最大磨削深度的减小而有明显的上升趋势,分布也趋于平坦;提高入口压力时,动压力明显增大,但也加剧了其分布的不均匀性;因为受制于磨盘表面形貌以及加工质量要求,转速对动压力的影响并不显著。     

高速电弧喷涂FeMnCrNi/Cr3C2涂层的工艺优化及磨损性能

采用高速电弧喷涂技术在Q235钢表面制备了FeMnCrNi/Cr₃C₂涂层。通过正交试验研究了喷涂电压、喷涂电流和喷涂距离对涂层形貌及性能的影响,获得了涂层制备的最佳工艺参数。利用扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪、显微硬度仪与激光共聚焦显微镜等研究了最佳工艺参数下制备的FeMnCrNi/Cr₃C₂涂层的形貌及性能。结果表明:影响涂层性能的主次因素顺序为:喷涂距离、喷涂电压、喷涂电流。最佳工艺参数为:喷涂电压31 V、喷涂电流240 A、喷涂距离200 mm。采用最佳工艺参数制备的涂层孔隙率为1.99%,显微硬度为719 HV0.1,是Q235钢的3.5倍,涂层的平均磨痕宽度、深度和截面积分别为281.95μm、4.42μm和564.81μm2,相比Q235钢分别减小了60%、72%和89%,具有更优的耐磨性;涂层的主要磨损形式为磨粒磨损。     

Fe-C-Mo-V堆焊合金的滚动三体磨粒磨损行为研究

通过熔化极气体保护焊技术制备了Fe-C-Mo-V堆焊合金磨损试样,基于滚动三体磨粒环境下进行了干砂橡胶轮磨损试验,利用扫描电子显微镜、能谱分析、维氏硬度计等显微分析和性能测试方法,对Fe-C-Mo-V堆焊合金熔敷金属的磨损失重和磨痕形貌进行检测与表征,研究了不同法向载荷条件下该熔敷金属的磨损行为变化规律。结果表明:随法向载荷的增加,磨损失重逐渐增加,但增幅逐渐变缓;磨损机制主要为磨粒对奥氏体基体的切削及VC硬质相和层片状合金碳化物的破碎剥落;磨损后表面硬度随法向载荷的增大逐渐增加,磨痕亚表面产生显著的加工硬化,奥氏体基体转变为马氏体组织,材料的硬度增强,使得熔敷金属在高载荷下表现出较好的耐磨性。     

去除管道3PE防腐层的轴向扇形喷嘴数值模拟

目的 优化设计一种轴向扇形喷嘴,通过产生扇形磨料水射流去除管道3PE防腐层,以期提高去除管道3PE防腐层的效率和安全性.方法 建立轴向扇形喷嘴物理模型及扇形磨料水射流流场的计算模型.基于FLUENT软件,采用颗粒轨道模型、Realizable k-ε湍流模型对轴向扇形喷嘴内外磨料水射流流场特性进行数值模拟研究.结果 沿着射流流动方向,扇形喷嘴收缩段(邻近圆柱段区域)磨料颗粒速度增加明显,圆柱段磨料颗粒速度增加不明显.由于喷嘴流通面积减小或V型槽致使流道形状改变,进入扇形喷嘴椭圆段后直至喷嘴出口处,磨料颗粒速度总体增加,但其速度分布呈现复杂规律,在射流的两侧边缘存在高速区.在扇形喷嘴外流场中,磨料颗粒速度呈减小趋势,同时,磨料颗粒速度云图在X轴某一位置出现了分叉现象,速度云图在分叉点之后的区域出现空白,即从分叉点之后,外流场的某些区域没有磨料颗粒的存在.为了充分发挥磨料颗粒对3PE防腐层较好的冲蚀效果,扇形磨料水射流去除3PE防腐层时,应将靶距控制在分叉点位置之前.不同结构参数轴向扇形喷嘴产生的扇形磨料水射流,其磨料颗粒速度云图分叉点位置不同.结论 综合考虑磨料颗粒速度大小、作用范围、分叉位置等因素的影响,优选出拟用于产生扇形磨料水射流去除3PE防腐层的轴向扇形喷嘴结构参数:α2/r=1、α=15°、b=0.6 mm、d=2.13 mm.最佳靶距在17.37～37.37 mm.     

氧乙炔火焰喷焊镍基复合涂层的显微组织和腐蚀性能研究

目的 研究Ni60和Ni60WC喷焊涂层的显微组织、防腐和耐磨性能及其腐蚀机理,为恶劣工况下服役的零件选择合适的喷焊涂层提供参考.方法 采用氧乙炔火焰喷焊工艺在16Mn钢基体上制备Ni60和Ni60WC涂层,用X射线衍射仪、金相显微镜和扫描电子显微镜分析了喷焊涂层的相结构和显微组织,并采用电化学工作站、盐雾腐蚀试验机、磨粒磨损试验机测试了两种喷焊涂层的防腐和耐磨性能.结果 喷焊层与基体间都存在冶金结合层和热影响区,Ni60涂层的显微组织为NiCr固溶体基体上弥散分布着大量细小粒状和杆状碳化物和硼化物.Ni60WC喷焊涂层组织中,除了具有与Ni60涂层类似的基体相和细颗粒硬质相外,还较均匀地分布着不同尺寸的WC颗粒.Ni60和Ni60WC涂层的磨损率分别为16Mn钢的8.3％和2.3％,自腐蚀电流密度分别为16Mn钢的1.0％和7.6％.另外,基体相和硬质相之间的电偶腐蚀是两种镍基喷焊涂层的主要腐蚀机理.结论 这两种镍基喷焊涂层均能显著提高16Mn钢的抗磨和防腐性能,其中,Ni60喷焊涂层耐腐蚀性更好,Ni60WC喷焊涂层耐磨损性能更好.     

双磨粒抛光单晶Si的分子动力学模拟

目的 通过分子动力学(MD)模拟,获得双金刚石磨粒抛光单晶Si的去除机理.方法 采用一种新的单晶硅三体磨粒抛光方法,测试双磨粒的抛光深度和横向/纵向间距对三体磨粒抛光的影响,从而获得相变、表面/亚表面损伤等情况,并获得抛光过程中温度及势能的变化情况.结果 对比抛光深度为1、3 nm时配位数的情况,发现抛光深度为1 nm时,抛光完成时相变的原子数是4319,而抛光深度为3 nm时,相变原子数为12516.随着磨粒在Si工件表面抛光深度的加深,抛光和磨蚀引起的相变原子和损伤原子的数目增加.仿真结果还表明,单晶Si相变原子的种类和数目随磨粒横向间距的增加而增加,随着纵向间距的增加反而减少.系统的初始温度设为298 K,抛光深度为1 nm时,抛光完成时的温度是456 K,而抛光深度为3 nm时,温度是733 K.抛光完成时,纵向组和横向组的温度仅相差30～40 K.在抛光深度、横向间距和纵向间距3个对照组中,抛光深度对亚表面损伤的影响最大.抛光深度为3 nm时,亚表面的损伤深度最大,从而导致更多的材料从单晶Si工件表面去除.结论 双磨粒的抛光深度和间距不仅对硅的表面微观结构产生影响,还对相变产生影响.模拟参数相同时,较大的抛光深度和横向间距下会产生更多的相变原子,因此相变受抛光深度的影响最大,受纵向间距的影响最小.     

钛合金薄壁曲面液态金属-磨粒流加工仿真与试验研究

针对钛合金薄壁曲面工件磨粒流抛光后表面粗糙度分布不均匀的问题,提出一种基于液态金属的磨粒流加工方法。基于SST k-ω模型、OKA冲蚀模型,流体流动颗粒追踪模型,采用COMSOL有限元软件对不同电场布置下的液态金属-磨粒流动力学特性开展深入研究。仿真结果表明,通过电场的合理布置可以控制液态金属颗粒在流场中运动;合理的电场布置可以有效提高工件表面加工均匀性,并通过仿真得出了一组冲蚀较好的试验参数。基于仿真结果开展了液态金属-磨粒流加工试验,试验结果表明：液态金属-磨粒流加工方法可有效提高工件表面加工的均匀性。在加工14 h后,不加电场的磨粒流加工表面不同区域的粗糙度分布不均,工件凹陷处粗糙度明显大于凸起处,各区域表面粗糙度极差达到66.1 nm。使用液态金属-磨粒流加工后的工件表面各区域粗糙度的均匀性明显提高,各区域表面粗糙度极差减小为20.3 nm,为液态金属-磨粒流加工的开展及其调控提供了理论和试验依据。     

液体磁性磨具小孔光整加工材料去除机理及实验

针对小孔内壁光整加工技术的难题,本文提出一种新型精密研磨孔光整加工技术,以磁致相变理论为指导,从微观角度阐述了液体磁性磨具研磨孔光整加工的材料去除机理.采用"双刃圆半径"模型进行单个磨料颗粒切削模型研究,得出小孔光整加工的材料去除率数学表达式.通过实验验证了磨料粒度、入口压力、电流强度等因素对材料去除率以及表面粗糙度的影响,实验结果表明:在合适的范围内,增大磨料颗粒直径、入口压力以及电流强度有利于提高材料的去除率和表面质量.而当磨粒直径、入口压力以及电流强度选取过大时,虽然能获得较高的材料去除率,但是最终获得的表面粗糙度值并不理想.该研究为通孔零件内壁表面精密光整加工提供了有益参考.