结构陶瓷材料冲蚀磨损特性的研究

采用多因素正交试验法,求出材料磨损的回归方程,并结合单因素试验,系统地研究了SiC、Si_3N_4。和Al_2O_3三种典型结构陶瓷材料的冲蚀磨损特性,研究结果对实际生产具有指导意义。     

结构陶瓷材料冲蚀磨损特性的研究

采用多因素正交试验法，求出材料磨损的回归方程，并结合单因素试验，系统地研究了ＳｉｉＣ、Ｓｉ３ｎ４和Ａｌ２Ｏ３三种典型结构陶瓷材料的冲蚀磨损特性，研究结果对实际生产具有指导意义。     

WC—Co硬质合金冲蚀磨损行为及机理研究

本文对两种WC—Co硬质合金的耐冲蚀性进行了考察,二者均呈现脆性材料冲蚀特点。其组成相的晶粒尺寸、硬度、百分含量与形貌对材料的冲蚀行为有巨大影响,在高温下尤为明显。材料的耐磨性随磨料硬度增加而降低。超细晶粒硬质合金具有更佳的耐磨性,但其磨蚀机理与商用硬质合金相似。软磨粒冲蚀引起软的Co相粘接剂浸蚀,导致WC相脱落。硬磨料冲蚀时,材料的转移主要是由于低角度时的切削和犁耕,高角度时的疲劳断裂组成,二者均伴有大面积的塑性变形。     

超细ATC陶瓷制备及其干滑动磨损研究

为提高陶瓷刀具材料的耐磨性能和断裂韧性，制备新型超细Al2O3-TiC-8%Co（ATC）陶瓷样品.采用低温化学镀方法对亚微米级Al2O3和TiC粉末表面进行金属钴包覆，热压烧结复合粉体制备该ATC样品.在销盘式磨损试验机上对ATC陶瓷的耐磨性能进行考察，采用SEM对ATC陶瓷的磨损形貌进行分析.结果表明，干滑动摩擦条件下，断裂韧性对陶瓷材料耐磨性能的影响非常明显.各摩擦副磨损过程中，随磨损时间延长ATC陶瓷样品表面微细突起脱落，磨损面趋于平滑，相对磨损率降低.金属钴的独特复合方式抑制了烧结过程中晶粒长大,并增大ATC陶瓷的断裂韧性和耐磨性能.     

金属表面等离子喷涂陶瓷材料提高耐磨性的研究

利用等离子喷涂技术将Ａｌ２Ｏ３和ＣＯ／ＷＣ陶瓷材料喷涂在金属表面，对陶瓷喷涂层与金属基体的结合强度和在滑动磨损条件下的耐磨性进行了试验研究．试验结果表明，Ａｌ２Ｏ３涂层的磨损率是金属基体的１／２；ＣＯ／ＷＣ涂层的磨损率基金属基体的１／１Ｏ．结合扫描电镜观察，探讨了涂层材料的微观磨损机理，认为陶瓷涂层材料的磨损机理不同于金属材料的微切削、犁沟磨损机理，其磨损主要是大界的断裂和晶粒的局部脆性断裂及剥落．因此，为提高陶瓷涂层的耐磨性，应首先着重于提高陶瓷材料的强度．     

基于梯度功能的陶瓷水煤浆喷嘴的设计

在分析水煤浆喷嘴工作特性和磨损机理的基础上,提出了梯度功能陶瓷水煤浆喷嘴的设计模型,’并对单向梯度功能陶瓷喷嘴的残余应力进行了有限元分析。结果显示,梯度功能陶瓷喷嘴内部的残余压应力能缓解喷嘴工作时的热应力,提高陶瓷喷嘴的抗热冲蚀磨损能力。     

基于梯度功能的陶瓷水煤浆喷嘴的设计

在分析水煤浆喷嘴工作特性和磨损机理的基础上,提出了梯度功能陶瓷水煤浆喷嘴的设计模型.并对单向梯度功能陶瓷喷嘴的残余应力进行了有限元分析.结果显示,梯度功能陶瓷喷嘴内部的残余压应力能缓解喷嘴工作时的热应力,提高陶瓷喷嘴的抗热冲蚀磨损能力.     

WC／钢基合金的强韧化因素分析

基于力学性能试验、断裂韧性试验及微观分析,对碳化钨增强钢基颗粒复合材料的强化与韧化因素作了较全面的综合分析,得出此类材料的主要强韧化要为高强韧的乌氏体、大量超硬碳化物的复合强化、超细晶粒强韧化、界面强韧化以及硬质相与基体交互作用带来的强韧化效果。     

离心机过流件常用材料的冲蚀磨损研究

利用喷砂机对离心机过流件常用的Q235A,Cr12Mov,ZG310-570和Q345A 进行冲蚀磨损试验,探讨它们的冲蚀磨损特性。结果表明：材料的硬度越高,其质量损失率越低,抗冲蚀磨损性能越强,4种材料的抗冲蚀磨损性能由高到低的顺序依次是Q345A,ZG310-570,Cr12Mov,Q235A;随着冲蚀角度的增大,质量损失率呈现先增大后减小的变化趋势,其中冲蚀角为30°时的质量损失率最大;在小角度冲蚀下,材料的磨损机理主要表现为微观切削,而大角度冲蚀下的磨损机理则主要表现为反复塑性变形导致的疲劳断裂。     

封严涂层的抗冲蚀性与冲蚀速度的关系

在自制的真空自由落砂式冲蚀磨损试验机上,对几种中温封严涂层的冲蚀率与冲蚀速度之间的关系进行了试验研究。结果表明,冲蚀率与冲蚀速度存在幂函数关系,速度指数随冲蚀角度增大而增大,在较高角度冲蚀时,速度指数比一般塑怀材料和脆性材料的高。基于冲蚀压痕效面,较好地解释了在９０°冲蚀时涂层的冲蚀率与冲蚀速度３次方成正比的关系。     

Design and development of SiC/(W,Ti)C gradient ceramic nozzle

The idea of functionally gradient material (FGM) theory was used to design ceramic nozzle based on the erosion wear behaviors of the ceramic nozzles and the outstanding properties of FGM. The purpose is to reduce the tensile stress at the entry region of the nozzle during sand blasting processes. The design theory and methods of gradient ceramic nozzle were proposed. The physical, micromechanical, and composition distribution models of gradient ceramic nozzle were established. The optimum composition distribution of the gradient ceramic nozzle material was determined from the solution of the multi-objective optimization calculation by constructing the models of the composition distribution versus the structural integrity of the compact in fabricating process. Results showed that compressive residual stresses appeared at the entry area of the gradient ceramic nozzle. The optimized component distribution exponent p is 0.5. An SiC/(W,Ti)C gradient ceramic nozzle material was synthesized by hot-pressing according to the design result. Results showed that the surface Vickers hardness of the FGM-1 gradient ceramic nozzle materials was greatly improved in comparison with that of the other layers. Supported by the Specialized Research Fund for Doctoral Program of Higher Education (Grant No. 20030422105), the Natural Science Foundation of Shandong Province (Grant Nos. Y2004F08, Z2003F01) and the Program for New Century Excellent Talents in University (Grant No. NCET-04-0622)     

陶瓷水煤浆喷嘴温度场及热应力的有限元分析

采用有限元法对陶瓷水煤浆喷嘴温度场、温度梯度及其热应力进行了分析计算 .根据水煤浆喷嘴的结构和喷嘴工作情况 ,建立了水煤浆喷嘴三维稳态温度场和热应力的有限元模型 ,确定了边界条件 ,分析求解得到陶瓷水煤浆喷嘴的温度场、温度梯度和热应力 .结果表明 :在陶瓷水煤浆喷嘴的出口端面存在较大的温度、温度梯度和热应力 .根据对陶瓷水煤浆喷嘴磨损形貌、温度分布和热应力的分析 ,得出陶瓷水煤浆喷嘴出口处较大的温度梯度和热应力是导致其出现破损和脱落的主要原因     

聚氨酯陶瓷复合材料浆体磨损性能研究

用聚四氢呋喃醚二醇与甲苯二异氰酸酯反应后,分别与Si3N4陶瓷粉、TiO2陶瓷粉末进行共混,制得耐磨蚀聚氨酯/Si3N4和聚氨酯/TiO2陶瓷复合材料,评价了这两种材料的耐磨性,通过扫描电镜观察了复合材料的磨损形貌,探讨了Si3N4和TiO2陶瓷粉末增强聚氨酯弹性体的磨损机理。结果表明:Si3N4粉末在质量分数为10%时,复合材料的耐磨性最好,是2Cr13钢的7.8倍,是45#钢的12.5倍,是纯聚氨酯的1.87倍。当TiO2陶瓷粉末在质量分数为8%时,复合材料的耐磨性最好,聚氨酯/TiO2陶瓷复合材料的抗冲蚀磨损性能分别是2Cr13钢的5.3倍,是45号钢的8.5倍,是纯聚氨酯的1.28倍。陶瓷粉末的加入有效提高了材料的抗冲蚀磨损性。     

工程陶瓷零件的车削工艺探讨

生产超细金属粉末的熔炼工艺设备上有一关键零件“出水嘴”，它采用的是氧化铝陶瓷材料，内孔有一定尺寸，精度要求，我们在普通车床上切削加工，在选择刀具材料及工艺参数方面进行了试验；实践证明，采用合适的硬质合金作为切削工具，能够对陶瓷零件进行加工，适合有关中、小企业小批量和单个零件加工需求。     

喷射式浆体冲蚀磨损试验机的研制及其性能考核

冲刷腐蚀磨损广泛存在于现代工业生产中,造成了大量的材料消耗.目前对浆体冲蚀磨损规律的认知还存在较大的局限性,要对浆体冲蚀磨损进行深入的研究,必须研制能较好模拟实际工况条件的试验装置,在比较现有冲蚀磨损试验机优缺点以及考虑制造成本的基础上,设计并制造了一台喷射式浆体冲蚀磨损试验装置.该试验机经过性能考核,证明其性能可靠,参数易于调节,可用于材料耐磨性能对比及浆体冲蚀磨损机理研究.     

陶瓷喷砂嘴流场的有限元分析

根据喷砂工作原理和喷枪结构特征建立了引射段的自由射流模型,并以一种具体喷枪结构参数为计算对象。利用有限元软件CFX进行流场模拟分析,在此基础上研究了陶瓷喷砂嘴内的流场各种特性及其对冲蚀参数的影响,为进一步的研究陶瓷喷砂嘴的冲蚀磨损机理提供了重要的理论依据。     

梯度陶瓷水煤浆喷嘴的残余热应力有限元分析

根据陶瓷水煤浆喷嘴出口破损和脱落的主要原因, 提出了梯度功能陶瓷喷嘴的设计思想,目的是人为的在喷嘴的制备过程中在喷嘴的出口处形成有利的残余压应力,缓和喷嘴在使用中的拉应力. 通过合理地设计梯度功能陶瓷喷嘴不同部位材料组分的分布,设计了两种模型：轴向梯度陶瓷喷嘴FGM-Z, 径向梯度陶瓷喷嘴FGM-R. 利用有限元法对两种模型进行了分析,得出：两种梯度喷嘴模型在出口处均形成了有利的压应力,特别是FGM-R喷嘴在喷嘴的整个内壁都形成了有利的压应力. 通过比较,初步确定最佳模型为FGM-R陶瓷水煤浆喷嘴.     

Mechanical Properties and Erosive Wear Resistance of Zirconia Toughened Al2O3-TiC Ceramics

The effect of ZrO2, content on the fracture toughness, flexural strength and Vickers hardness as well as the erosive wear resistan properties of zirconia toughened Al2O3-TiC ceramic composites has been investigated. The results showed that the improvement in fracture toughness and flexure strength of composites with the content of zirconia less than 50% and 10% in mass fraction respectively,is primarily attributed to stress-induced transformation toughening by the analyse of X-ray diffraction. The dependance of erosion wear resistance on the attak angle and the content of ZrO2, panicles of the composites was also revealed. It is found that the erosion rate of the composites has a sharp rise at a attack angle over 65°. This phenomenon is due to a brittle response to the erosion test by microsmictural observation on eroded surface.     

陶瓷3D打印技术综述

针对陶瓷材料硬脆性带来的难以切削加工技术瓶颈,开发了一种可用于3D打印先驱体陶瓷材料的工艺——热固沉积成型工艺（thermo-setting modeling,TSM）,基于此工艺,设计并优化了先驱体陶瓷材料3D打印机螺杆挤出装置.首先,确定了先驱体陶瓷材料配比并进行材料性质测试,提出热固沉积成型工艺.其次,设计了先驱体陶瓷材料螺杆挤出装置并进行初步打印实验.再次,通过ANSYS Fluent仿真分析螺杆挤出装置在打印过程中内部流场的变化情况并为优化设计提供依据.最后,对螺杆挤出装置进行优化设计,为了得到更高的打印精度,将原有的0.6 mm喷头直径缩小至0.5 mm;仿真分析发现,将螺杆转速由40 r/min提高至60 r/min,螺杆外径与机筒内壁的间隙由0.50 mm缩小至为0.25 mm,可使打印效率提高49.1%,并通过打印实验进行验证.结果表明,该螺杆挤出装置能够满足3D打印精度和效率要求并能打印出形状复杂的先驱体陶瓷零件,为陶瓷材料零件的成型加工提供了一种途径和方法.