超音速激光沉积WC/Cu复合涂层的微观结构及耐磨性能表征

针对纯铜具有良好的导电、导热和加工性能,但同时也具有硬度低,耐磨性能差的特点。采用超音速激光沉积(Supersonic laser deposition,SLD)和冷喷涂(Cold spray,CS)技术在纯铜表面制备了WC/Cu复合涂层,并对所制备涂层的微观结构、相组成、显微硬度和摩擦磨损性能进行了对比分析。研究结果表明,CS涂层的厚度约为1128μm,WC含量为7.73%,显微硬度为147.4HV0.2,但涂层/基体结合处存在明显间隙。SLD涂层厚度随着激光功率的逐渐升高而增加,最高涂层厚度达2344μm,WC含量可高达17.22%,显微硬度可达161.3HV0.2,且涂层/基体结合良好。SLD涂层能基本保留原始粉末的相组成,但高激光功率下制备的样品存在轻微氧化。SLD涂层相比于CS涂层和铜基体具有更小的摩擦因数、磨损宽度以及磨损量,表现出更好的耐磨性能,为铜及其合金的表面性能优化提供了一种新方法。     

等离子喷涂WC/Co Fe基涂层摩擦与磨损性能

以普通铸铁为基体,碳化钨陶瓷粉末WC 12Co为热喷涂材料,采用大气等离子法制备WC/Co Fe复合涂层.通过SEM、EDS、XRD等手段对WC/Co Fe涂层微观组织与结构进行表征,并对WC/Co Fe复合涂层耐磨损性能进行测试.结果表明,等离子喷涂制备的WC/Co Fe涂层物相以WC相为主;WC涂层摩擦因数波动小于铸铁材料摩擦因数,表明WC复合涂层具有良好的抗摩擦性能.WC涂层耐磨损性能高于铸铁,主要归因于WC颗粒韧性好、硬度高、抗冲击及抗磨损性能强,与基体金属的结合性好.     

等离子喷涂陶瓷涂层的动态防滑性能和耐磨性

采用等离子喷涂技术制备Al2O3-13%Ti O2和WC复合涂层。利用MMS-1G高速摩擦试验机评价涂层在高速动态条件下防滑性能和耐磨性,并分析涂层的磨损机制。结果表明:所有涂层防滑性能随着速度和载荷的增加而下降,在相同条件下WC涂层的防滑性能最好,但Al2O3-13%Ti O2涂层耐磨性要好于WC涂层;所有涂层磨损率均随载荷和速度增加呈现上升趋势,Al2O3-13%Ti O2涂层磨损机制以黏着磨损和层片剥落为主,而裂纹扩展引起的脆性断裂则主导了WC涂层的磨损机制。     

基于工艺控制与基体处理的类金刚石涂层性能优化技术研究综述*

类金刚石涂层(DLC)因其高硬度、高耐磨性、低摩擦因数等特性被广泛用作机械零部件润滑防护涂层,但传统的DLC涂层在高速、重载及高温等苛刻工况下易发生摩擦因数升高、开裂及鼓包/起皮并从基材脱落进而导致涂层润滑防护失效。基于工艺控制及基体处理2个方面,从涂层的沉积工艺、元素掺杂、过渡层的添加及渗氮渗碳、改变粗糙度、加工表面微织构等手段对提升DLC涂层服役性能的优化措施进行综述;针对提高DLC涂层服役性能的措施进行理论分析,并提出未来的研究方向,如建立规范统一的高性能DLC涂层的制备工艺及性能表征方法,进一步探讨不同基体粗糙度对涂层机械啮合力的影响,以及微织构的尺寸效应及对DLC涂层的热应力缓释作用。     

MDT涂层高温滑动摩擦特性试验研究

针对TiAlN涂层刀具的耐磨性,以镍铬合金为摩擦副,利用MS-W6000型高温摩擦试验机研究了劈裂电弧(MDT)和传统电弧离子镀两种涂层工艺制备的TiAlN涂层的摩擦磨损性能。试验结果表明:在室温下,传统电弧离子镀涂层的摩擦性能较差;在高温下,两种涂层的摩擦性能相近,但MDT涂层的稳定性更好。     

等离子喷涂Ni基涂层摩擦学性能研究

为研究和改善Ni基涂层的摩擦学性能,利用大气等离子喷涂法在316不锈钢基体上制备NiCrBSi涂层、质量分数30%WC掺杂的NiCrBSi-30%WC涂层以及质量分数30%WC和15%Mo共同掺杂的NiCrBSi-30%WC-15%Mo涂层,研究涂层的物相结构、组织形貌、显微硬度以及大气环境下涂层与GGr15球对磨时的滑动摩擦磨损性能,并分析涂层的磨损机制。结果表明:WC掺杂、WC和Mo的共同掺杂提高了NiCrBSi涂层的显微硬度;NiCrBSi-30%WC涂层摩擦因数最大,达到0.502 0,NiCrBSi-30%WC-15%Mo涂层次之,NiCrBSi涂层最小,为0.393 8;涂层NiCrBSi-30%WC-15%Mo耐磨性最佳,较NiCrBSi涂层提升25%,NiCrBSi-30%WC次之,而NiCrBSi涂层磨损最为严重。在摩擦过程中,3种涂层上都产生了Fe转移膜,其中NiCrBSi涂层磨损机制主要为磨粒磨损和疲劳剥落,NiCrBSi-30%WC、NiCrBSi-30%WC-15%Mo涂层的磨损机制主要以疲劳剥落为主。     

Inconel690合金表面HVOF喷涂WC-10Co-4Cr和CoCrW涂层的微动磨损特性研究*

为了提高Inconel690合金管的耐磨性,采用超音速火焰喷涂技术（HVOF）在Inconel690合金管表面制备WC 10Co 4Cr和CoCrW两种涂层,在PLINT微动磨损试验机上考察其微动磨损性能。试验结果表明：载荷一定时,涂层的摩擦因数随着位移的增加而变大;相同试验条件下,在稳定阶段,WC 10Co 4Cr和CoCrW涂层的摩擦因数小于Inconel690;两种涂层的耐磨性均显著优于Inconel690合金,而WC 10Co 4Cr涂层的耐磨性略优于CoCrW涂层。磨损表面形貌分析表明,两种涂层的磨痕表面存在剥落坑和剥层现象,磨损机制以剥层和磨粒磨损为主。     

铁铝金属间化合物基涂层的高温滑动磨损性能研究

采用粉芯丝材和高速电弧喷涂技术制备了Fe-Al金属间化合物涂层及Fe-Al/WC复合涂层，研究了从室温至650℃不同试验温度下两种涂层的滑动磨损性能。结果表明，在高温下磨损面发生摩擦氧化反应形成大面积的氧化物保护层，降低了涂层的摩擦系数；剥层磨损是涂层的主要磨损机理。涂层中Fe3Al和FeAl金属间化合物相较高的高温强度和硬度，能有效地阻碍裂纹的产生、扩展及扁平颗粒的断裂，从而使Fe-Al涂层及Fe-Al/WC复合涂层表现出优异的高温耐磨性。添加WC硬质相后提高了复合涂层的平均硬度，从而提高了涂层的耐磨性；但高温下WC易发生氧化和分解，使复合涂层的高温耐磨性下降。     

超声辅助电火花粉末沉积WC-Ni金属陶瓷涂层的微观结构及摩擦学性能

针对传统电火花沉积工艺中工具电极预制成本高、工艺复杂、材料选择范围受限等问题,提出了一种超声辅助电火花粉末沉积（Ultrasonic-assisted electro-spark powder deposition,UEPD）的新方法。利用UEPD工艺成功地在316L不锈钢基材上制备了WC-Ni金属陶瓷涂层。所制备的WC-Ni金属陶瓷涂层的厚度为89~159 μm,表面粗糙度约为3.672 μm,并且与基材呈现良好的冶金结合。超声振动的引入能够有效改善涂层的成形质量。涂层的微观组织主要由亚微米级细小枝晶组成,主要物相包括FeNi、Cr₃Ni、WC、W₂C、Cr₂₃C₆和Cr₃C₂等。这些细小的晶粒和强化相使金属陶瓷涂层的硬度明显增加,平均硬度达到980.68 HV,约为基材的4.1倍。摩擦磨损性能测试表明,金属陶瓷涂层的磨损率相比基材和不含WC的Ni基合金涂层分别降低了50.7%和37.7%,并且还表现出明显低于二者的摩擦因数。WC-Ni金属陶瓷涂层的主要磨损机理为疲劳磨损和磨粒磨损,其中高硬度表面和具有颗粒流润滑效果的磨屑层是金属陶瓷涂层实现高耐磨、低摩擦的主要原因。UEPD工艺相比于传统的电火花沉积工艺省却了复杂的工具电极预制过程,其工艺更简单,成本更低廉、材料选择更广泛,并且所制备的涂层也表现出良好的成形质量和性能。这为电火花沉积技术的发展提供了一种新的思路。     

空气助燃超音速火焰喷涂WC涂层的性能及应用

采用空气助燃超音速火焰喷涂(HVAF)技术制备了WC涂层,对该涂层的耐磨性、耐腐蚀性、韧性、涂层结合强度等性能进行了研究,并与电镀硬铬层进行了性能与实际使用寿命对比。结果表明:采用HVAF制备的WC涂层的耐磨性是电镀硬铬层的10倍,涂层的耐腐蚀性和韧性明显优于电镀硬铬层的;以WC涂层在瓦楞辊中的应用为例,采用上中下位置喷涂方法制备的WC涂层厚度均匀,控制喷涂角度大于60°和基体硬度小于60 HRC对WC涂层的结合强度有利,WC涂层瓦楞辊的使用寿命是电镀硬铬瓦楞辊的4~6倍。     

液压往复密封件磨损失效概率研究

根据摩擦副系统可靠性理论,对液压往复密封件的磨损失效概率进行研究,提出了一种检测密封件磨损失效的方法。以液压缸杆密封Y形密封件为研究对象,通过ANSYS仿真分析密封件在不同磨损程度下摩擦应力和失效概率变化规律,计算密封件在运行过程中磨损失效概率,并通过试验验证有限元计算结果的有效性。结果表明:Y形液压往复密封件唇口处摩擦应力较大,因此其磨损部位主要发生在唇口;随着磨损程度的增加,Y形密封件受到的摩擦应力增加,失效概率也随之变大。研究表明,提出的方法可对液压缸实际运行过程中往复密封件的磨损进行检测。     

基于摩擦轮反馈的数字液压缸系统

提出了一种柔性闭环反馈式数字液压缸系统.该系统采用一种基于摩擦轮柔性连接方式进行反馈控制,通过步进脉冲信号驱动阀芯轴向移动,打开进出油口,推动活塞杆移动,并带动摩擦轮转动,通过与摩擦轮相连接锥齿轮传动将活塞杆运动传递给反馈螺母,进而控制阀芯反向移动,闭合进出油口.该系统通过阀芯的轴向移动距离来控制液压缸的输入流量及活塞...     

双活塞杆液压缸动态性能参数影响因素的研究

论文以设计的双活塞杆液压缸为研究对象,建立了液压缸的数学模型,分析得到液压缸的动态性能参数固有频率和阻尼比与液压缸的等效质量、负载客积和液压介质的弹性模量等因素有关.研究了活塞杆伸出过程中,液压缸固有频率和阻尼比动态性能参数值的变化,对阀控缸系统和容积式调速回路系统的数学建模和分析有重要的参考价值.     

基于LuGre模型的液压缸摩擦力修正模型

通过分析液压缸摩擦力的诸多特性,基于LuGre摩擦模型,引入滑动油膜动态特性方程,建立一种液压缸摩擦力新模型。在Matlab/Simulink中搭建模型原理图,对新模型进行仿真,并与实测数据进行对比。研究结果表明:建立的液压缸摩擦力新模型能够反映实验中观测到的绝大多数摩擦特性,与实测数据吻合较好,可适用于各种精密液压系统的仿真与控制策略研究中。     

高速开关阀在液压缸起动与到位过程中的速度控制研究

为了研究液压缸起动和到位过程中的速度控制问题,设计了高速开关阀与液压缸并联连接的油路,即将高速开关阀连接于液压缸有杆腔与无杆腔之间。分别针对液压缸起动和到位两个过程的速度控制问题,开展了仿真与实验研究。研究结果表明,高速开关阀能有效降低液压缸起动时的活塞最大加速度和到位时的活塞末速度,实现起动过程和到位过程中的速度控制。     

液压破碎锤破碎混凝土的动力学分析

液压破碎锤工作环境十分恶劣,其中活塞杆、钎杆、活塞缸体是其最易失效的零件.针对YYC300型行程反馈式液压破碎锤,利用SOLIDWORKS进行实体建模,在LS-DYNA中对活塞杆撞击钎杆、钎杆受力侵彻混凝土的过程进行了刚柔体运动、非线性接触碰撞动力学仿真,获得了液压破碎锤主要零部件—冲击缸体、钎杆、活塞杆的应力云图以及液压破碎锤的应力集中点在撞击过程中的应力变化曲线及混凝土破碎情况.依据对混凝土破碎结果的分析,可为选择液压锤型提供依据,通过对液压锤关键部位应力变化的试验研究,验证了仿真结论的正确性.     

挖掘臂的液压缸摩擦模型辨识与分析

挖掘臂的液压缸摩擦力使系统动态特性恶化,对其进行有效的摩擦补偿是提高控制性能的关键。为获得液压缸的精确摩擦模型,建立了铲斗关节动力学方程,方程中分别采用了库仑摩擦、库仑+黏性摩擦及Stribeck摩擦模型。针对系统中存在的有色噪声,采用了改进的递推最小二乘法辨识未知参数。将辨识的三种摩擦模型进行对比分析表明,Stribeck摩擦模型精度最高,能很好地预测液压缸驱动力。其中,Stribeck摩擦模型的辨识误差比库仑+黏性摩擦及库仑摩擦分别减少约8%与18%。     

液压缸往复密封圈表面接触应力监测研究

在液压缸中，往复动密封圈表面接触应力是决定其密封有效性的关键，但由于在工作过程中对往复密封表面接触状态进行监测的难度很大，因此对其变化规律仍缺乏深入了解。针对这一问题，以液压缸活塞杆Y形密封圈为对象，通过有限元仿真分析密封圈内唇磨损对密封圈表面接触应力的影响，确定密封圈表面接触应力的最佳监测部位；采用光纤光栅传感器(FBG)进行密封槽表面接触应力监测试验，通过铺设于密封槽的FBG传感器采集应力数据，得出密封圈周向和轴向接触应力均随内唇磨损增加呈现先增大后减小的趋势，与仿真结果一致；接触应力对密封磨损程度变化的响应灵敏度会随密封压力的增加而增大。研究结果为液压缸实际运行过程中往复动密封状态的监测提供了依据。     

轻量化复合材料液压缸现状及挑战

液压元件及系统广泛应用于运载设备、重载机器人和飞行器等移动装备。出力大、功重比高是液压传动区别于其他传动最明显的优势之一。液压缸作为液压系统最主要的执行元件,现有技术的液压缸重量大,严重制约主机性能提升,其科学减重可进一步提升功重比,对实现装备的节能减排,提高承载能力、机动性能和续航能力具有突出意义。通过深入剖析轻量化复合材料液压缸的迫切需求、轻量化途径、轻质材料选择、研究现状与市场现状,对轻量化复合材料液压缸的发展进行综述。强度-密度比极高的纤维增强聚合物复合材料（Fiber reinforced polymer,FRP）,是高压轻量化液压缸的优选材料,减重潜力巨大。结合应用FRP制造轻量化液压缸的约束条件,重点阐述各向异性FRP的设计参数影响规律、异质材料复合结构设计、异质材料复合结构控形控性制造、密封-摩擦副、性能表征等5个挑战。论述面向轻量化、耐高压、低泄漏、低摩擦、耐疲劳等特征的液压缸的主要挑战和发展趋势。     

液压驱动单元力控系统建模及其性能影响因素研究

以四足机器人关节驱动器 液压驱动单元为研究对象,依据液压驱动单元的结构组成原理,采用机理建模的方法,建立其力控系统数学模型,该模型包含了基于辨识得到的伺服阀三阶传递函数、伺服阀的压力 流量非线性环节、伺服缸两腔容积变化因素等。建立液压驱动单元力控系统框图,并利用MATLAB/Simulink平台建立其仿真模型,采用实验测试与仿真分析相结合的方法,研究不同工作参数和不同给定信号下的液压驱动单元力控性能。研究结果表明：比例增益、供油压力、力阶跃量及正弦频率等参数均会对液压驱动单元的力控性能产生影响,该研究工作对四足机器人各关节高性能的力控方法研究提供了理论和实验基础。