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基于骨料运移的高浓度充填管道磨损机制

中国有色金属学报 2024年第6期34卷 2099-2111页

作者：王小林郭进平吴爱祥王洪江李泽峰西安建筑科技大学资源工程学院西安710055 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

高浓度充填管道磨损威胁矿山安全,但磨损机制尚不明析。采用CFD-DEM模拟高浓度充填管道磨蚀、骨料运移、骨料与管壁接触,结合理论分析和现场实测揭示管道磨损机制。结果表明:料浆承载力充足时,固液两相在管内呈柱塞流,骨料向管道中心运... 详细信息

高浓度充填管道磨损威胁矿山安全,但磨损机制尚不明析。采用CFD-DEM模拟高浓度充填管道磨蚀、骨料运移、骨料与管壁接触,结合理论分析和现场实测揭示管道磨损机制。结果表明:料浆承载力充足时,固液两相在管内呈柱塞流,骨料向管道中心运移,管壁处形成减磨滑移层,管道四周磨损较均匀;反之,骨料在管底呈滑动床,管底磨损最严重。滑动床对管壁的作用力是柱塞流时的2.46~2.76倍,管底磨损是柱塞流时的1.48倍。骨料在管壁附近的运动轨迹类似波形线,以小角度接触管壁并滑滚,对管壁的切向力是法向力的27.44~30.84倍,管壁磨损受骨料切向刮擦主导。非稳态输送、粗糙管壁和过高浓度会劣化滑移层的减磨效果。根据模拟结果提出六条磨损防控措施,可供相关矿山借鉴。

关键词：高浓度充填管道磨蚀骨料运移磨损机制 CFD-DEM模拟磨损防控

超高速滑动电接触CuCrZr合金轨道表面磨损机制及电接触性能

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润滑与密封 2024年第5期49卷 8-14页

作者：康丽王兴刘梓屹袁仔豪林永强梁伟晗姚萍屏中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083

电磁轨道发射具有典型超高速滑动电接触特性(出口速度大于等于2000 m/s),电磁轨道表面会发生磨损。为研究轨道表面磨损状态与接触电阻之间关系,通过开展电磁轨道发射试验,研究发射后的CuCrZr轨道表面沉积层的形成与磨损机制,揭示枢轨间... 详细信息

电磁轨道发射具有典型超高速滑动电接触特性(出口速度大于等于2000 m/s),电磁轨道表面会发生磨损。为研究轨道表面磨损状态与接触电阻之间关系,通过开展电磁轨道发射试验,研究发射后的CuCrZr轨道表面沉积层的形成与磨损机制,揭示枢轨间静态接触电阻的演变规律,总结沉积层的形成与接触电阻的关联关系。结果表明:沿着发射方向,轨道表面沉积层覆盖面积逐渐增大,沉积层的形成机制由摩擦材料转移变为电枢表面熔化飞溅,表面磨损特征由机械磨损向电气磨损转变;由于轨道不同位置沉积层形成原因不同,导致表面粗糙度分布不一致,枢轨间静态接触电阻随接触沉积层形貌特征改变呈现上升、下降及波动3个变化阶段;并且枢轨间静态接触电阻随着接触压力的增大而减小。研究成果对电磁轨道发射装备的研究及发射动力学研究具有理论价值。

关键词：电磁轨道发射接触电阻沉积层磨损机制机械磨损电气磨损

不同几何尺寸SiC微粒对机床导轨材料GCr15的磨损机制

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表面技术 2024年

作者：王奔史忠澳祝天龙张棋沈阳航空航天大学机电工程学院

目的　探究不同几何尺寸SiCf/SiC陶瓷基复合材料切屑对机床精密部件磨损性能的影响机制以及磨损机理，为机床防护提供理论参考。方法　以机床精密部件-导轨运动副为例，利用SiC磨粒代替SiCf/SiC陶瓷基复合材料切屑，采用机床导轨运动副... 详细信息

目的　探究不同几何尺寸SiCf/SiC陶瓷基复合材料切屑对机床精密部件磨损性能的影响机制以及磨损机理，为机床防护提供理论参考。方法　以机床精密部件-导轨运动副为例，利用SiC磨粒代替SiCf/SiC陶瓷基复合材料切屑，采用机床导轨运动副材料GCr15轴承钢，在不同几何尺寸磨粒条件下进行销盘摩擦磨损试验，采用宏观摩擦系数与微观磨损形貌对磨损表面进行表征，探究磨损机制。结果　对比无磨粒条件，磨粒的加入会产生更高更不稳定的摩擦系数。磨粒条件下，GCr15轴承钢的磨损表面存在大量的平行凹槽与不规则压痕，并伴随着少量剥落坑。随磨粒尺寸的增加，损伤加重，平行凹槽磨损更深更宽，表面材料剥落坑更密集，同时，磨粒几何尺寸的增加也导致了更深的磨痕深度以及更高的磨损量。结论　磨粒在摩擦界面存在游离和结合两种运动形式，磨损机制是由滚动挤压磨损与滑动开槽磨损的结合，并且随着磨粒几何尺寸的增大，磨损机制由磨粒滚动挤压过渡为滑动开槽主导；1μm与5μm磨粒对摩擦进程的影响主要体现在剧烈磨损阶段，而10μm与20μm磨粒对整个进程都有明显的影响，且大尺寸磨粒的加入会使摩擦副提前进入剧烈阶段；对比不同条件下的磨损形貌、摩擦系数以及磨损量，1μm与5μm的磨粒对摩擦影响较小。

关键词：机床导轨销盘试验三体磨粒磨损摩擦磨损性能磨损机制

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内燃机配件的磨损机制及耐磨材料研究

造纸装备及材料 2024年第1期53卷 27-29页

作者：付雪景冯汝栋程蕾滨州渤海活塞有限公司山东滨州256606

文章系统探讨了内燃机配件的磨损机制及耐磨材料。首先,介绍了内燃机配件磨损问题的严重性,并阐述了磨损的主要机制,包括黏着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损和腐蚀磨损,分析了内燃机配件磨损的主要影响因素。其次,深入研究了耐磨材料,包... 详细信息

文章系统探讨了内燃机配件的磨损机制及耐磨材料。首先,介绍了内燃机配件磨损问题的严重性,并阐述了磨损的主要机制,包括黏着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损和腐蚀磨损,分析了内燃机配件磨损的主要影响因素。其次,深入研究了耐磨材料,包括其定义、性质及主要类型,并指出了耐磨材料选用的原则及研究进展。最后,提出了内燃机配件耐磨性能的改进策略,包括应用表面工程技术和材料表面改性技术。这些研究对于提高内燃机配件的耐磨性能、降低磨损率、延长使用寿命具有重要意义,并为内燃机行业的可持续发展奠定基础。通过文章的研究,为内燃机设计和制造领域提供有价值的参考,推动内燃机技术的进步与发展。

关键词：内燃机配件磨损机制耐磨材料

近单一FCC相AlCoCrFeNi高熵合金的常温摩擦学行为及典型磨损机制

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摩擦学学报 2023年第2期43卷 197-208页

作者：王奕迪李晓倩陈端杰梁爱民中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 重庆长安工业(集团)有限责任公司重庆401120

采用SRV-Ⅳ型微动摩擦磨损试验机对近单一面心立方(FCC)相AlCoCrFeNi高熵合金及其抛丸试样在常温下的摩擦磨损性能和行为进行了较详细的考察. AlCoCrFeNi高熵合金的磨损量随摩擦频率和法向载荷的变化均大体呈现正相关性.随着摩擦频率升... 详细信息

采用SRV-Ⅳ型微动摩擦磨损试验机对近单一面心立方(FCC)相AlCoCrFeNi高熵合金及其抛丸试样在常温下的摩擦磨损性能和行为进行了较详细的考察. AlCoCrFeNi高熵合金的磨损量随摩擦频率和法向载荷的变化均大体呈现正相关性.随着摩擦频率升高(6~40 Hz),该高熵合金摩擦界面的原子排列由主要沿(100)晶面逐渐转变为沿(111)晶面,表现出显著的择优取向,其主要磨损机制由氧化磨损和分层磨损逐步过渡到塑性变形和分层磨损;拉曼光谱分析表明该合金在各摩擦频率(除30 Hz外)下形成的磨痕中存在复杂氧化物,其结晶构造与Al_(2)O_(3)和Cr_(2)O_(3)相似.随着法向载荷不断增大(10~200 N),该合金摩擦界面的晶粒更加细化,摩擦界面的原子排列更加趋向沿(111)晶面,其主要磨损机制由氧化磨损过渡到疲劳磨损,最终转变为黏着磨损.由于细晶强化作用,经抛丸处理后该AlCoCrFeNi高熵合金表面显微硬度达403 HV,相比抛丸前提高近1倍.抛丸处理形成的表面强化层有利于降低合金的磨损,其厚度约为25μm.随着摩擦时间延长,该高熵合金抛丸试样的主导磨损机制由塑性变形和分层磨损逐渐转变为同时出现一定程度的氧化磨损;其中,塑性变形和分层磨损机制的组合能导致该合金抛丸试样发生零磨损行为.近单一FCC相AlCoCrFeNi高熵合金及其抛丸试样因其特殊的元素组成和原子排布表现出丰富而典型的磨损行为和机制.本研究阐明了该高熵合金在常温下的几种典型磨损机制,评估抛丸处理对其造成的实际影响,为该体系高熵合金和含有FCC相的复合结构高熵合金在磨损防护领域的合理运用及深入理解其使役行为提供重要依据.

关键词：面心立方 AlCoCrFeNi 高熵合金摩擦学行为磨损机制

尼龙6填料对碳纤维-环氧树脂复合材料力学与摩擦磨损性能的提升机制

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复合材料学报 2023年第9期40卷 5011-5025页

作者：田经纬白艳博李承高咸贵军哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

碳纤维-环氧树脂复合材料具有高强高模、耐腐蚀、抗疲劳等优异性能,作为结构材料被广泛用于土木工程中。尼龙6具有良好的断裂韧性、自润滑性、减摩耐磨性等优点,将其作为填料加入至短切碳纤维-环氧树脂复合材料中有望大幅提升材料的力... 详细信息

碳纤维-环氧树脂复合材料具有高强高模、耐腐蚀、抗疲劳等优异性能,作为结构材料被广泛用于土木工程中。尼龙6具有良好的断裂韧性、自润滑性、减摩耐磨性等优点,将其作为填料加入至短切碳纤维-环氧树脂复合材料中有望大幅提升材料的力学和摩擦磨损性能。本文采用尼龙6改性短切碳纤维-环氧树脂复合材料,基于树脂基体优选方法制备了一种力学性能优异、耐高温且具有低摩擦系数和低磨损速率的高性能复合材料。试验研究了添加尼龙6对复合材料的热、力学及摩擦磨损性能的影响,结合微观形貌与结构分析,揭示了尼龙6对复合材料性能提升机制。研究发现,添加7.5wt%尼龙6后,复合材料的拉伸断裂韧性提升了199%,断裂破坏模式由脆性断裂转变为韧性断裂,拉伸断口形貌由“平原状”转变为“沟壑状”,玻璃化转变温度提升了15.2℃。添加10wt%尼龙6可以显著降低复合材料的摩擦系数(~80%)、磨损速率(~53%)、划痕宽度(~22%)、线粗糙度(~15%),耐磨损性能提升机制归因于尼龙6可在摩擦表面协助形成一层均匀致密的润滑隔离膜,使磨损类型由严重的疲劳磨损变为轻微的粘着磨损或磨粒磨损。

关键词：复合材料环氧树脂碳纤维尼龙6 力学性能摩擦磨损性能磨损机制

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浸渍石墨在陶瓷摩擦副下的摩擦腐蚀行为研究

摩擦学学报（中英文） 2024年第6期44卷 775-788页

作者：宋伟李凯民丁雪兴马荣荣陈昊翔兰州理工大学石油化工学院甘肃兰州730050

研究不同介质环境中浸渍石墨的摩擦腐蚀特性,采用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜分别表征了表面磨痕形貌、磨痕轮廓和磨损体积,通过分析在纯水与海水中的开路电位、极化曲线与电化学阻抗图及其相关参数,对浸渍石墨与2种陶瓷对偶球的... 详细信息

研究不同介质环境中浸渍石墨的摩擦腐蚀特性,采用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜分别表征了表面磨痕形貌、磨痕轮廓和磨损体积,通过分析在纯水与海水中的开路电位、极化曲线与电化学阻抗图及其相关参数,对浸渍石墨与2种陶瓷对偶球的摩擦磨损情况与机理进行评估分析.结果表明:浸渍石墨与陶瓷球Si_(3)N_(4)相对摩擦时自腐蚀电流密度更低,容抗弧度与相位角较大,极化电阻值更高,具有更好的耐腐蚀性能和耐磨性.随着载荷的增大,开路电位负移耐腐蚀性增强.纯水中石墨磨损表面存在明显的犁沟现象,以摩擦磨损为主.海水中腐蚀产物与磨屑混合在接触表面形成转移膜,表现较为光滑.摩擦过程中磨损体积、摩擦耗散能与载荷呈正相关性,而磨损率与载荷呈负相关性.海水中黏着现象较为明显,伴有磨粒磨损和轻微的氧化磨损.纯水中接触区以磨粒磨损为主,伴有轻微的黏着磨损和疲劳磨损.

关键词：浸渍石墨电化学腐蚀摩擦磨损磨损机制转移膜

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润滑介质及基体对不同厚度PTFE/PI-PAI涂层的摩擦性能

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中国表面工程 2024年第1期37卷 225-239页

作者：涂传坤曹均朱旻昊叶佩青谢京杉宁波大学机械工程与力学学院宁波315211 西南交通大学材料科学与工程学院成都315016 清华大学机械工程学院北京100084 中原内配集团轴瓦股份有限公司孟州454750

船舶发动机轴瓦在受到炮弹攻击后处于极端工况,造成轴瓦失效破坏。传统的电镀镀层和磁控溅射薄膜因存在高污染、高成本等缺点,目前亟须寻求新的解决方案来提高轴瓦在极端工况下的耐磨性能。针对轴瓦因炮击而处于极端工况,设计了ZrO_(2)... 详细信息

船舶发动机轴瓦在受到炮弹攻击后处于极端工况,造成轴瓦失效破坏。传统的电镀镀层和磁控溅射薄膜因存在高污染、高成本等缺点,目前亟须寻求新的解决方案来提高轴瓦在极端工况下的耐磨性能。针对轴瓦因炮击而处于极端工况,设计了ZrO_(2)填充PTFE/PI-PAI的涂层材料,采用液体喷涂工艺在A370铝合金和CuPb22Sn2.5铜合金基体表面制备三种不同厚度涂层,研究涂层在不同润滑介质下的摩擦学性能。结果表明,涂层的摩擦学性能受到涂层硬度、润滑介质及基体支撑作用影响,涂层的硬度及弹性模量随厚度的增加呈现递减的趋势。涂层越厚,基体的支持作用越小。在油润滑工况下,铜合金基体上涂层摩擦因数及磨损率均小于铝合金,润滑油是涂层摩擦性能最主要影响因素。在海水工况下,涂层主要表现为磨粒磨损,并出现明显的犁沟现象。铜合金基体上涂层的摩擦因数高于铝合金,海水腐蚀和高频往复摩擦带来的冲刷作用是摩擦性能主要影响因素。在干摩擦工况下,涂层以黏着磨损为主。涂层的硬度受到基体支撑的影响,高频往复运动中硬质对磨球与硬质基体夹击软质涂层和接触压力是摩擦性能主要影响因素。通过涂层与合金摩擦因数对比,可知30μm涂层能够大幅度地降低轴瓦材料的摩擦因数,有利于提高船舶发动机轴瓦在极端工况的摩擦学性能。阐明了基体对不同厚度自润滑涂层的支撑机理,分析了涂层在极端工况下受到轰击后的摩擦学性能,确定了船舶发动机轴瓦涂层的最佳设计厚度。

关键词：涂层厚度润滑介质基体支撑摩擦行为磨损机制

MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)对磷酸盐涂层宽温域摩擦学性能的影响

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表面技术 2024年第1期53卷 56-64页

作者：方媛闫嘉琪赵顺强曾立军吴燕陕西科技大学材料科学与工程学院西安710021 陕西科技大学陕西省无机材料绿色制备与功能化重点实验室西安710021

目的以MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)为固体润滑剂,在25(室温)~400℃下制备具有优异摩擦学性能的MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层,并研究它在不同温度下的减摩抗磨机制。方法以氢氟酸为MAX相(Ti_(3)AlC_(2))粉体的蚀刻剂,制备具有“手... 详细信息

目的以MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)为固体润滑剂,在25(室温)~400℃下制备具有优异摩擦学性能的MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层,并研究它在不同温度下的减摩抗磨机制。方法以氢氟酸为MAX相(Ti_(3)AlC_(2))粉体的蚀刻剂,制备具有“手风琴”形貌的Ti3C2TxMXene。以硫脲、钼酸铵、MXene为原料,制备MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)复合材料。以Al(H2PO4)3为黏结剂,以Cu O为固化剂,分别以Ti_(3)C_(2)T_(x)和MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)为固体润滑剂,制备Ti3C2Tx磷酸盐涂层和MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层。通过高温摩擦磨损试验机和光学数码显微镜测试涂层在25~400℃时的摩擦因数和磨损率,采用扫描电子显微镜和显微共焦激光拉曼光谱仪分析磨痕表面形貌、物相,进而探讨磨损机理。结果当Ti_(3)C_(2)T_(x)与Al(H_(2)PO_(4))_(3)的质量比为2∶1时,Ti3C2Tx磷酸盐涂层在室温(25℃)下的摩擦因数和磨损率均最低,分别为0.38和2.75×10-4mm3/(N·m)。在Ti_(3)C_(2)T_(x)表面负载MoS2,将MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)作为固体润滑剂,能够显著降低磷酸盐涂层在25~400℃下的摩擦因数,同时磨损率也有所降低。MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层在室温下的摩擦因数低至0.11,相较于Ti3C2Tx磷酸盐涂层降低了71.1%,其磨损率相较于Ti3C2Tx磷酸盐涂层降低了1个数量级。在25~400℃范围内,MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层的摩擦因数均低于0.21。随着温度的升高,摩擦因数呈先减小后增大的趋势,磨损率整体上呈增大趋势。结论相较于Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层,MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层在25~400℃下的摩擦学性能均得到显著提升。

关键词： Ti_(3)C_(2)T_(x) 宽温域摩擦磨损性能磷酸盐涂层磨损机制