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Cr/Zr涂层环向压缩表面裂纹识别研究

机械工程学报 2024年第8期60卷 1-10页

作者：郑杰权伟刘洋卢学民刘晓红岳雅楠周腾蔡振兵西南交通大学电气工程学院成都611756 西南交通大学机械工程学院成都610031

针对Cr/Zr涂层表面裂纹图像存在的视野暗、噪声高及人工识别效率低等问题,建立Cr涂层表面裂纹自动精确识别与关键参数提取的技术和方法,并开展相关分析。在Cr/Zr涂层包壳管上进行环向压缩试验,采集裂纹图像,对采集到的图像数据设计了一... 详细信息

针对Cr/Zr涂层表面裂纹图像存在的视野暗、噪声高及人工识别效率低等问题,建立Cr涂层表面裂纹自动精确识别与关键参数提取的技术和方法,并开展相关分析。在Cr/Zr涂层包壳管上进行环向压缩试验,采集裂纹图像,对采集到的图像数据设计了一种Cr涂层表面裂纹识别与分析算法—CSCRA算法,该算法基于U2-Net神经网络对裂纹进行语义分割,从而获得Cr涂层表面裂纹的位置信息,然后设计了一种中轴线提取算法并结合连通域分析和距离计算对识别出的裂纹进行统计分析(包括数量、密度、长宽等)。相比于传统的边缘检测算法、阈值分割算法,设计的CSCRA算法能够准确有效识别多种形态的Cr涂层表面裂纹,自动完成识别裂纹的数量、密度、长宽等信息分析,得到了裂纹数量、密度、宽度信息与环向压缩形变量的对应关系。CSCRA算法能够解决传统识别算法连续性差、噪声高的问题。从裂纹数量、密度、宽度与环向压缩试验形变量之间的联系中,发现Cr涂层表面裂纹的数量和宽度随着环向压缩形变量的增大呈现出增大趋势,但两者在不同阶段增加速率不一致。

关键词： Cr/Zr涂层环向压缩裂纹识别 CSCRA算法神经网络

γ射线辐照对PA66结构和摩擦学性能的影响研究

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表面技术 2024年

作者：欧阳杏张帆肖雨生覃冬龚适汤召华魏仁兵蔡振兵西南交通大学附属医院成都市第三人民医院眼科东方电气集团科学技术研究院有限公司西南交通大学摩擦学研究所四川金核高分子材料有限公司

目的研究辐照后PA66的分子结构和摩擦学性能变化及两者间的联系。方法采用凝胶含量测试、红外光谱测试、XPS测试分析以及DSC测试分析等方法研究辐照前后PA66的分子结构变化；将辐照前后各剂量PA66以球-平面形式进行往复式摩擦磨损试... 详细信息

目的研究辐照后PA66的分子结构和摩擦学性能变化及两者间的联系。方法采用凝胶含量测试、红外光谱测试、XPS测试分析以及DSC测试分析等方法研究辐照前后PA66的分子结构变化；将辐照前后各剂量PA66以球-平面形式进行往复式摩擦磨损试验，对摩擦系数、磨损率以及磨痕形貌进行分析以研究辐照对PA66摩擦学性能的影响。结果随着辐照剂量增加，PA66凝胶含量从1.31%增加到60.77%，辐照导致PA66表面含氧官能团含量增加，且在1000kGy剂量下生成了羟基，同时材料结晶度整体随辐照剂量增加而降低。辐照后PA66摩擦系数从0.49逐渐增至0.615，磨损率从179.3×103μm3·(N·m)-1大幅度增至2511.7×103μm3·(N·m)-1。磨痕中央和边缘的磨损形式变化趋势不同，磨痕中央始终为黏着的形貌，磨痕边缘在剂量增大后从黏着形貌变化为沟壑状形貌。结论 PA66在γ射线辐照影响下主要发生分子链间的交联和表面氧化，分子间的交联和辐照破坏材料内晶体结构导致材料结晶度下降。同时PA66交联使对磨副运动时剥落表面材料受更大阻力，同时导致材料在黏着和犁削过程剥落体积更大，从而辐照后PA66摩擦系数上升以及磨损率增加。

关键词： PA66 γ射线辐照分子结构摩擦磨损

不同NiCr含量的NiCr-CrC涂层高温冲击磨损行为研究

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摩擦学学报 2024年

作者：耿少寅王浩宇何斌曹晓英王伟巩秀芳蔡振兵东方电气集团东方汽轮机有限公司清洁高效透平动力装备全国重点实验室西南交通大学摩擦学研究所

通过超音速火焰喷涂制备了35% NiCr-Cr3C2涂层及25% NiCr-Cr3C2涂层，利用自研的高温铁屑冲击磨损试验机，在630℃及铁屑冲蚀的环境下进行了不同次数下的冲击试验(1×104、2×104和5×104)，研究了2种涂层在铁屑冲蚀环境下的高温冲击磨... 详细信息

通过超音速火焰喷涂制备了35% NiCr-Cr3C2涂层及25% NiCr-Cr3C2涂层，利用自研的高温铁屑冲击磨损试验机，在630℃及铁屑冲蚀的环境下进行了不同次数下的冲击试验(1×104、2×104和5×104)，研究了2种涂层在铁屑冲蚀环境下的高温冲击磨损行为。结果表明：在高温铁屑环境下35% NiCr-Cr3C2涂层和25% NiCr-Cr3C2涂层的损伤机理均为塑性变形和磨粒磨损，在相同冲击次数下两者的磨损面积相差不大，但25% NiCr-Cr3C2涂层能量吸收量及吸收率和磨损体积均小于35% NiCr-Cr3C2涂层，表现出了更好的耐高温冲击磨粒磨损性能；随着冲击次数的增加，2种涂层的冲击能量、能量吸收率及磨损面积均呈增长趋势，表明2种涂层发生了更多的塑性变形和材料去除；2种涂层的磨损体积随着冲击次数的增加呈现出不同的变化规律，25% NiCr-Cr3C2涂层的磨损体积随冲击次数的增加而增加，而35% NiCr-Cr3C2涂层的磨损体积则随冲击次数的增加呈现先增大再减小的规律。

关键词： NiCr-Cr C 涂层高温铁屑冲击动力学响应冲击磨损

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激光冲击强化技术在核电领域的研究进展

中国表面工程 2024年第1期37卷 41-58页

作者：蔡振兵周龙龙俞延庆方修洋余施佳周留成何卫锋李国杰何艳磊西南交通大学摩擦学研究所成都610031 空军工程大学等离子体动力学重点实验室西安710038 西安天瑞达光电技术股份有限公司西安710077

激光冲击强化技术属于改善金属性能的重要表面形变强化技术,因其独特的技术优势在航天及船舶领域获得广泛应用。随着科技的发展研发出多种激光冲击强化技术,并逐渐开始在核电装备领域获得应用,然而针对该技术在核电领域的研究进展缺乏... 详细信息

激光冲击强化技术属于改善金属性能的重要表面形变强化技术,因其独特的技术优势在航天及船舶领域获得广泛应用。随着科技的发展研发出多种激光冲击强化技术,并逐渐开始在核电装备领域获得应用,然而针对该技术在核电领域的研究进展缺乏系统的综述。先通过介绍不同表面形变强化技术,叙述激光冲击强化技术的发展,阐述激光冲击强化机制,最后综述激光冲击强化技术在核电领域的应用研究进展。总结发现,激光冲击强化技术可有效改善核电领域材料力学、摩擦磨损及腐蚀性能,但传统和添加辅助手段激光冲击强化技术受约束层和吸收层影响较大,无涂激光冲击强化技术对金属易产生热效应,飞秒激光冲击强化影响层浅且强化效果差,不同工艺技术在核电领域提升摩擦磨损性能研究较少。对不同工艺激光冲击强化机理及在核电领域材料不同性能的提升进行深入研究,为进一步提升激光冲击强化技术在核电领域材料的应用提供理论基础,可为核电领域关键装备进行强化、提升核电装备运行寿命提供参考。

关键词：激光强化核电装备摩擦磨损腐蚀极端环境先进制造

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航空液压柱塞泵滑靴镀银层摩擦磨损机理研究

摩擦学学报 2024年

作者：管博文龚适张峰孙同明刘晓红左骏红蔡振兵国营芜湖机械厂西南交通大学摩擦学研究所

由于液压柱塞泵柱塞长期在高压、高速和高载的极端工况下运动，界面发生的摩擦磨损导致其滑靴端面出现镀银层剥落和网纹腐蚀等损伤现象，严重影响了装备服役安全。利用超景深显微镜、维氏硬度计、SEM (扫描电镜)和EDS (能量色散X射线谱... 详细信息

由于液压柱塞泵柱塞长期在高压、高速和高载的极端工况下运动，界面发生的摩擦磨损导致其滑靴端面出现镀银层剥落和网纹腐蚀等损伤现象，严重影响了装备服役安全。利用超景深显微镜、维氏硬度计、SEM (扫描电镜)和EDS (能量色散X射线谱仪)对服役后的滑靴端面进行表征，并探究滑靴锡青铜表面网纹形成及镀银层剥落机理。研究结果表明：滑靴锡铸造青铜表面存在的孔隙和组织偏析等缺陷会导致镀银层结合强度下降，在实际工况下发生严重的摩擦磨损导致镀银层发生剥落，剥落的银屑颗粒在磨损过程中进一步导致镀银层磨损加剧。对滑靴表面黑色网纹的产生机理进行了分析，发现基体铸造锡青铜逆偏析纹路在退镀银过程中，受到酸性溶液腐蚀形成Cu-Sn-O化合物，导致界面出现类似金相晶界纹路的黑色网纹。

关键词：柱塞滑靴镀银层摩擦磨损表面网纹损伤机理

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SIMP钢在高温液态铅铋合金中的腐蚀行为

装备环境工程 2024年第2期21卷 119-128页

作者：高雄何斌余磊汪瑶刘晓红胡体刚蔡振兵西南交通大学摩擦学研究所成都610031

目的研究SIMP钢在不同溶解氧浓度的高温液态铅铋合金中长期浸泡后腐蚀产物的变化规律。方法在550℃静态液态铅铋合金(饱和氧状态和贫氧状态)中对SIMP钢进行500、1 000、2 000、3 500、5000h的腐蚀试验。通过观察腐蚀后试样的表面和截... 详细信息

目的研究SIMP钢在不同溶解氧浓度的高温液态铅铋合金中长期浸泡后腐蚀产物的变化规律。方法在550℃静态液态铅铋合金(饱和氧状态和贫氧状态)中对SIMP钢进行500、1 000、2 000、3 500、5000h的腐蚀试验。通过观察腐蚀后试样的表面和截面形貌,进行物化分析,对比不同时间下腐蚀层厚度以及腐蚀产物结构的变化,得出溶解氧浓度和浸泡时间的变化对腐蚀产物的影响规律。结果在贫氧环境中,SIMP钢的腐蚀类型主要为氧化腐蚀,氧化腐蚀产物具有双层结构,外层为Fe-Cr尖晶石氧化层,内层为富铬氧化物与基体的混合物层;在饱和氧环境,SIMP钢腐蚀产物则具有3层结构,外层为Fe_(3)O_(4)磁铁矿层,中层为Fe-Cr尖晶石氧化层,最内层为富铬氧化物与基体的混合物层。结论溶解氧浓度和浸泡时间的变化对腐蚀产物的结构和厚度产生了显著影响,SIMP钢在贫氧环境中呈现出优异的耐腐蚀性能。

关键词： SIMP钢液态铅铋腐蚀高温氧化层腐蚀产物

不同含氧量环境下紫铜/黄铜电接触微动磨损性能研究

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摩擦学学报 2022年第4期42卷 680-689页

作者：何莉萍彭金方蔡振兵朱旻昊西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室摩擦学研究所四川成都610031 西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

电连接器常因接触界面磨损发生严重失效,因此有必要研究电接触模式下的微动磨损行为。本文中基于电接触模式和不同环境含氧量(即氧气体积分数分别为10%、20%和30%,后文统一称作10%O_(2)、20%O_(2)和30%O_(2)环境),着重研究含氧量对紫铜... 详细信息

电连接器常因接触界面磨损发生严重失效,因此有必要研究电接触模式下的微动磨损行为。本文中基于电接触模式和不同环境含氧量(即氧气体积分数分别为10%、20%和30%,后文统一称作10%O_(2)、20%O_(2)和30%O_(2)环境),着重研究含氧量对紫铜/黄铜微动磨损行为与磨损机制的影响。研究发现:10%O_(2)、20%O_(2)和30%O_(2)环境时所对应的摩擦系数稳定值分别为0.77、0.71和0.80,摩擦耗散能和磨损体积的结果变化趋势一致,即10%O_(2)环境下最高,20%O_(2)最低,30%O_(2)介于两者之间,可以推测,含氧量最低条件时的损伤比含氧量高时更严重。通过电接触寿命可以看出,20%O_(2)环境中电接触性能最优,10%O_(2)次之,30%O_(2)最差,不同含氧量时的微动磨损区均发生不同程度的氧化,理论上含氧量越高氧化现象越严重,但10%O_(2)时的抗微动磨损性能最差,30%O_(2)时的电接触性能最差,而类大气含氧量的20%O_(2)环境时的电接触性能和抗磨损性能最佳。结果表明:电接触性能与环境含氧量存有非线性依赖关系,30%O_(2)的环境中氧化最严重,微观形貌为尺寸粗大和团聚状的氧化颗粒,导致其接触电阻高于其余两种含氧量时;而在10%O_(2)环境中,因微动产生的磨屑多,新鲜的磨屑松散覆盖在磨痕区域,极易与氧气发生氧化反应,使其接触电阻高于20%O_(2)环境,但是低于30%O_(2)时,说明环境中含氧量和微动产生的磨屑协同主导铜电接触性能与磨损行为,结合白光干涉、扫描电镜和电子探针等微观分析结果发现,在不同含氧量环境下的铜磨损机制主要表现为氧化、材料转移和剥落。

关键词：电接触模式接触电阻微动磨损接触失效含氧浓度

2种Zr(-Sn)-Nb合金与316L不锈钢的冲击磨损性能

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摩擦学学报 2023年第8期43卷 868-878页

作者：胡勇余施佳刘鑫李东兴王俊蔡振兵中国原子能科学研究院北京102413 西南交通大学摩擦学研究所四川成都610031

采用316L不锈钢材质的锐角圆锥块作为摩擦对偶,在硼酸锂的液流条件下对2种Zr(-Sn)-Nb合金管进行不同循环次数(N=10^(2),10^(3),10^(4),10^(5),10^(6))的冲击试验.模拟了锆合金包壳在异物磨蚀情况下的冲击状态,研究了2种Zr(-Sn)-Nb合金... 详细信息

采用316L不锈钢材质的锐角圆锥块作为摩擦对偶,在硼酸锂的液流条件下对2种Zr(-Sn)-Nb合金管进行不同循环次数(N=10^(2),10^(3),10^(4),10^(5),10^(6))的冲击试验.模拟了锆合金包壳在异物磨蚀情况下的冲击状态,研究了2种Zr(-Sn)-Nb合金管的冲击磨损性能及冲击磨损机制.结果表明,锆合金管材在冲击磨损作用下的磨损机制主要为塑性变形和疲劳剥落.机械性能、动力学曲线和冲击磨损试验等数据皆表明,Zr-Sn-Nb合金拥有比Zr-Nb合金更好的抵抗316L不锈钢冲击磨损的能力.磨痕边缘材料塑性流动导致的裂纹形成与扩展及磨痕底部裂纹延伸交汇后发生的疲劳剥落,都会对锆合金管造成严重的磨损去除.冲击过程中,锆合金管与摩擦对偶会发生材料迁移,形成Zr、O、C、Fe元素不均匀分布的磨屑堆积层.

关键词：锆合金冲击包壳管磨损机理疲劳剥落

喷丸与CuNiIn涂层复合处理对高温合金榫试样微动疲劳性能的影响

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中国表面工程 2023年第4期36卷 89-97页

作者：方修洋宫健恩曹晓英俞延庆李定骏蔡振兵西南交通大学机械工程学院成都610031 西南交通大学轨道交通运维技术与装备四川省重点实验室成都610031 东方汽轮机有限公司长寿命高温材料国家重点实验室德阳618000

汽轮机叶片榫结构接触部位易发生微动疲劳失效,但行业内仍缺乏有效解决措施,因此开展了不同载荷下不同表面改性技术处理后10705BX铁基高温合金榫结构微动疲劳试验研究。分别对原始未处理(AS)、喷丸处理(SP)及喷丸与CuNiIn涂层复合处理(... 详细信息

汽轮机叶片榫结构接触部位易发生微动疲劳失效,但行业内仍缺乏有效解决措施,因此开展了不同载荷下不同表面改性技术处理后10705BX铁基高温合金榫结构微动疲劳试验研究。分别对原始未处理(AS)、喷丸处理(SP)及喷丸与CuNiIn涂层复合处理(SC)的10705BX铁基高温合金榫结构试样的微动疲劳性能进行测试分析,在微动疲劳试验前后,对原始、喷丸处理及复合处理后的10705BX铁基高温合金的表截面形貌、断口形貌及力学性能进行表征分析。结果表明:原始、喷丸处理和复合处理试样表面粗糙度Sa分别为0.08、3.38和13.65μm。喷丸处理后表面硬度提高了16%,加工硬化层深度约为80μm,微动疲劳寿命相较原始试样提高了7.8倍。复合处理的涂层平均厚度约为50μm,微动疲劳寿命相较原始试样提高了4.2倍,相比较喷丸处理来说,复合处理后材料的微动疲劳寿命提升较弱。原始、喷丸处理和复合处理试样的裂纹均为多疲劳源萌生,但是喷丸和复合处理后的裂纹源数量明显减少。喷丸处理和复合处理后裂纹的扩展速率均显著提高。喷丸后试样表层获得加工硬化层并且引入残余压应力,主要提升了裂纹萌生寿命。喷丸处理及喷丸与CuNiIn涂层复合处理方法有望成为提升汽轮机叶片服役寿命的重要备选途径。

关键词： 10705BX高温合金喷丸 CuNiIn涂层复合处理微动疲劳