纳米Fe3O4颗粒对离子液体润滑减摩及电控增摩性能的影响

目的 提高离子液体在常态环境下的润滑减摩能力及电场条件下的电控增摩响应特性。方法 将合成油酸改性后的Fe3O4纳米颗粒分散添加到离子液体中,制备了不同浓度的离子液体基铁磁流体,通过利用自制载流摩擦磨损试验机,分别模拟测试了常态环境与电场环境下纯离子液体与离子液体基铁磁流体摩擦因数的变化,同时利用白光干涉仪、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)对比分析了磨损形貌。结果 在常态环境下,Fe3O4纳米颗粒的“滚珠减摩效应”显著提高了离子液体在常态环境中的润滑效果。随着纳米Fe3O4颗粒质量分数的增加,磨痕逐渐变得光滑平整,剥落和磨粒聚集现象也逐渐消失,尤其是当质量分数为30%时,试样磨痕内部仅有较浅的犁沟和轻微的划痕,此时的摩擦因数也展现出了极低的水平,约为0.04,远低于纯离子液体润滑时的0.085。同时纳米颗粒的“电致沉积效应”增强了离子液体在电场环境中的电控增摩响应能力,当电流强度达到20 A时,对于质量分数为30%的离子液体基铁磁流体,摩擦因数瞬时提高了近1倍,增幅达到了0.039,是相同条件下纯离子液体摩擦因数增长幅度的4倍。结论 将合成改性后的Fe3O4纳米颗粒分散添加到离子液体中,成功制备了离子液体基铁磁流体,并且通过调控纳米颗粒含量,显著提高了离子液体的润滑性能和电控增摩响应能力。     

AP2铝硅合金超疏水表面的制备和耐腐蚀性研究

目的 针对AP2铝硅合金中相组织结构种类较为丰富的特点,通过化学刻蚀的方法,构建出层次丰富、耐腐蚀性强的超疏水表面结构。方法 由于在不同刻蚀溶液中,所构建出的表面润湿性存在较大差距。因此采用正交设计的方法设计试验,找到最适宜的刻蚀浓度和反应时间。由于AP2铝硅合金中含量最多的Al与Si元素之间的固溶度低,NaOH溶液可以对主体α-Al相进行刻蚀,HCl溶液可以腐蚀Al、Cu、Mg、Si等元素形成的金属间相(IMPs)和共晶硅相,采用先碱后酸的刻蚀方法相比使用单一的刻蚀溶液推测能形成更丰富的触突结构。结果 在0.25 mol/L NaOH溶液和9 mol/L HCl溶液中分别刻蚀60 s,在2%(质量分数)十七氟癸基三甲氧基硅烷(FAS-17)溶液表面改性的条件下,成功构建出了表面接触角为157°,滚动角为5.64°的超疏水表面。表面腐蚀电位由抛光后的−1.282 V提高到了超疏水表面制备完成后的–1.228 V,腐蚀速率由抛光后的1.07×10^–4 A/cm²降低到7.44×10^–5 A/cm²,耐腐蚀性显著提高。结论 制备的超疏水表面的耐腐蚀性有显著提高,为亚共晶铝硅合金材料在超疏水方向的应用提供了一定的参考。     

保持架组合引导对滚动轴承减振作用研究EI北大核心CSCD

保持架是滚动轴承的关键构件,然而当高速滚动轴承保持架的运动采用外圈引导时,保持架和外圈之间的接触碰撞会产生较大的振动。为了减小轴承振动,提出了保持架由外圈和滚动体组合引导的引导方式,设计了实现这种方式的外锁口兜孔结构保持架。该保持架的兜孔结构为:靠近兜孔外侧的部分为球形,且兜孔外端口的直径小于滚珠直径;靠近兜孔内侧的部分为圆柱形,且兜孔内端口的直径大于滚珠直径。建立了外锁口兜孔结构保持架由外圈和滚动体组合引导的力学模型,分别在不同转速、偏移量和接触状态条件下,比较分析了外锁口兜孔结构保持架与直兜孔结构保持架受到的沿其偏移反方向作用力的大小及规律。采用车削方法加工了外锁口兜孔结构保持架,通过试验验证了其减小轴承振动的作用。     

HfC颗粒对WC/Co复合材料裂纹萌生和扩展行为的影响

以提高材料的韧性为目的,通过冷压、热压工艺制备出碳化钨基复合材料,对其断裂韧性、弯曲强度进行测试;利用SEM对HfC/WC/Co复合材料的微观形貌进行观察;基于裂纹扩展能量释放公式,构建了裂纹直行、裂纹偏转和裂纹分叉的应力强度因子与裂纹长度的数学模型;借助仿真软件ABAQUS对裂纹直行、裂纹偏转、裂纹分叉、裂纹钉扎4种裂纹扩展方式进行了仿真验证;结果表明:添加适量的HfC可以有效改善复合材料的断裂韧性和弯曲强度;HfC和Co在基体中均匀分布,对复合材料强度和韧性的提高具有明显作用,改善机制为裂纹偏转、裂纹分叉、裂纹钉扎、穿晶断裂等协同作用将裂纹扩展尖端的应力分散或转移到HfC上,从而降低基体中裂纹尖端的应力集中,提高复合材料的韧性。     

镁合金管件的内高压成形机制与有限元模拟分析

以镁合金(AZ31)T形管在150℃的情况下的成形为研究对象,对镁合金管件的内高压成形机制进行分析和有限元模拟,得到镁合金管件内高压成形特性,实现轻量化。通过理论计算得到成形圧力;然后利用有限元软件Dynaform,分析T形管在已得到的压力下,不同轴向进给速度对成形的影响;分析了在相同的内压和轴向进给速度下,不同壁厚对成形的影响。结果表明:镁合金T管在150℃下的最优成形压力为20 MPa,轴向速度为5 m/s,壁厚为1 mm;镁合金的成形需要合适的温度、内压力、轴向推力的合理配合。     

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料骨诱导修复植入体制备及微动摩擦学性能

引起植入体无菌松动的主要原因是植入体与骨组织之间的微动磨损。通过层叠法制备了碳纤维(CF)增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料,在模拟体温37℃、模拟体液(SBF)润滑条件下,探究CF/PEEK复合材料的基本力学性能和截面微动摩擦学性能。通过改变法向载荷和位移幅值,建立了摩擦力(Ft)-位移幅值(D)曲线、微动运行工况图和摩擦系数曲线,通过三维白光干涉仪、扫描电子显微镜(SEM)对CF/PEEK复合材料进行磨损机制探究。结果表明：随着法向载荷的减少和位移幅值的增加,微动由部分滑移区、混合区向滑移区转变。摩擦系数曲线整体较为平稳,摩擦系数随着法向载荷的增加而降低,随着位移幅值的增加而增加,磨损体积随着载荷和位移幅值的增加而增加。且CF/PEEK复合材料截面也有较好的微动性能,磨损机制主要为磨粒磨损和疲劳磨损。通过对复合材料截面摩擦学特性分析,为CF/PEEK复合材料替代金属植入体提供一定的理论基础。     

激光熔覆灰铸铁制动盘Fe-Ni-Cr梯度复合涂层微观组织及高温摩擦磨损性能研究

激光熔覆是解决灰铸铁制动盘磨损失效的一种可靠办法,但灰铸铁中存在的片状石墨会影响涂层的质量,降低涂层与基体的结合强度。本研究团队在灰铸铁制动盘表面熔覆了Fe-Ni-Cr复合涂层,并对涂层的相组成、显微组织、硬度及耐磨性能进行了分析。结果表明:涂层中的物相主要为Fe₅C₂和Fe₃C,而且这些物相呈阶梯状分布;涂层与基体结合良好,且熔覆区晶体的生长形态由柱状晶逐渐转变为胞状晶、枝状晶和等轴晶;在晶粒细化的作用下,涂层硬度略有波动,其平均硬度为468 HV0.3;涂层的耐磨性优于基体;随着试验温度由100℃升高到300℃,涂层的磨损量逐渐减少,涂层的磨损机理逐渐从以磨粒磨损为主转变为以黏着磨损和氧化磨损为主;当试验温度为300℃时,涂层的磨损量最小。     

用于高铁桥梁支座滑板的Go/CF/PTFE复合材料摩擦学特性研究

通过冷压成型和真空热压烧结法制备出了用于高铁桥梁支座滑板的石墨烯(Go)和碳纤维(CF)填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,并对Go/CF/PTFE复合材料的力学性能、微观组织及摩擦学特性进行了分析。结果表明:适量添加Go和CF能有效提高复合材料试样的力学性能和摩擦磨损性能。CF与Go的加入改变了复合材料试样摩擦磨损形式,磨损形式由粘着磨损与犁削磨损转变为疲劳磨损。CF在基体材料中的均匀分布,起到了裂纹钉扎和桥联作用,有效阻止了裂纹的萌生和扩展,增加了裂纹拓展的阻力,从而提高了复合材料的力学性能和摩擦磨损性能。     

基于第一抗热震因子的BN纳米管/Si_3N_4复合材料抗热震性能评价

利用Kingery抗热震断裂理论构建了BN纳米管(BNNTs)强韧化陶瓷复合材料的第一抗热震因子模型,通过真空热压烧结法制备了四组BNNTs含量分别为0.5wt%、1.0wt%、1.5wt%和2.0wt%的BNNTs/Si_3N_4复合材料,并采用水浴淬冷法和三点弯曲法测试了复合材料的抗热震性能(震后弯曲强度和临界热震断裂温差)。测试结果验证了在急剧加热和急剧冷却条件下第一抗热震因子模型的正确性。结果表明:添加BNNTs使BNNTs/Si_3N_4复合材料第一抗热震因子增大,抗热震性能提升。分布在晶界上的BNNTs起到裂纹钉扎、桥联和裂纹偏转作用,增加了裂纹扩展的阻力;纳米管孔隙的存在改变了裂纹扩展路径,提高了BNNTs/Si_3N_4的断裂韧度,从而有效提高了其抗热震断裂能力。     

激光冲击强化对Ti6Al4V钛合金骨板表面改性与摩擦学性能的影响

TiO₂纳米管具有纳米级空心盲腔排列结构,既可以提高Ti6Al4V骨板表面的生物相容性,又可以作为抗菌药物的载体,提高基体的抗菌能力。因此,TiO₂纳米管层在医用植入物方面具有巨大潜力。目前制备的TiO₂纳米管与基体之间的附着力较低,在使用过程中容易脱落;同时,基体的表面特性与TiO₂纳米管层之间的关系没有得到充分研究。鉴于此,本文采用激光冲击强化法来改变Ti6Al4V的表面特性,并在改性后的Ti6Al4V表面通过阳极氧化法制备了TiO₂纳米管层。在模拟体液条件下,研究了表面改性后骨板的摩擦磨损行为,并分析了表面改性后骨板的表面性能及耐磨性。结果表明:Ti6Al4V经过激光冲击强化后,晶粒细化程度提高;经阳极氧化后形成了排列有序、尺寸较大的纳米管,表面的显微硬度和表面接触角降低,TiO₂纳米管层的附着力、生物相容性和耐磨性提高。