不同温度热‒冷循环处理对炮钢摩擦磨损性能的影响

目的研究不同温度热–冷循环处理对炮钢摩擦磨损性能的影响及其磨损机理。方法将PCrNi3MoVA炮钢分别在400、800℃的加热温度下进行热–冷循环处理,采用立式万能摩擦磨损实验机在不同的滑动速度下测试炮钢销与H96黄铜盘配副时的摩擦磨损性能,记录摩擦系数,测量炮钢销和黄铜盘的磨损量。采用扫描电子显微镜和能谱仪测量磨损后的炮钢销表面形貌及化学成分,分析其磨损机理。结果热–冷循环处理对炮钢销在100 r/min滑动速度下的摩擦系数的影响较小。随着热–冷循环处理中加热温度的升高,炮钢销的磨损量增大,而黄铜盘的磨损量受炮钢销热–冷循环处理的影响较小。炮钢销的磨损表面可见明显的因材料塑性变形剥落造成的凹坑和沟槽。随着滑动速度的增大,800℃–室温循环处理后,炮钢销的摩擦系数降低,磨损量在400 r/min时最大,在800 r/min时反而下降到接近于0。分析磨损表面发现,800 r/min时,黄铜磨屑与炮钢磨屑发生掺杂混合,附着于炮钢销的磨损表面,从而影响了炮钢销的摩擦磨损性能。结论热–冷循环处理对炮钢销–黄铜盘摩擦副摩擦系数的影响较小,但随着热–冷循环中加热温度的升高,炮钢销的耐磨损性能下降。滑动速度对炮钢销摩擦系数和磨损量的影响都较大,高的滑动速度下,黄铜磨屑与炮钢磨屑混合,并附着于炮钢销磨损表面,改变炮钢销的磨损机理。     

超级爆炸喷涂镍基钴基涂层高温氧化及摩擦磨损性能

目的针对装备向高温高速发展的需求,开展NiCr-Cr_3C_2、CoMoCr及NiCr Al Y涂层的高温摩擦磨损性能对比研究。方法针对上述三种涂层,通过超级爆炸喷涂工艺进行涂层制备,并测试涂层孔隙率、显微硬度、结合强度等基本性能,开展650℃/260 h的抗氧化试验和400、650℃的销盘式摩擦磨损试验,对比涂层的各项性能和在高温条件下的氧化质量增量、摩擦系数、磨损质量损失。结果抗氧化试验后,NiCr-Cr_3C_2、CoMoCrSi及NiCrAlY涂层氧化增重0.18、0.1、0.005 mg/(cm~2·h)。650℃时,摩擦系数分别为0.5、1.0、0.6。结论超级爆炸喷涂工艺制备的涂层组织、结合强度均优于等离子喷涂等常规喷涂工艺。高温下的氧化产物Co_3O_4与Cr_2O_3对高温摩擦系数有不同的影响。NiCr-75Cr_3C_2和NiCrAlY涂层在400、650℃可作为与SG37A材料的对磨副材料。     

麦秸秆制备石墨烯改性刹车片的工艺及性能研究

该文针对中国麦秸秆随意焚烧带来的环境污染问题,提高麦秸秆的综合利用,采用麦秸秆为原料,通过还原法对麦秸秆进行处理获得了石墨烯粉末,并将石墨烯粉末与棉纤维混合,热压烧结至刹车片基体中。利用扫描电子显微镜观察石墨烯粉末的形貌,利用拉曼和红外光谱、热重分析对石墨烯的物相结构和热稳定性进行分析,比较石墨烯刹车片和基体的各项力学性能,并通过摩擦试验机研究其抗磨减摩性能。结果表明:以麦秸秆制备的石墨烯粉末呈片状,最小粉末形态为0.2μm×1μm,在氧化还原过程中,石墨烯出现了一系列的含氧官能团,还原不够彻底,且热稳定性下降;以石墨烯作为添加剂的刹车片弯曲强度和抗冲击强度分别比基体提高了120%和117%,热膨胀率为基体的63%,高温下的压缩应变率降低了50%;宽温度范围(100～350℃)的摩擦系数较传统刹车片下降约20%～30%,磨损率低于0.1×10~(-4)mm~3/(N·m)。     

钛金属材料干摩擦磨损特性研究

目的研究钛金属材料干摩擦磨损失效机制。方法选用TA2工业纯钛和TC4钛合金材料,采用CETR UMT-3多功能摩擦磨损测试仪进行往复摩擦磨损试验,采集摩擦系数曲线,计算摩擦系数均值,从动态和静态分析钛金属材料的摩擦特性。采用Micromet-6030型自动显微硬度计测量样品材料表面硬度值,通过表面硬度分析耐磨损性能。采用Nova Nano SEM 650场发射扫描电镜并配置能谱仪对磨损表面和磨屑进行微观形貌观察和元素成分计量分析,从微观角度分析钛金属材料的磨损机理。采用Olympus Lext OLS3000-R型激光共聚焦显微镜测量磨损体积和轮廓,并观察磨损表面的三维形貌。结果频率对钛金属材料的摩擦系数和耐磨损性能影响较大,随着频率的加快,摩擦系数增大,数据跃变幅度增大,磨损体积随之增大。载荷对摩擦系数影响相对较小,随着载荷增大,在摩擦初期,摩擦系数有下降交汇趋势;摩擦后期,摩擦系数才明显上升,载荷与磨损体积之间基本呈线性增长关系。钛金属材料的磨痕呈现为"擦后型,随着载荷的增大和频率的加快,磨损体积轮廓呈现出加深变宽的趋势。TC4的表面硬度约为359.2 HV,TA2的表面硬度约为247.8 HV,前者比后者高出约111.4 HV。在相同试验条件下进行干摩擦磨损试验,TA2的磨损体积约为TC4的2.5倍,TA2的耐磨损性能相对较差。TA2的磨屑为细小的颗粒状磨屑,磨损表面存在严重的剥层脱落特征;TC4的磨屑粒径大小不一,在低频低载状态下,磨损表面有犁沟痕迹,不存在明显的剥落坑。随着载荷和频率的增大,摩擦表面层出现裂纹和碎化剥落现象。结论 TA2的磨损机制主要是剥层磨损和磨粒磨损。在低频低载状态下,TC4的磨损机制主要为磨粒磨损和氧化磨损,随着载荷和频率的升高,在瞬时闪现温度和载荷的作用下,其磨损机制主要为粘着磨损和剥层磨损。     

N2流量比对AlCrMoSiN涂层组织结构和性能的影响

目的 减少硬质合金刀具在干式切削时产生的切削热,降低切削温度,从而提高刀具使用寿命。向AlCrSiN涂层中掺杂Mo元素,在涂层服役过程中易生成层状MoO_(3)润滑膜,降低刀面与切屑和工件间的摩擦,实现涂层刀具的自润滑功能。方法 利用高功率脉冲磁控溅射和脉冲直流磁控溅射复合技术制备AlCrMoSiN涂层,改变反应气体N_(2)流量,调节涂层的成分和结构。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜分析AlCrMoSiN涂层的物相成分和微观结构,利用纳米压痕仪、划痕仪和摩擦试验机分别测试涂层的力学性能和摩擦学行为。结果 当N_(2)流量比增大,AlCrMoSiN涂层沿(111)晶面择优生长,衍射峰变得尖锐,(111)和(200)晶面衍射峰向小角度偏移。当N_(2)流量比为16%时,涂层的硬度和弹性模量最大,分别为17.56 GPa和292.31 GPa。当N_(2)流量比为18%时,涂层的临界载荷最高,约为70.6 N,摩擦系数最低达0.54,磨损率为1.3×10^(–3)μm^(3)/(N·μm),此时涂层最耐磨。结论 N_(2)流量比对涂层组织结构有重要影响,随着N_(2)流量比增大,涂层的力学性能与摩擦磨损性能逐渐改善。     

热轧AZ31B镁合金板材超塑成形性能研究

研究了工业态热轧AZ31B镁合金板材的基本成形性能,其室温塑性较差且存在各向异性,而在应变温度为400～490℃,应变速率为1×10-4～1×10-3s-1的实验条件下均表现出良好的超塑性,其最大断裂延伸率达到216%,应变速率敏感指数达0.36。因此,对不具有典型等轴细晶的工业态热轧AZ31B镁合金板材,无需经过复杂的预先热处理,同样可以得到良好的超塑性,更具有经济实用价值。     

一种海洋气候环境-摩擦载荷耦合试验设备的研制

目的研制一台海洋气候环境-摩擦载荷耦合试验设备。方法针对相对运动部件在海洋环境下的服役条件,为评价其材料腐蚀磨损性能,分析摩擦载荷与气候环境可能对运动部件造成的交互作用,从机械结构上进行创新,研制一台海洋气候环境-摩擦载荷耦合试验设备。结果该设备可在一定范围内实行载荷、速度控制,利用传感器和数据采集系统完成对摩擦力、摩擦系数、温湿度的采集。设备包含6套下试样夹具,可实现6个样品轮转试验。结论该设备适用于研究服役于海洋气候环境下的材料的腐蚀磨损性能。     

ZrO2掺杂对La2Ce2O7力学和热物理性能 影响的研究

目的提高La_2Ce_2O_7(LC)陶瓷材料的断裂韧性。方法采用固相反应方法合成Y_2O_3稳定ZrO_2(YSZ)掺杂的La_2Ce_2O_7(LC)陶瓷材料(LCZ),研究LCZ块材的弹性模量、断裂韧性等力学性能,以及热膨胀系数、热传导率等热物理性能。结果 10%YSZ摩尔分数掺杂的LCZ块材的断裂韧性约为1.4 MPa·m1/2,比LC提高了近10%。YSZ掺杂有效地抑制了LC在200～400℃温度区间热膨胀系数下降的现象。在200～1200℃温度范围内,LCZ块材的热膨胀系数为10×10-6～12×10-6K-1,在1200℃的热导率约为0.75W/(m·K),比YSZ降低了50%以上,显示了优异的隔热性能。结论 YSZ的掺杂使LC中部分Zr4+取代了La3+,降低了晶格中的O空位浓度,原子的横向剪切运动被削弱,有效地抑制了LC在200～400℃温度区间热膨胀系数下降的现象。由于t-ZrO_2→m-ZrO_2的相变对微裂纹的愈合作用,10%YSZ掺杂使LC块材的断裂韧性得到有效提高。     

一种新型滑动集电材料的研制及性能研究

利用粉末冶金 /挤压的方法制作了一种新型的Cu C滑动集电材料 ,并对该材料的机械物理、摩擦磨损性能进行了检测 ,结果证明该材料具有较高的抗拉强度、适中的表面硬度、较低的电阻率、优良的摩擦磨损性能 ,是一种较为优良的电力机车滑板材料。其性能测试结果和铁道部标准要求相比 ,优于铁道部标准要求。     

H13钢表面多弧离子镀CrAlN涂层的显微硬度及耐磨性影响

目的 提高H13热作模具钢表面的显微硬度及耐磨性。方法 通过多弧离子镀技术,分别对未经热处理的H13钢、淬火H13钢以及氮化H13钢的表面进行多弧离子镀沉积CrAlN涂层,并分别对这3种基体上的CrAlN涂层的显微硬度和摩擦磨损性能进行研究。结果 涂层表面均较为平整,且出现了白色小颗粒。经过淬火和氮化处理后,H13钢CrAlN涂层的显微硬度达到3 300HV以上,达到基体的14倍多。与基体的摩擦系数相比,淬火和氮化处理后,H13钢的摩擦系数比基体低,镀膜后的摩擦系数比基体高。氮化H13钢表面CrAlN涂层的磨损机理主要是磨粒磨损和黏着磨损共同作用,淬火H13钢的CrAlN涂层磨损机理主要是黏着磨损;淬火和氮化后H13钢基体上CrAlN涂层的耐磨性均得到较大的提高。     

城市垃圾填埋场防渗浆材的实验研究

针对垃圾填埋场防渗的特殊要求,通过大量正交实验研究,研制了一种低渗透系数并对污染物有良好阻滞作用的浆材,即膨润土-水泥-粉煤灰(BCF)浆材,包括S型、N型和Z型3种类型。该浆材可泵期可调,结实率>99.6%,结石体28d渗透系数<0.65×10-7cm/s,N型的无侧限抗压强度<1.2MPa,弹性模量在200MPa左右。浆材结石体对COD、氨氮和磷的阻滞率均达到了82%以上,对酞酸酯和常见重金属离子的阻滞率均在99.6%以上。对浆材结石体的防渗性与对污染物阻滞性能的机理进行了研究,并提出渗滤沉积作用和吸附滞留作用阻滞机理。     

废铅酸电池回收制取再生铅合金技术的生命周期评价

废铅酸电池的回收利用已成为铅酸电池行业实现健康持续发展的关键一环.本文采用生命周期评价方法,分析了废铅酸电池回收制取铅合金技术及末端污染控制全过程的环境影响,并与废铅酸电池回收制铅锭再制电池材料和利用原生材料生产电池材料的过程进行了对比研究.结论表明废铅酸电池回收直接制取铅合金过程中铅膏熔炼和合金配制环节在各环境影响指标中的贡献较大(其中全球变暖潜值中占60%和33%,酸化潜值中占33%和54%,人体毒性潜值中占28%和57%),主要为辅助材料及能源动力带来的间接影响;利用原生材料生产电池材料过程的环境影响相对另两个过程更大,归一化的环境影响指标结果中人体毒性潜值、富营养化潜值及酸化潜值最大(分别为2.42×10~(-11)、1.26×10~(-11)和1.08×10~(-11)),其中铅原料生产的贡献比例占绝大部分.废电池回收直接制取再生铅合金与废电池回收制铅锭再制电池材料相比,环境影响表现更优,有利于形成电池生产企业的闭环循环过程,值得应用推广.未来应鼓励以废铅酸电池回收代替相应原生材料生产新电池,同时进一步减少回收过程中使用的资源能源环境影响,以带来更大的环境效益.     

热塑性复合材料高速冲击时不同失效模式对比分析研究

目的准确地对热塑性复合材料前缘结构进行抗鸟撞冲击设计。方法首先基于刚度退化、材料塑性及应变率影响的复合材料本构关系,通过霍普金森拉-压杆测试得到热塑性复合材料的动力学性能参数。基于不同的失效模式,采用PAM-CRASH显式有限元法,针对运输类飞机热塑性复合材料机翼前缘结构在高速冲击时的破坏形式进行对比分析研究。结果热塑性复合材料较其他复合材料在临界拉伸损伤极限值和纵横向及屈服应力的率相关性上具有更好的性能。冲击分析时,失效应变应考虑材料破坏瞬间的强化效应。剪切应变取值为0.1左右时,前缘结构计算仿真失效的结果与试验结果一致性较高,应变误差仅为6.2%,破坏尺寸误差为4.9%。结论在复合材料失效参数较复杂的情况下,抗冲击设计可将拉伸、压缩、剪切及层间失效等多目标优化设计简化为等效剪切应变失效的单目标优化,此方法可推广应用于其他类型复合材料的抗冲击设计。     

碳纤维增强复合材料的中低应变率力学性能试验研究

目的研究碳纤维增强复合材料的中低应变率力学性能。方法利用电子万能试验机和高速液压伺服材料试验机对[(±45°)]4s和[(±45°)]8两种铺层碳纤维增强复合材料进行常温下准静态和中低应变率力学性能试验,得到不同应变率下的应力应变曲线和失效参数。结果在应变率6.7×10-4~500 s-1范围内,两种铺层材料均具有明显的应变率强化效应,材料失效应力随应变率的提高而增大。两种铺层材料均发生纤维断裂失效和局部的分层失效,但[(±45°)]4s铺层发生燕尾形失效,[(±45°)]8铺层发生剪切失效。结论获得了碳纤维增强复合材料在不同应变率下的力学性能参数,可为复合材料飞机结构的抗冲击设计和仿真分析提供准确的材料参数。     

毛白杨静态压缩力学性能研究及吸能分析

目的 获取毛白杨的静态压缩力学性能.方法 针对含水率为14.6％,密度为0.544 g/cm3的毛白杨木材试件进行静态压缩实验,通过实验获得毛白杨顺纹、横纹径向和横纹弦向的抗压模量、准静态压缩应力-应变曲线,并对不同方向的吸能特性进行分析.结果 毛白杨木材顺纹、横纹径向和横纹弦向抗压弹性模量分别为10.49 GPa、887和504 MPa;顺纹方向加载试件破坏形式表现为轴向屈曲,横纹径向为沿径向的裂纹及破坏,横纹弦向的破坏模式则为沿木纹纤维间的分离破坏.结论 在相同变形(应变相等)情况下,毛白杨木材单位体积吸能沿顺纹方向压缩吸收的能量最大.在应变小于0.45情况下,横纹径向和弦向压缩吸能曲线基本重合,随着应变继续增加,横纹弦向压缩吸能略大于横纹径向压缩吸能.     

利用石化污泥生产新型除油吸附剂的试验研究

利用量大面广的石化污泥制备吸附材料用于水表面油的清除。该吸附剂制备的最佳工艺条件为：料层厚度65mm，碳化温度360℃-400℃，炭化时间4.5-5h。所制备的吸附剂具有很强的亲油疏水性和100%的悬浮率，20℃时对原油的饱和吸附量达到7.7g/g。     

大别山东南麓韧性剪切构造带

广济县四望、松山咀和黄梅县大河、苦竹及宿松县界岭、二郎河一线存在一条规模较大的平移—推覆型韧性剪切带,其延60余公里,宽约5—15km。该带中糜棱岩岩石的斑晶及眼球体压力影不对称、重结晶石英斜列方式及微褶皱形态特征反映出以左旋剪切作用为主。有限应变沿x方向最大拉伸量为170％,沿z方向最大缩短量为57％。中心部位的糜棱岩明显经历了热加工—恢复作用阶段,是深层次韧性剪切的产物,古差异应力平均值为158.76MPa,应变速率为3.67×10~(-11)～6.17×10~(-12)sec~(-1)。晚期又遭受了脆性薄皮冲断作用。     

LDPE装置乙烯等熵增压过程关键安全问题研究

为评估超高压聚乙烯(LDPE)装置乙烯压缩过程的失控风险,采用ASPEN等对乙烯等熵增压过程热效应进行了系统性研究。研究表明,乙烯分解速率随温度升高呈指数型增长,分解爆炸的最大压力为初始压力的3.5倍。工况条件下乙烯一级等熵压缩至250 MPa时的绝热温升为724℃,50 MPa为增压梯度的关键变化点。采用两次六级的形式进行增压,2个压缩机的绝热温升降分别为390,101℃。乙烯泄放过程的冲击波会使界面侧空气压缩升温,空气等熵压缩至1 MPa时温度可达到400℃。在乙烯增压过程中应综合考虑压缩级数与热效应,并严格控制绝热温升。     

集成膜分离法在城市污水深度处理中应用的研究

以城市生活污水处理厂二级生化出水作为膜分离系统的进水,分别采取"237NF+RO","A195NF+RO"和"N236NF+RO"等3种集成膜分离法深度处理该污水,从中优选出1种工艺深入考察各单元膜的运行工况.结果表明:237NF纳滤阶段的最佳膜运行参数为:膜进口压力为0.5 MPa,水回收率为10%,膜运行温度为30℃,原料浓缩倍数为8～10倍;RO反渗透阶段的最佳膜运行参数为:膜进口压力1～1.3 MPa,水回收率7%,膜运行温度30℃,原料浓缩倍数10倍.在各自最佳运行工况下的最终RO膜渗透液的水质符合<城市污水再生利用>系列标准.     

Ce改性Mn系催化剂结构及低温催化活性影响研究

采用浸渍法制备了Ce改性负载型Mn系TiO 2催化剂,考察了Ce负载量、反应温度等因素对催化剂效率以及选择性的影响,利用扫描电镜、氮气物理吸附(N 2-TPD)等表征手段分析了Ce/TiO 2催化剂催化活性影响机理。结果表明:改性催化剂在Ce/Ti摩尔比为0.08的条件下表现出最佳的脱硝效率及NO选择性;MnCe(0.08)Ti催化剂在180℃条件下的脱硝效率超过85%,而N 2 O体积分数仅为24×10-6(47.1 mg/m 3);Ce的加入优化了催化剂表面的孔隙结构,比表面积与和孔容积分别达到121.11 m 2/g、1.71 cm 3/g;MnCe(0.08)Ti催化剂在210℃通入体积分数为300×10-6(857.1 mg/m 3)的SO 2和8%的水蒸气,连续运行180 h过程中的脱硝效率均可保持在80%以上,具有良好的抗硫性和稳定性。