不同预热温度WC增强镍基合金堆焊层的微结构演化与摩擦学性能

目的 研究不同预热温度(200、400 ℃)条件下硬质颗粒增强镍基合金堆焊层的微观组织结构演化机理,以及对其力学性能、磨损性能的影响规律。方法 采用等离子弧焊接技术在42CrMo钢基体表面堆焊硬质WC颗粒增强镍基强化层,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、硬度计和摩擦磨损试验机,分析不同预热温度堆焊层的物相组成、微观组织形貌、力学性能和磨损性能,建立堆焊层制备工艺–微观组织结构–力学性能–磨损性能之间的强映射关系。结果 堆焊层主要由γ-Ni/Fe、WC、W2C、M7C3、M23C6、Ni2W4C、Cr3C2等物相组成,在预热温度200 ℃下堆焊层二次碳化物析出较少,发生了严重的WC颗粒沉降现象;在预热温度400 ℃下,堆焊层析出了大量的二次碳化物,WC颗粒沉降减弱,组织均匀性提高。在400 ℃下预热,相较于200 ℃下预热,堆焊层的磨损质量减少了51.85%,磨损率减少了51.89%。结论 高预热温度和长保温时间可促进WC颗粒界面反应,驱动大面积二次碳化物的析出,有效缓解WC颗粒沉降,改善凝固组织中WC颗粒的分布均匀性,从而显著提高堆焊层的硬度和耐磨性。     

水导激光烧蚀碳化硅仿真与实验研究

目的 探究碳化硅水导激光加工烧蚀机理。方法 采用实验与仿真相结合的方式对碳化硅烧蚀过程进行研究分析。结果 水射流持续冷却作用极大地降低了碳化硅加工过程中的热累积效应,通过烧蚀阈值计算方法得到了多脉冲水导激光烧蚀碳化硅功率阈值(约为0.156 5 W),烧蚀阈值基本不随脉冲数的改变而发生波动。通过对碳化硅刻蚀形貌进行分析发现,烧蚀宽度随着脉冲数整体在3.1~4.1 μm之间波动,基本不受脉冲数的影响,烧蚀深度随着脉冲数的增加而增大,但随着烧蚀深度的增加,水导激光烧蚀能力逐渐被削弱,适当增加激光功率可以抑制水导激光烧蚀能力减弱的趋势,通过较大的激光功率更易加工出深宽比较大的沟槽。确定了碳化硅烧蚀功率与烧蚀直径之间的等量关系,通过激光功率能够合理预测烧蚀宽度,经与实验结果进行对比发现较符合,这也间接说明脉冲数对于水导激光烧蚀直径不是主要影响因素。碳化硅水导激光刻蚀截面呈现倒梯形,由于水射流冲刷作用的存在,重凝物质无法富集在材料表面,使得SiC烧蚀表面与未烧蚀区域之间过渡较为平滑,沟槽侧壁带状条纹特征也证实了水射流冲刷作用的存在。结论 水射流冷却及冲刷作用的存在,使得水导激光在加工硬脆性材料具有独特的优势,能够实现对硬脆性材料的无裂纹及无热影响区加工。     

小孔内表面磁力研磨加工技术研究进展

磁力研磨加工是提高小孔内表面质量的一种重要光整技术,利用该技术能高效提升小孔类零部件在极端环境下的使役性能。针对小孔内表面的磁力研磨光整加工,按其发展历程对磁力研磨加工技术进行总结,归纳了磁性磨粒研磨、磁针磁力研磨、液体磁性磨具研磨、超声辅助磁力研磨和电解磁力复合研磨等加工方法的技术特点,并分析评述了其局限性。对磁力研磨加工过程中材料去除机理进行了研究,材料主要以微量切削与挤压、塑性变形磨损、腐蚀磨损、电化学磨损等方式去除,材料种类不同,去除机理也不同。其中,硬脆性材料主要以脆性断裂、塑性变形和粉末化的形式去除;塑性材料在经历滑擦阶段、耕犁阶段和材料去除阶段后主要以切屑的形式去除。此外,还对磁力研磨加工过程中的材料去除模型进行了研究,对单颗磁性磨粒材料去除模型和“磁力刷”材料去除模型进行了分析讨论。最后,对磁力研磨加工技术今后的研究发展给出了建议并进行了展望。     

钨合金超声辅助划擦试验及仿真研究

目的 揭示钨合金在超声辅助磨削加工下的材料去除行为。方法 通过超声辅助划擦试验与有限元仿真相结合的方式,分析超声振动作用对材料表面形貌、截面轮廓、划擦力、温度、塑性应变及应变率的影响,探究超声振动作用下的材料去除和表面创成机理。结果 钨合金在划擦过程中发生严重的塑性变形,在划痕两侧出现由耕犁作用而形成的隆起现象。超声辅助划擦形成的划痕表面鳞刺更少且未出现犁沟现象,且划痕深度相较于普通划擦增大14.1%,划痕宽度增大39%。随着划擦深度的增加,试验划擦力与仿真划擦力均线性增大,且仿真值与试验值误差为18.1%,验证了有限元仿真模型的有效性。超声振动作用下的划擦力呈周期性变化特征,使平均划擦力降低了43.2%。此外,仿真结果表明,超声辅助划擦相较于普通划擦,温度最高降低50%,表面塑性应变最高降低20%,超声冲击过程中材料的塑性应变率相较于普通划擦提高1个数量级,分离过程中塑性应变率最大降低2个数量级。结论 超声振动作用可以有效降低划擦过程中的划擦力和划擦区域温度,增大冲击过程中材料的瞬时应变率,改善压头的切屑黏附现象,从而抑制划擦表面鳞刺的生成和犁沟的形成,改善表面质量。此外,超声振动作...     

原位生长的CNTs@MoS2杂化物增强水性膨胀型防火涂料的耐火和隔热性能

目的 设计并研制一种耐火和隔热性能突出的水性膨胀型防火涂料。方法 以碳纳米管(CNTs)、四水合钼酸铵、十六烷基溴化铵(CTAB)、硫脲为原料,通过简单的一步水热法原位生长出一种新型的CNTs@MoS2杂化物,并采用FT-IR、XRD、拉曼光谱、SEM等手段对复合杂化物进行表征。再将CNTs@MoS2杂化物作为增效剂分散在水性膨胀型防火涂料(CNTs@MoS2/WES)中,通过大板实验和涂层、炭焦层表面分析评价了涂层的耐火和隔热性能。结果 与WES(膨胀倍率为3.90)、CNTs /WES涂层(膨胀倍率为6.04)、MoS2/WES涂层(膨胀倍率为4.59)相比,CNTs@MoS2/WES涂层具有最高的膨胀倍率(8.88)。CNTs@MoS2/WES涂层所涂覆的钢板在燃烧40 min后背面温度最低(133.3 ℃),这充分表明该涂层具有优异的隔热性能。结论 制备的CNTs@MoS2杂化物表现出稳定的网络交织结构,有效提高了它在涂料中的分散性能。此外,CNTs@MoS2/WES涂层优异的耐火和隔热性能主要归因于:1)CNTs@MoS2/WES涂层及其炭焦层具有更致密和完整的表面,阻隔了热量的传递;2)CNTs的添加增强了炭焦层的致密性,抑制了膨胀过程中产生的气体泄漏,提升了涂层膨胀倍率;3)MoS2提高了膨胀层强度且促进了炭焦层的形成,减少了裂纹和孔隙的产生。     

激光增材制造沉淀强化镍基高温合金热裂纹研究进展

针对沉淀强化镍基高温合金中的裂纹现象,对比了2类热裂纹（即凝固裂纹和液化裂纹）的典型特征、形成位置和条件。从枝晶生长、元素偏析、强化相析出、固态相变和残余应力应变等角度,系统综述了热裂纹的形成机理和热裂纹敏感性影响因素。在此基础上,从合金成分调控、工艺参数优化、基板预热以及热等静压处理等方面,概述了增材制造高温合金热裂纹调控和抑制的主要措施。最后,针对激光增材制造沉淀强化镍基高温合金热裂纹研究中存在的问题,提出了进一步研究和发展的建议,为实现无裂纹镍基高温合金的增材制造提供了参考。     

反应烧结碳化硅陶瓷内筒的损毁机制

以X射线衍射仪、扫描隧道电子显微镜、能量散射光谱仪等手段对在悬浮预热器内筒上使用前后的反应烧结碳化硅陶瓷进行分析,研究该陶瓷应用于悬浮预热器上的损毁机制.碳化硅陶瓷中残存金属硅和表面的碳化硅在高温使用工况下首先氧化成SiO₂,SiO₂在K₂O (g)、Na₂O (g)、KCl (g)、Na Cl (g)等蒸气以及氯化物作用下黏度降低,形成覆盖于陶瓷表面的氧化层,继而被高速的气固流体冲蚀和磨损掉,并导致新的界面出现.如此循环,使碳化硅陶瓷的外侧逐渐变薄和断裂,直至损毁.提高陶瓷的致密性和降低残余硅含量是改进反应烧结碳化硅陶瓷在悬浮预热器中使用性能的有效途径.     

低氧特殊钢中大尺寸DS类夹杂物生成机理

为了探讨低氧特殊钢中大尺寸DS类夹杂物的生成机理,通过ASPEX PSEM explorer自动扫描电镜对比分析国内外低氧特殊钢试样中夹杂物特征（国内、外试样各两个）,发现国内试样中夹杂物平均尺寸大于国外试样,夹杂物的最大尺寸则数倍于国外试样：国内试样中夹杂物的最大尺寸分别为24.9和13.1μm,国外试样分别为7.6和7.5μm.对比国内外特钢试样中大尺寸与小尺寸夹杂物可发现二者成分基本相同,推断大尺寸DS类夹杂物可能是细小夹杂物碰撞长大而形成.通过分析大尺寸夹杂物的可能来源,在实验室通过高温共聚焦激光扫描显微镜观察夹杂物在钢中固/液相界面处的行为.结果发现,总氧降低至7×10^-6时,尺寸5μm以下的微细夹杂物可被固/液相界面所捕捉,并在固/液相界面处发生碰撞、聚集、长大而生成大尺寸（>12μm）DS类夹杂物.     

碳酸盐岩油藏提高注气效率方法技术研究

塔河油田奥陶系油藏为典型的缝洞型碳酸盐岩油藏。随着注水效果逐渐变差,有必要探寻碳酸盐岩缝洞型油藏开采的新方法,其中注气开采是有效手段之一。以提高碳酸盐岩缝洞型油藏注气效率方法为研究目的,通过对比溢出口距离、注气时机、注气速度和注气作业的气水比,提出了提高碳酸盐岩强能量油藏注气效率的方法。     

固化吹填泥砂混合物的力学性能与微观结构分析

中国沿海地区吹填造地过程中产生大量低成本的淤泥和吹填砂.同时,此类地区建设公路中却需要大量高成本水泥稳定碎石等建筑材料.针对此类问题,本文采用不同类型的固化剂固化淤泥和吹填砂混合物替代传统公路修筑材料,研究了固化后泥砂混合物的无侧限抗压强度及其微观结构.结果表明:相对于水泥固化剂,本项目研发的固化剂可大幅度提高固化泥砂混合物的强度;其机理是新型固化剂可形成更多的胶凝和膨胀性产物,其中有机化合物可通过聚合反应形成有机分子链,包裹泥砂混合物颗粒,密实土体结构.