类金刚石膜与表面织构双重改性下CoCrMo合金摩擦性能研究

研究采用类金刚石碳(DLC)薄膜和表面织构双重改性技术对CoCrMo合金进行了表面处理,借助摩擦试验研究配副系统的摩擦性能,并分析了摩擦和磨损机理。结果表明,改性前的CoCrMo/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)配副在生理盐水溶液润滑下的摩擦系数低至0.05。当接触压力为3.5 MPa时,DLC薄膜改性后的配副在牛血清白蛋白(BSA)溶液中平均摩擦系数为0.25,在生理盐水中的平均摩擦系数为0.42;DLC薄膜和表面织构双重改性处理的配副在BSA溶液和生理盐水润滑下的摩擦系数分别为0.23和0.31,表明改性处理不能发挥减摩效果。未改性的CoCrMo试样在生理盐水润滑下磨损表面存在大量UHMWPE磨屑,并且UHMWPE磨屑发挥自润滑作用。改性处理提高了CoCrMo试样盘的耐磨性能,却抑制了UHMWPE磨屑在CoCrMo试样盘表面的粘附。双重改性表面在存储磨损磨屑和提高表面耐磨性能方面具有协同效应。     

纺织钢领类金刚石涂层耐冲击性能仿真研究

为提升纺织钢领类金刚石涂层(DLC)的抗冲击性能，延长纺织钢领的服役寿命，课题组通过ABAQUS建立了一种针对环锭细纱机纺织钢领系统简化冲击模型。该模型通过设置微小间隔模拟实况冲击距离，使冲击体速度贴近实际工况；并赋予钢领基体和涂层不同的材料属性以更加贴合实况。在此基础上，进行有限元数值模拟计算，将其结果与实际实验结果进行对照。结果表明：在多个不同初始冲击能条件下，仿真模拟结果与实际冲击实验结果非常接近且趋势一致，偏差在5%以内，由此验证了此冲击模型的正确性和仿真结果的有效性。采用控制变量法分析了不同冲击载荷下类金刚石涂层钢领基体和纯钢领基体的残余应力分布、冲击坑变形与载荷力大小以及系统的能量转换，考察了可能由冲击导致的冲击动力响应和涂层破坏形态，并对DLC涂层材料的选用提出建议。     

表面微结构的尺寸参数对其减阻性能的影响

为了研究微结构尺寸参数对减阻性能的影响规律，构建了V形、L形及T形三种微结构有限元模型，采用Fluent软件进行数值模拟，分析微结构尺寸参数(高宽比、数量和间距)对减阻率、速度和涡量的影响。结果 相较于L形、T形微结构，V形微结构的减阻性能较优，减阻率可达15.6%。当V形微结构高宽比为1∶1,流体域速度为6 m/s时，减阻效果最优，减阻率可达5%;V形微结构展向数量对减阻性能的影响较小，减阻率在14%-16%之间变化；当间距值为0.05时，减阻率最大为14%。结论 微结构使得近壁区边界层内发生了湍流猝发现象，外部高速流体与壁面区域的流体分隔开，变相的增加了边界层的厚度。同时涡量集中在微结构尖端处，减弱反向旋涡的强度，抑制了低速条带的形成和发展。