铜表面纳尺度沟槽织构的摩擦学性能

目的 通过分子动力学（MD）模拟,揭示了纳尺度沟槽织构对单晶铜摩擦磨损的影响机理,为设计高耐磨超声电机（USM）定子材料提供理论指导方法 建立了金刚石-铜摩擦配副模型,首先研究了金刚石下压深度对铜基体摩擦学性能的影响,随后重点研究了铜表面沟槽织构的角度、深度、宽度对摩擦学性能的影响。通过提取摩擦过程中的摩擦因数、磨损原子数目、摩擦界面温度、体系能量、界面间相互作用力以及观察摩擦前后界面形貌变化,从原子尺度揭示沟槽织构对铜的减摩机理。结果 对于无织构铜表面,摩擦因数和磨损率等性能参数随着下压深度的增加而增加;有沟槽织构的铜表面,摩擦因数和磨损率相较于无沟槽织构有显著下降。在沟槽织构与摩擦方向成90°时,效果最佳,摩擦因数下降25%左右,磨损率下降50%。同时,摩擦因数和磨损率还随沟槽深度和宽度的增大而减小。其主要原因是：沟槽织构的引入,使得在金刚石和铜基体的摩擦过程中相互作用的原子数量明显减少,相互犁削和接触原子的数量也减少,从而导致摩擦因数、磨损率下降。结论 在铜表面进行沟槽织构化处理能够减少摩擦过程中的磨损,提高铜基体的耐磨性能。     

锻造CoCrMo合金关节材料的滑动摩擦腐蚀行为

采用UMT-2多功能摩擦磨损试验机和电化学工作站(CHI614E)摩擦腐蚀试验平台,考察了医用CoCrMo合金在生理盐水润滑条件下的摩擦腐蚀行为,利用扫描电镜观察了CoCrMo合金在摩擦腐蚀之后的形貌特征。结果表明,随着载荷的增大,CoCrMo合金摩擦腐蚀后的腐蚀电位降低,腐蚀电流增大。摩擦腐蚀的摩擦因数均大于纯摩擦因数,且随载荷的增加而减小。摩擦腐蚀的磨损破坏比纯摩擦严重,磨损机理主要表现为犁沟磨损和剪切塑变造成的局部剥落。     

人工海水溶液中系泊链钢的腐蚀磨损行为

目的 以CM490钢为研究对象,定量探究海洋环境下系泊链钢摩擦磨损和电化学腐蚀之间的耦合作用。方法 利用科斯特CS2350电化学工作站和Rtec摩擦磨损试验机开展CM490系泊链钢在人工海水环境下的腐蚀摩擦磨损实验。通过分析极化曲线、开路电位、摩擦因数、表面形貌及元素分布,定量分析电化学腐蚀体积损失量和摩擦磨损体积损失量,揭示腐蚀、摩擦磨损之间的交互作用机理。结果 CM490钢材料总体积损失速率随载荷增加而提高,在20、50、80N下分别为4.2×10^-2、6.5×10^-2、7.9×10^-2mm³/h;开路电位峰值随着载荷增加而增高,80 N下峰值最大,增幅约为0.095 V,表明腐蚀磨损产物与基体间存在电位差,形成电偶腐蚀以致加深材料的腐蚀程度;磨痕区域腐蚀磨损损失为材料失重主体,其损失量约占总损失量的95.80%～96.82%;腐蚀和磨损的交互作用显著促进材料损失,占磨痕区总失重量的47.14%～49.37%;腐蚀对摩擦磨损损失的促进量占腐蚀磨损交互作用量的98.32%～98.65%,表明交互作...     

填料粒度对汽车制动摩擦材料性能的影响

目的研究填料粒度对树脂基汽车制动摩擦材料性能的影响。方法选取硅酸锆、氧化铝、石墨和蛭石作为填料,树脂基摩擦材料采用热压成型法制成,在X-DM摩擦试验机上进行摩擦磨损试验。采用正交试验法,对填料粒度不同的树脂基摩擦材料的摩擦因数标准差和高温磨损率进行极差分析,以获得填料粒度组合最佳的摩擦材料配方。采用扫描电子显微镜对该材料和未经过粒度优化材料在不同温度下的磨损表面形貌进行对比分析。结果随着硅酸锆和氧化铝颗粒尺寸的增大,摩擦因数和高温磨损率均增大,但硅酸锆和氧化铝颗粒尺寸过大或过小都会造成摩擦因数的稳定性变差;石墨粒度变化对摩擦因数的稳定性影响不大,随着石墨颗粒尺寸的增大,高温磨损率减小;随着蛭石颗粒尺寸的增大,摩擦因数的稳定性变差,且高温磨损率增大。结论硅酸锆和氧化铝粒度在320~400目之间,石墨粒度在100~200目之间,蛭石颗粒尺寸小于80目为最佳的粒度组合,制成的摩擦材料的摩擦磨损性能最佳,试样的摩擦因数稳定,高温磨损率较低,抗热衰退性能好。     

微观组织特征对模拟海水中搅拌摩擦加工Ti-6Al-4V合金腐蚀磨损性能的影响

目的研究搅拌摩擦加工细晶Ti-6Al-4V合金在模拟海水中微观组织特征与腐蚀磨损性能的关系。方法通过控制搅拌摩擦加工工艺(200 r/min-25 mm/min和200 r/min-50 mm/min)获得具有等轴细晶组织和片层状α相组织的Ti-6Al-4V合金。使用往复磨损试验机和电化学工作站,在模拟海水中对Ti-6Al-4V合金进行腐蚀磨损实验,获得摩擦系数-时间曲线、动电位极化曲线等一系列摩擦磨损和电化学曲线。使用激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜对磨痕进行观察,计算磨损率,并分析磨损机制。通过计算腐蚀磨损分量研究材料损耗的主要影响因素。结果在腐蚀磨损中,因表面氧化膜被破坏,具有细晶结构的Ti-6Al-4V合金晶界面积大,腐蚀电位降低,但腐蚀电流密度小于原始试样。搅拌摩擦加工试样在腐蚀磨损实验中的摩擦系数更稳定,OCP条件下,具有细小等轴晶组织的搅拌摩擦加工Ti-6Al-4V合金的摩擦系数最低,磨损率较原始试样低20%。片层组织特征Ti-6Al-4V合金因微观力学性能各向异性而影响对磨球的行进路线,犁沟较混乱。原始样品的磨损机制主要为磨粒磨损和腐蚀磨损,搅拌摩擦加工后,样品在模拟海水中的磨损机制为磨粒磨损、分层磨损和腐蚀磨损。结论等轴细晶组织Ti-6Al-4V合金在模拟海水中表现出低的磨损率和低的摩擦系数,该组织特征具有最优的耐腐蚀磨损性能。     

阿拉尔耕地沙土与65Mn摩擦行为的研究

目的 探究阿拉尔耕地沙土与65Mn的摩擦学行为,为高速犁结构设计、优化和材料选择提供理论基础。方法 采用摩擦磨损试验机,选择土壤含水率、平均粒径、载荷、转速和摩擦时间等5个参数进行单因素多水平试验,研究沙土对65Mn的摩擦行为,并对各因素水平下金属磨损形貌进行分析。结果 随着含水率的增加,土壤黏附力和润滑水膜的厚度增大,摩擦因数减小,磨损量呈二阶抛物线规律;随着平均粒径的增加,微观接触面积减小,摩擦因数、磨损量与粒径呈负相关;随着载荷的增加,磨料挤压嵌入金属表面,使得微观切削量增加,摩擦因数呈小幅上升趋势,磨损量呈大幅上升趋势;随着转速的增加,摩擦因数、磨损量变化较缓和;随着摩擦时间的增加,因热量的累积,摩擦因数和磨损量呈上升趋势,土壤与金属的摩擦逐渐演变为土壤之间的摩擦。分析磨损形貌发现,65Mn金属磨损表面始终伴随着磨料磨损造成的犁沟、疲劳和剥落,还发现了腐蚀磨损造成的裂纹,表面金属材料被腐蚀成金属盐结晶体,2种形式的磨损交互影响,加剧了65Mn的磨损。结论 方差分析表明,与土壤含水率、载荷、转速相比,平均粒径和摩擦时间对沙土与65Mn的摩擦因数的影响较大,平均粒径对65Mn的磨损的影响最大。     

海水润滑条件下316L不锈钢与仿生非光滑表面CF/PEEK的摩擦学性能

为探讨高压海水轴向柱塞泵滑靴副的减阻抗磨机理,采用数控机床在CF/PEEK试样表面加工出不同形状仿生非光滑单元体,与316L不锈钢形成配副,对其在不同法向载荷下的摩擦因数、试样温度、磨损率等进行测试,并用激光共焦显微镜及扫描电子显微镜对磨损表面进行分析。结果表明:在海水润滑条件下,光滑表面配副以磨料磨损和粘着磨损为主,摩擦因数随时间稳定在0.05~0.09,试样温升大,磨损率大;非光滑表面配副可有效存储海水和磨屑,产生动压润滑效应、降低磨料磨损,摩擦以犁沟效应为主,摩擦因数稳定在0.02~0.06,试样温升小,磨损率小;随法向载荷的增加,由粘着效应所致CF/PEEK转移加快,摩擦因数和试样温度升高,磨损率降低且下降趋势逐渐减缓。     

外加电位对Monel400合金海水环境腐蚀磨损性能的影响

目的研究不同恒电位对Monel400合金海水环境腐蚀磨损性能的影响。方法将试样加工成圆柱试样,通过设计的特殊夹具夹紧试样,利用摩擦试验机和电化学工作站做不同恒电位下的磨蚀实验,通过开路电位极化曲线的变化评价合金的电化学性能,通过磨损量的变化评价合金的摩擦性能。通过扫描电镜揭示磨损机理,探讨交互作用机制。结果摩擦过程中的开路电位比静态腐蚀时的低。随着外加电位的增加,腐蚀电流密度增加,摩擦系数降低,总的体积损失量增加。腐蚀磨损存在明显的交互作用。结论摩擦能够破坏合金表面的钝化膜,导致具有更高电化学活性的新表面暴露于溶液中,因此促进了表面腐蚀。而腐蚀产生的腐蚀产物层比较粗糙和疏松,其剪切强度比基底合金低得多,因此当氧化铝块摩擦过合金表面时,很容易去除腐蚀产物层,进而促进了材料损失。腐蚀磨损条件下材料的损失量明显比纯磨损条件下的高。     

Al-Mg2Si复合涂层在3.5％NaCl水溶液中的腐蚀磨损性能研究

目的研究Al-Mg_2Si复合涂层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀-磨损性能。方法用电化学工作站(CHI660E)、腐蚀-磨损试验机测试试样的电化学行为及实时监测在3.5%NaCl溶液中的开路电位、摩擦系数和干摩擦性能,并采用扫描电镜(SEM)、超景深三维显微镜对磨痕特征进行表征。结果镁合金自腐蚀电位为-1.4888V,腐蚀电流密度为2.817×10~(-3) A/cm~2。与镁合金基体相比,Al-Mg_2Si复合涂层的自腐蚀电位正移了0.5288V,腐蚀电流密度降低了3个数量级。腐蚀磨损过程中,Al-Mg_2Si复合涂层的开路电位(OCP)为-0.9202 V,比镁合金基体高0.5713 V。干摩擦过程中,复合涂层的稳定摩擦系数为0.28,比镁合金低0.07。复合涂层干、湿磨损率相差44.72×10~(-4) mm~3/(N?mm),其值是镁合金基体干、湿磨损率相差值的0.52倍,且均远远大于各自纯机械磨损率。结论在腐蚀磨损过程中,腐蚀是造成磨蚀损失的主要原因,且Al-Mg_2Si复合涂层的耐磨蚀性能优于镁合金基体。     

晶粒度等级对高铁车轮钢滚动摩擦磨损性能的影响

采用GPM-30型轮轨滚动接触疲劳试验机对比研究了3种不同晶粒度等级的ER8高铁车轮钢试样的滚动摩擦磨损性能,通过测量摩擦因数、计算磨损率、观察表面磨损形貌来评价其磨损性能。结果表明,试样晶粒度等级越高,稳态平均摩擦因数越小,磨损率越低。晶粒度11.0级试样的稳态平均摩擦因数为0.19,磨损率为0.663×10^-5 g/m,而晶粒度10.0级、晶粒度9.5级试样的稳定平均摩擦因数分别为0.26、0.35,磨损率分别为1.326×10^-5、4.421×10^-5 g/m。晶粒度9.5级试样表面的剥落损伤严重,磨损率最高。晶粒度11.0级试样磨损后表面氧化严重,在表面形成了一定厚度的氧化层,氧化层在磨损过程中起到减小摩擦的作用,因此,试样摩擦因数较小。     

6082铝合金搅拌摩擦焊焊缝的电化学腐蚀行为

通过室温静态挂片试验以及动电位极化曲线测试,在室温0．2mol／LNaHSO3＋0．6mol／L NaCl溶液中,对6082铝合金搅拌摩擦焊（FSW）焊缝以及6082铝合金母材的电化学腐蚀行为进行了研究。结果表明,主轴转速为1200r／min,焊接速度为200mm／min,搅拌头倾角为3°时的焊缝与母材相比,平均腐蚀速率较小,腐蚀电位Ecorr正向移动,腐蚀电流密度J变小。同时使用扫描电子显微镜（SEM）对室温静态挂片试验试样的表面形貌进行了观察,发现焊缝表面上只出现少量较浅的点蚀坑,而母材表面的点蚀现象较为严重。     

自支撑GaN厚膜制备及其光学性能研究

采用镀Ti插入层在氢化物外延设备中制备了高质量自支撑GaN厚膜。X射线衍射测试发现(0002)峰摇摆曲线的半高宽为260 arcsec;5 K下样品带边发光峰的半高宽为3 meV,室温下样品的带边发光峰也只有20 meV,并且在室温的PL谱中观察不到黄光带;扫描电子显微镜观察显示,腐蚀后的自支撑GaN厚膜表面有位错延伸形成的六角坑,并估算出样品位错密度约为2.1×l07 cm-2。这些结果说明镀Ti插入层有助于提高GaN外延层的晶体质量。通过Raman和低温荧光分析,可以看出自支撑GaN厚膜表面应力已经完全释放。研究了不同温度下样品的荧光特性,证明得到的无应力自支撑GaN厚膜具有很好的晶体质量和光学质量     

6082铝合金摩擦搅拌焊缝和熔化极惰性气体保护焊缝电化学性能对比

基于动电位极化曲线,交流阻抗谱(EIS) 和扫描电子显微镜(SEM)手段 ,在室温0.2M NaHSO3 和 0.6M NaCl的水溶液中,对比研究了铝合金摩擦搅拌焊(FSW)焊缝和熔化极惰性气体保护焊(MIG)焊缝电化学性能。结果表明： FSW 焊缝的腐蚀速率低于MIG焊缝和母材的腐蚀速率;FSW 焊缝的腐蚀电位高于MIG焊缝和母材的腐蚀电位; FSW 焊缝的腐蚀电流密度低于MIG焊缝和母材的腐蚀电流密度;FSW 焊缝的极化电阻高于MIG焊缝和母材的极化电阻。所有样品的EIS Nyquist 谱图上均有一感抗弧存在;SEM观察表明：仅有少量浅蚀坑出现在FSW焊缝表面。     

5083铝合金搅拌摩擦焊接头微弧氧化膜电化学腐蚀行为

利用微弧氧化技术在5083铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头表面制备一层均匀的微弧氧化膜.通过动电位极化和电化学阻抗谱(EIS)分析,评估微弧氧化前后搅拌摩擦焊接头的腐蚀特性.结果表明,经过微弧氧化表面处理的搅拌摩擦焊样品腐蚀电流密度减小,电化学阻抗增加,抗腐蚀性能得到了显著改善.未氧化处理的不同焊接组织区域腐蚀行为存在明显的差异,而5083铝合金母相和焊缝表面的微弧氧化膜具有相同的形貌和抗腐蚀性能.     

含气率对钛合金TC4混气电解加工特性的影响

针对钛合金TC4材料在不同含气率下的混气电解加工特性,设计了一种可调节含气率的气液混合装置,利用钛合金TC4台阶面毛坯进行对比实验,研究含气率对钛合金TC4混气电解加工的整平能力、加工表面质量及杂散腐蚀的影响。结果表明:相比于常规电解加工技术,混气电解加工可显著提高钛合金TC4的加工整平比,大幅减少杂散腐蚀,且含气率越大,整平比越高,杂散腐蚀程度越低;但含气率的增大会使材料去除率下降,且混气电解加工钛合金TC4的表面质量低于常规电解加工。     

Effect of friction stir welding process on microstructural characteristics and corrosion properties of steels for naval applications

ABSTRACT

Electrochemical properties and microstructure examinations have been performed on three Friction Stir Welded (FSW) shipbuilding steels (DH36, S690QL, 80HLES). Galvanic coupling has been assessed using Scanning ElectroChemical Microscopy (SECM) and an electrochemical mini-cell in order to subsequently identify possible FSW-related damages of these steels. The galvanic macro-coupling between the base material and the welded zone is measured by the SECM tip. The 80HLES steel has greater differences in surface hardness and electrochemical reactivity which lead to a galvanic coupling inducing an initiation to corrosion.     

2195铝锂合金摩擦搅拌焊接头组织与腐蚀行为

研究了5 mm厚度2195-T8铝锂合金板材摩擦搅拌焊(FSW)接头不同位置的显微组织、腐蚀电化学行为以及在晶间腐蚀介质中的腐蚀特征. 结果表明,母材为纤维状晶粒组织,而焊核区为晶粒尺寸小于10 μm的完全再结晶组织. 2195-T8铝锂合金母材时效强化相为T1相(Al₂CuLi)和θ'相(Al₂Cu),热力影响区大部分T1相和全部θ'相已重新溶解至基体中,而焊核区所有T1相和θ'相均重新溶解. 从母材至焊核区,电位逐渐增加,相应地FSW接头上表面发生宏观平面电偶腐蚀,焊核区承担阴极电流,而母材部分则承担阳极电流. 在晶间腐蚀介质中,焊核区表面发生程度较轻的均匀腐蚀,母材部分发生深入基体内部的腐蚀.     

钽掺杂对多层Ta-DLC薄膜摩擦及腐蚀行为的影响

目的 解决316L不锈钢在苛刻海洋环境中易磨损、易腐蚀的问题。方法 采用中频磁控溅射技术在316L不锈钢上沉积了Ta/TaN/TaCN/Ta-DLC薄膜。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、X射线衍射、纳米压痕、往复摩擦磨损试验和电化学测试等手段,重点研究了DLC膜层中Ta元素掺杂含量对薄膜结构、组成成分、力学性能、摩擦学性能和耐腐蚀性能的影响规律。结果 随着Ta元素含量(原子数分数)从2.04%增到4.16%,薄膜中的sp³键含量呈现先升高后降低的趋势,当Ta原子数分数为3.60%时,薄膜中sp³键含量最高,且薄膜的硬度及弹性模量达到最大,分别为7.01 GPa和157.87 GPa。随着Ta元素含量的增加,薄膜的平均摩擦因数逐渐减小,在4.16%(原子数分数)时达到最小0.21。Ta元素含量对薄膜的结合力影响较小,且所有薄膜结合力总体在10 N左右。当Ta原子数分数为3.60%时,薄膜的腐蚀电流密度及钝化电流密度最小,分别为0.006 μA/cm²和0.63 μA/cm²,比其他薄膜的低1~2个数量级,并且薄膜电阻及电荷转移电阻最大,展现出最为优异的耐腐蚀性能。结论 Ta元素的掺杂提高了薄膜的耐摩擦性能,且适当的Ta元素掺杂能够提高Ta/TaN/TaCN/Ta-DLC薄膜的耐磨耐蚀性能。