常用碳基固体润滑薄膜的研究现状与展望

首先从碳基固体润滑薄膜的应用需求与成本效益出发,探讨了研究碳基固体润滑薄膜的迫切要求和重要意义,然后对类金刚石(DLC)薄膜、类富勒烯(FLC)薄膜及石墨烯薄膜三类最常用的碳基固体润滑薄膜的研究现状进行了较详细的介绍。其中,重点介绍了DLC薄膜的三种减摩抗磨机理,探讨了掺杂元素改性对DLC薄膜硬度、摩擦系数和磨损率等多个方面的影响,并指出外部因素(基体材料、过渡层和应用环境等)对DLC薄膜性能的重要作用。探讨了掺氢、掺氟和掺氮对FLC薄膜构性转变和摩擦学性能的影响。总体来说,氟掺杂导致FLC结构变化,并显著改变薄膜硬度;掺氮会诱导类富勒烯微结构的增加;掺氢FLC薄膜热处理后可达到超润滑状态。总结了石墨烯薄膜制备工艺的发展、石墨烯基复合薄膜的摩擦学性能和石墨烯薄膜在不同基体材料的应用。最后,指出了碳基润滑薄膜领域亟待解决的关键难题,并对未来的研究方向做出了预测。     

飞秒激光与电沉积复合工艺制备不锈钢超疏水表面及减阻性能EI北大核心CSCD

在远程管道运输过程中,固液间摩擦阻力是一个不容忽视的问题,类鲨鱼结构减阻效率低且制备困难。基于荷叶表面仿生思想,构筑微结构制备超疏水表面,减小摩擦阻力。采用飞秒激光刻蚀与电沉积复合工艺,在不锈钢表面构筑框-锥多级结构,经自组装氟硅烷制备超疏水表面,讨论复合工艺参数对微结构形貌及润湿性能的影响,探究框-锥多级结构超疏水表面减阻。结果表明,利用飞秒激光可获得周期性分布的框结构,随着激光功率的增加,微米框结构内部形成不规则沟壑金属堆积物,且关光延时的增长会产生单侧分布微孔结构,损伤基体整体强度;通过电沉积工艺制备亚微米尖锥结构镍镀层,随着电流密度的增加,镀层微结构形态发生变化,形成亚微米尖锥石结构,表面由疏水转变为超疏水。与激光刻蚀10次自组装氟硅烷涂层试样相比,激光刻蚀与电沉积复合工艺自组装氟硅烷涂层的试样表面接触角由138.6°提高到156.7°,对水和30wt.%甘油的减阻率分别由8.17%、14.38%提高到27.74%、23.69%。将激光刻蚀与电沉积相结合,构筑微纳结构经自组装制备超疏水表面,可为降低管道输运中固液间摩擦阻力提供新的技术途径。     

铌酸钾钠无铅压电陶瓷掺杂及制备技术现状

铌酸钾钠无铅压电陶瓷因具有环境友好型、良好的电学性能、较好的居里温度等成为当前压电铁电材料的研究热点之一,广泛应用于科技、工业等方面。综述近年来铌酸钾钠压电陶瓷材料的研究进展,主要从金属离子及其氧化物掺杂、稀土离子,以及其他化合物掺杂等方面对铌酸钾钠的掺杂制备进行总结,从热压烧结、微波烧结及放电等离子烧结等方面对其烧结技术进行论述,从激光脉冲沉积技术、射频磁控溅射法等方面对其成形工艺进行综述。结果表明,对铌酸钾钠压电陶瓷进行掺杂制备及采取先进的烧结技术可以明显提升其电学性能,铌酸钾钠压电陶瓷薄膜和涂层的制备拓展了铌酸钾钠的应用范围,使其可以应用于国防、航空航天及通信等方面。最后对铌酸钾钠的发展趋势进行总结。主要从铌酸钾钠陶瓷的掺杂制备、烧结工艺及成形工艺等方面进行综述,对铌酸钾钠压电陶瓷在各领域的研究有一定理论与参考意义。     

纳米压痕技术在材料力学测试中的应用

近年来,材料纳米级力学测试日益引起广大研究者的重视。纳米压痕仪凭借极高的载荷和位移分辨率,广泛应用于材料表面的微纳米级力学性能的测试,包括硬度、弹性模量、塑性应变、薄膜界面结合强度以及材料疲劳特性等。综述了几种纳米压痕和纳米冲击技术测试材料力学性能的方法和原理,介绍了纳米压痕技术在材料力学性能测试方面的若干先进应用实例及其测试机理,以及原子力显微镜和扫描探针显微镜在力学测试方面的原理和应用。最后,提出了纳米压痕仪存在的若干问题,并对纳米压痕技术的发展进行了展望,认为纳米压痕技术结合有限元模拟建立材料疲劳断裂模型,是纳米压痕在力学测试方面发展的必然趋势。     

表面自由能的计算方法及其对材料表面性能影响机制的研究现状

表面自由能是材料表面能量状态的一种描述,对材料的诸多性能有很大的影响。用于表面自由能计算的方法主要包括：Fowkes 法、Owens-Wendt-Kaelble 法、van Oss 法以及 Wu 法等,每种方法都有其特点和计算形式。目前,表面自由能的计算方法多数是基于 Young 方程推导而来,其中的基本物理量接触角θ是表征自由能的一个重要指标。对于接触角θ的测量,同样存在多种方式,如量角法、量高法以及测力法等。从表面自由能计算方法出发,系统地总结了表面自由能对材料结合强度、润湿性能及其他性能的影响,综述了国内外学者对材料表面自由能的研究现状。最后对表面自由能未来的研究方向提出了展望。     

疲劳损伤磁性无损评估技术研究现状及发展前景

磁性无损检测技术是评估铁磁材料疲劳损伤以及重要结构件可靠性的重要检测手段。针对铁磁材料的疲劳损伤,介绍了几种典型的磁性无损检测技术,如磁巴克豪森噪声(MBN)、磁声发射(MAE)、漏磁(MFL)和金属磁记忆(MMM)等,对其产生机理及应用特点进行了概述;对几种磁性检测技术在疲劳损伤评估领域的研究现状以及取得的主要研究成果进行了综述;最后指出几种技术尚存的问题和进一步的研究方向,并对其发展前景进行预测。     

基于统计分析的等离子喷涂层接触疲劳寿命和失效模式

在不同应力水平下考察等离子喷涂镍基合金涂层的滚动接触疲劳寿命和失效模式。以R-3.1.1软件为平台,采用统计分析方法(方差分析、回归分析、判别分析等)对其进行分析和讨论。结果表明:涂层的滚动接触疲劳寿命呈正态分布;随着接触应力的增加,涂层的均值寿命和方差都减小,并且疲劳寿命的分布更加集中;方差分析表明,接触应力对涂层的滚动接触疲劳寿命有显著性影响,且寿命均值与接触应力具有高度的线性相关性;建立了涂层失效模式的判别准则,当指定接触应力和疲劳寿命时可以预测涂层的失效模式,且预测正确率在65%以上;疲劳寿命对失效模式的累积贡献率明显高于接触应力对失效模式的累积贡献率,因此疲劳寿命是决定涂层失效模式的主要因素。     

再制造喷涂层界面结合性能脉冲红外热像评估技术

针对再制造工程中常见的喷涂层界面结合性能评价问题,采用脉冲红外热像技术对3Cr13合金涂层的界面脱粘缺陷进行检测评估。以信噪比(SNR)为评价标准,对比了两种不同热图序列处理方法在预处理和后处理阶段的效果。结果表明:在预处理阶段,基于表面热信号的多项式拟合算法(PF)将原始热图的信噪比由5.34提升到9.61,其效果优于基于单张图像中值滤波算法(MF);而在后处理阶段,基于单张图像的主成分分析法(PCA)对缺陷特征的表征比基于表面热信号的脉冲相位法(PPT)更加准确,第三主成分重建热图的信噪比达到17.99。综合而言,基于单张图像的热图序列处理方法在再制造喷涂层界面结合性能评价中具有更好的效果。     

热喷涂层滚动接触疲劳寿命演变规律研究进展

滚动接触疲劳寿命是评价热喷涂层性能的重要指标之一。目前,用于热喷涂层滚动接触疲劳寿命演变规律的研究方法主要可以分为三大类:理论模型法、疲劳试验法和有限元分析法。模型预测法侧重对失效机理的描述,主要通过理论推导建立模型公式,再通过试验获取模型所需参数,从而达到预测涂层寿命的目的。疲劳试验法侧重对疲劳数据的分析,通过疲劳试验机得到寿命数据,采用Weibull分布等统计模型对数据进行分析,建立不同寿命影响因素与涂层疲劳寿命之间的关系。有限元分析方法则是通过采用计算机软件模拟涂层实际工况的方法,对涂层工作中的部分参量进行科学估计,是上述两种方法的补充。从热喷涂层滚动疲劳寿命研究方法的角度出发,总结各种研究方法的研究成果,系统综述国内外学者对热喷涂层滚动接触疲劳寿命演变规律的研究现状,确定疲劳试验与有限元分析相结合的方法。     

空间固体润滑材料的研究现状

固体润滑材料以其蒸发率低、耐高低温、抗辐照、耐腐蚀等优点在工作于空间苛刻环境中的器械上得到了广泛的应用。综述了目前常用的层状结构物、软金属、聚合物、无机化合物和复合材料5类固体润滑材料的摩擦学特性、制备工艺和应用情况,指出了我国在空间固体润滑材料研究领域与国外先进水平的主要差距和今后的研究方向。