非光滑表面减阻研究进展

基于仿生学研究发展的非光滑表面减阻技术在海洋工程装备和高技术船舶等领域具有广阔的应用而备受学者关注。对非光滑表面减阻的研究方法进行了系统介绍,概述了沟槽、凹坑和自适应3种非光滑表面的相关研究进展:(1)沟槽表面的减阻机理以及沟槽结构的几何参数、形状和排布等对减阻性能的影响;(2)凹坑表面应用于旋成体及平板上的减阻效果和湍流流动中凹坑表面上的流动结构和减阻性能;(3)自适应表面的理论模型,自适应表面的减阻机理,以及壁面运动对流动转捩和湍流结构的影响。最后总结了这3种非光滑表面的减阻效果以及相关减阻机理的研究趋势,并指出非光滑表面减阻在未来研究中需要重点关注的问题。从已有的研究成果和部分应用成果来看,非光滑表面具有巨大的工程价值和广阔的应用潜力。本文旨在更具体、全面地了解非光滑表面减阻,从而为改进当前的减阻节能技术提供必要的理论基础。     

织构化表面设计及其摩擦学应用

织构化表面作为近年来涌现的表面摩擦学改性新技术,具有降低摩擦磨损的作用,在机械摩擦配副中得到了广泛的研究和应用。随着先进制造技术的发展,复杂、精细织构的加工制造成为了可能。与此同时,表面织构的摩擦学设计也由试验试错筛选阶段逐步走向理论优化阶段。概述了近年来表面织构化设计及其摩擦学应用的发展前沿和进展。介绍了凹形和凸形织构在加工、润滑方面的特点,以及凹形织构在不同工况下的润滑机理。探讨了近年来织构流体动压润滑和混合润滑模型的发展,并概述了织构典型规则形状的选择和不规则形状优化研究。归纳了针对不同材料和不同工况,圆形织构尺寸参数的选择和优化设计,总结了合理的参数范围。进而重点探讨了圆形织构排布影响,分析了几种典型的织构排布研究;同时概述了针对典型摩擦配副,如轴承,织构排布形式的选择和设计方法。最后,对织构化表面设计研究进行了总结,提出了表面织构设计面临的问题挑战,并对织构设计未来的发展方向进行了分析和展望。     

柔性表面织构化在海洋装备减阻与防污上的应用

首先详细论述了生物污损的形成过程及原因,总结了生物污损对海洋装备服役的危害,并明确指出船体表面污着生物附着问题已成为阻碍船体表面减阻技术研究的一大难题。众多研究表明,研究表面结构与功能的统一性,实现表面的高效防护与减阻是海洋装备未来发展的必由之路。调控表面的形貌参数和物理化学性能,如润湿性等,以及研发抑制微生物的附着和繁殖,研制合适的防污剂,是当前两种主要研究思路。依据上述思路,基于海豚、鲨鱼柔性皮肤快速游动的减阻原理,考察常见防污涂层（聚氨酯）这种柔性表面,引入织构减阻。考察柔性表面及织构化参数在服役条件下对减阻行为及防污着生物附着的双重调控,有望实现海洋装备在服役工况下的节能降耗。最后展望了结合抗生物附着的细菌及其天然代谢物镶嵌、接枝到海洋装备表面,从而实现驱避和对抗污着生物附着功能的研究方法。     

芦荟内植钛合金表面的晶须生长研究

采用生物技术进行材料表面处理是极其重要和具有诱人应用前景的方法。芦荟作为常见的草本植物,富含多种活性成分。采用OM和SEM等手段主要研究在芦荟体内植入钛合金(TC4)并在TC4表面生成草酸钙晶须这一过程。合适的植入处理时间与一定的表面粗糙度对晶须的生成数量和长度起着决定作用。通过EDS分析晶须的化学成分可得到晶须的化学式为Ca(1-x)C2O4,其中x的取值范围为0.4到0.5。在扫描电镜(SEM)下观察到晶须的长度为40～100μm,直径为2.17～5.31μm。     

织构化表面改性及其在生物材料上的应用

表面织构化(Surface texturing)改性是指根据材料属性选择合适的加工手段,在相对运动的摩擦副表面引入具备特定形状、尺寸、分布和排列的微观结构阵列,从而实现摩擦副摩擦学性能的调控。随着生物材料的迅速发展,生物界面的摩擦学问题是制约其服役安全与寿命的关键因素。表面改性(如合理的表面织构化设计)因强大的润滑优化功能,由此受到科研工作者的广泛关注。在生物材料服役寿命需求日益增加的背景下,首先分析和总结了典型生物材料产品——人工关节在人体服役过程中的失效原因,并将其分为了摩擦学和生物学问题,由此提出了通过表面织构化技术改进人工关节材料的耐磨性和增强其生物相容性,最终达到实现长寿命人工关节服役的目的。详细地论述了近年来表面织构在生物材料上的研究进展,分析了表面织构化参数,如形状、尺寸及排布等对摩擦学性能的影响,考察了不同织构对摩擦副在不同运动工况下承载力及耐磨性的影响,阐述了表面织构的减摩耐磨机理。最后讨论了表面织构对细胞接触引导生长的调控,如对细胞的粘附状态、形态、增殖和分化能力的影响,尽管利于细胞生长的尺寸小于润滑优化的尺寸,但通过多层次或复合设计可望实现生物相容性与摩擦学性能改善相兼具的目标。最后在现有人工关节材料表面改性的研究基础上,对延长人工关节服役寿命的研究方向、发展趋势和应用领域进行了展望。     

人工智能在传统润滑油行业中的应用

随着计算机科学技术的高速发展,人工智能、大数据等新技术的产生和发展给传统工程机械行业带来了新的活力.润滑油作为工程机械全生命周期的必需品,其行业也将面临着信息化、网络化的机遇与挑战.将当前计算机分析技术与传统的润滑油产业相结合,发展可应用于润滑油的研发、生产、使用与维护过程的人工智能技术,这对开发和生产具有环保、节能、...     

类金刚石膜在水环境下的摩擦学行为

测试了 CoCrMo合金表面沉积类金刚石薄膜与CoCrMo在水溶液润滑下的摩擦磨损行为。结果表明：摩擦副在不同浓度牛血清白蛋白溶液润滑下的平均摩擦因数均在0.10左右,CoCrMo合金销磨损量最小值为1.69×10-5 mm3;相同条件下,生理盐水溶液润滑的磨损量为1.38×10-5 mm3,且销表面有转移膜生成;牛血清白蛋白溶液润滑时,界面蛋白吸附层屏蔽了转移膜的形成。根据结果可知,转移膜的形成经历了磨屑附着、连续转移、局部脱落的过程。     

铸铁及其表面碳化钨涂层的电化学行为

考察了甲醇汽油发动机缸套材料铸铁及其表面碳化钨涂层在甲酸水溶液中的腐蚀性能,并研究了其电化学腐蚀行为;采用电化学腐蚀中的极化曲线和电化学阻抗来表征其电化学腐蚀性能。结果表明：碳化钨涂层可有效地改善甲醇汽油发动机缸套材料铸铁的耐腐蚀性能;与铸铁相比,碳化钨涂层的自腐蚀电位高、自腐蚀电流小;同时碳化钨涂层使铸铁表面电荷的传输电阻变大,抑制了铸铁在甲酸溶液中的自放电功能,阻碍了电化学腐蚀的进行,从而有效地保护发动机缸套材料铸铁。     

芦荟胶液对Co-Cr-Mo合金摩擦学性能影响的研究

目的芦荟多糖胶液具有良好的流变性和生物相容性,有望成为一种绿色润滑液。方法首先提取新鲜芦荟胶液充当润滑液,采用红外光谱分析芦荟胶液中的多糖成分。在球-盘摩擦实验装置上分别研究干摩擦、水和芦荟胶液润滑下,氧化锆陶瓷球与Co-Cr-Mo合金对磨时的润滑行为,并对不同润湿性的Co-Cr-Mo表面的摩擦学性能进行初步探讨。最后利用扫描电镜和能谱仪分析磨损表面的微观形貌和元素分布。结果润湿性对Co-Cr-Mo表面的摩擦学性能有显著影响。干摩擦条件下,疏水性表面的平均摩擦系数为0.65,低于亲水性表面的摩擦系数。水润滑时,疏水性表面的平均摩擦系数为0.35,要比亲水性表面的低20%左右。当采用芦荟胶液润滑时,Co-Cr-Mo表面的摩擦系数显著降低,其中亲水性表面的摩擦系数更稳定,其平均摩擦系数仅为0.28。结论芦荟胶液润滑条件下,合金表面的磨损较轻,其主要磨损形式表现为轻微的犁沟。芦荟胶液中的多糖组分在摩擦作用下在摩擦表面形成转移膜,对Co-Cr-Mo合金起到润滑防护的作用。     

表面微结构的尺寸参数对其减阻性能的影响

为了研究微结构尺寸参数对减阻性能的影响规律，构建了V形、L形及T形三种微结构有限元模型，采用Fluent软件进行数值模拟，分析微结构尺寸参数(高宽比、数量和间距)对减阻率、速度和涡量的影响。结果 相较于L形、T形微结构，V形微结构的减阻性能较优，减阻率可达15.6%。当V形微结构高宽比为1∶1,流体域速度为6 m/s时，减阻效果最优，减阻率可达5%;V形微结构展向数量对减阻性能的影响较小，减阻率在14%-16%之间变化；当间距值为0.05时，减阻率最大为14%。结论 微结构使得近壁区边界层内发生了湍流猝发现象，外部高速流体与壁面区域的流体分隔开，变相的增加了边界层的厚度。同时涡量集中在微结构尖端处，减弱反向旋涡的强度，抑制了低速条带的形成和发展。