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刷式密封高温摩擦磨损行为

中国表面工程 2022年第3期35卷 114-121页

作者：徐乙人祁志浩李永健赵炬颖马婷清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084 中国航发沈阳发动机研究所航空发动机动力传输重点实验室沈阳110015

刷式密封能够提升各类透平机械的性能,近年来航空发动机对刷式密封提出了更高的工作温度要求。为研究高温条件下跑道对刷丝尖端的磨损作用,针对性地研制基于电磁加热原理的刷式密封高温磨损试验设备,并成功完成GH5605材料的刷封试样与... 详细信息

刷式密封能够提升各类透平机械的性能,近年来航空发动机对刷式密封提出了更高的工作温度要求。为研究高温条件下跑道对刷丝尖端的磨损作用,针对性地研制基于电磁加热原理的刷式密封高温磨损试验设备,并成功完成GH5605材料的刷封试样与转子跑道之间的高温高速磨损试验,试验温度达到700℃,试验线速度达到100 m/s。为研究刷丝柱面的高温摩擦磨损行为,基于SRV摩擦磨损试验机开展刷丝柱面模拟磨损试验。研究结果表明:刷丝尖端与跑道耐磨涂层之间的磨损机理以磨粒磨损为主,随着跑道温度升高,刷丝尖端附着的氧化物增加,并可使刷丝柱面产生粗糙氧化层;温度对刷丝柱面的磨损行为有显著影响,常温条件下刷丝柱面呈现出显著的黏着磨损特征,在300℃和700℃的试验温度条件下,氧化现象削弱了刷丝柱面的黏着磨损作用,并使其摩擦因数和磨损速率降低。研究结果揭示了刷式密封的磨损机理及高温条件对其磨损行为的影响,可为提升刷式密封的磨损性能提供理论指导。

关键词：航空发动机刷式密封高温磨粒磨损黏着磨损

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盾构滚刀刀圈材料的冲滑复合磨损性能研究

摩擦学学报 2022年第2期42卷 314-325页

作者：孙瑞雪段文军牟松王好平张蒙祺莫继良西南交通大学盾构/TBM装备摩擦学设计实验室四川成都610000 中铁工程服务有限公司四川成都610083

盾构滚刀的磨损极大影响了隧道工程的掘进效率,滚刀主要发生冲击-滑动(冲滑)复合磨损,而刀盘与地层之间的相对刚度对滚刀的磨损行为存在显著影响,因此本文中在自主研制冲滑复合摩擦磨损试验机上对滚刀刀圈材料H13钢进行不同结构刚度下... 详细信息

盾构滚刀的磨损极大影响了隧道工程的掘进效率,滚刀主要发生冲击-滑动(冲滑)复合磨损,而刀盘与地层之间的相对刚度对滚刀的磨损行为存在显著影响,因此本文中在自主研制冲滑复合摩擦磨损试验机上对滚刀刀圈材料H13钢进行不同结构刚度下的磨损试验,并采用光学显微镜、扫描电镜和白光干涉仪等微观分析设备对不同结构刚度下H13钢的冲滑复合磨损特性和机理进行了分析和揭示.结果表明:随着结构刚度的增大,压载荷作用时间增长并逐渐起主导作用,摩擦副在滑动区接触时间增长,H13钢损伤最严重区域有沿着冲滑方向移动的趋势,相应地,磨损机制由磨粒磨损变为磨粒磨损与黏着磨损混合形式.在本研究中再现了盾构滚刀冲滑复合磨损的界面微观工作状态,深入探究了滚刀刀圈材料的微观磨损机理,可辅助了解滚刀与不同软硬程度地层间的相互作用,并为滚刀刀圈材料的磨损性能评价提供了新的研究方法和手段.

关键词：盾构滚刀材料冲滑磨损结构刚度磨粒磨损磨损性能评价

WC颗粒熔解析出对Ni60熔覆层性能的影响

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表面技术 2023年第3期52卷 189-196页

作者：芦海俊水剑虹王锴尚勇姜海峰魏金中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司河南新乡453011 中国水利水电第十一工程局有限公司河南三门峡450001

目的确定含WC微粒镍基熔覆层中不同共晶相对熔覆层性能的影响规律。方法通过等离子工艺制备含WC(质量分数10%)的Ni60熔覆层,并调整电流,以控制WC的熔解析出。通过维氏硬度计、剪切试验、磨粒磨损试验研究不同电流下熔覆层硬度、抗剪强... 详细信息

目的确定含WC微粒镍基熔覆层中不同共晶相对熔覆层性能的影响规律。方法通过等离子工艺制备含WC(质量分数10%)的Ni60熔覆层,并调整电流,以控制WC的熔解析出。通过维氏硬度计、剪切试验、磨粒磨损试验研究不同电流下熔覆层硬度、抗剪强度和耐磨性的变化情况,并通过扫描电镜和X射线衍射仪分析不同熔覆层的磨损形貌、组织和物相组成。结果在不同电流下制备的熔覆层物相均主要为γ-(Fe,Ni)、M_(23)C_(6)、M_(7)C_(3)、WC、W_(2)C、FeNi_(3)、FeW_(2)B_(2)等。熔覆电流由110 A增至200 A时,熔覆层的硬度由846.7HV降至665.8HV,抗剪强度由174.9 MPa增至373.2 MPa。当电流低于140 A时,W、Cr、C等合金元素生成了块状先共晶相,可有效减轻磨粒磨损程度,提高耐磨性;当电流进一步增大时,W、Cr、C等合金元素以鱼骨状过共晶相析出,在磨粒磨损过程中易断裂、脱落,导致耐磨性下降。结论熔覆电流的变化会影响含WC微粒Ni60熔覆层的共晶碳化物成分、形态和数量,在熔覆电流较小时有利于块状先共晶相的生成,可提高其耐磨性。在熔覆电流为140 A时,Ni60+WC(10%)熔覆层的综合性能最优。

关键词： WC Ni60 抗剪强度磨粒磨损熔覆电流

钴基合金刷丝与碳化铬涂层高线速度磨损行为研究

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摩擦学学报 2022年第6期42卷 1216-1225页

作者：徐乙人祝天一李永健王长亮马婷胡广阳王玉明清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084 中国航发北京航空材料研究院航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室北京100095 中国航发沈阳发动机研究所航空发动机动力传输重点实验室辽宁沈阳110015

在超高速磨损试验器上开展刷式密封磨损试验,摩擦副为GH5605钴基高温合金刷丝束和喷涂碳化铬耐磨涂层的跑道试样,最高摩擦线速度达到400 m/s.利用扫描电镜和能谱分析研究了摩擦表面的磨损形貌及材料成分,发现试验后的碳化铬涂层存在材... 详细信息

在超高速磨损试验器上开展刷式密封磨损试验,摩擦副为GH5605钴基高温合金刷丝束和喷涂碳化铬耐磨涂层的跑道试样,最高摩擦线速度达到400 m/s.利用扫描电镜和能谱分析研究了摩擦表面的磨损形貌及材料成分,发现试验后的碳化铬涂层存在材料剥落和刷丝材料附着,刷丝尖端出现以犁沟和涂抹为主要特征的磨损,且摩擦线速度达到400 m/s时出现刷丝尖端粘连和严重氧化现象.通过分析刷丝尖端磨损形貌的形成机制及摩擦表面的材料转移机理,认为刷丝尖端的主要磨损机制为二体磨粒磨损,而涂层的材料剥落现象会加剧其对刷丝的磨粒磨损作用.使用共聚焦显微镜测量了磨痕深度,并与转子离心涨大变形量进行对比分析,分析结果表明超高线速度条件下转子的离心涨大增加了刷丝束和跑道涂层间的干涉,显著加剧了摩擦副的磨损.

关键词：航空发动机刷式密封磨粒磨损黏着磨损磨损机理

激光熔覆Ti-Al-N复合涂层高温氧化及摩擦磨损性能

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2023年第6期33卷 1779-1791页

作者：田雨鑫肖华强游川川冯进宇肖易周璇贵州大学机械工程学院贵阳550025

采用激光熔覆于TC4合金表面原位合成Ti-Al-N复合涂层,对比研究复合涂层及TC4基体的高温氧化行为及宽温域下的摩擦磨损性能。结果表明:复合涂层在800℃以下生成以TiO_(2)为主的多层膜,在900和1000℃下涂层氧化产物为TiO_(2)和Al_(2)O_(3... 详细信息

采用激光熔覆于TC4合金表面原位合成Ti-Al-N复合涂层,对比研究复合涂层及TC4基体的高温氧化行为及宽温域下的摩擦磨损性能。结果表明:复合涂层在800℃以下生成以TiO_(2)为主的多层膜,在900和1000℃下涂层氧化产物为TiO_(2)和Al_(2)O_(3)的混合氧化层,涂层表现出较好的抗高温氧化性能;由于氧化膜增厚及涂层中分布的Ti_2AlN自润滑相的作用,800℃时涂层摩擦因数降至0.2091,磨损率降至0.025×10^(-4)mm^3·N^(-1)·m^(-1)是TC4钛合金基体的1.43%。复合涂层在测试温度区间以磨粒磨损为主,高温条件下氧化物具有明显的润滑作用。

关键词：激光熔覆 Ti-Al-N复合涂层自润滑氧化磨粒磨损

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CoCrWSi涂层高温冲击磨粒磨损行为

中国表面工程 2023年第3期36卷 193-204页

作者：王浩宇曹晓英李定骏方修洋蔡振兵西南交通大学摩擦学研究所成都610031 东方汽轮机有限公司德阳618000 长寿命高温材料国家重点实验室德阳618000

CoCrWSi涂层由于其优异的耐高温氧化性能,有望成为汽轮机零部件的防护涂层之一。但是关于该涂层在汽轮机真实服役环境中的高温冲击磨粒磨损行为却鲜有报道。以汽轮机阀门部件材料SA-182F92为基体,制备CoCrWSi防护涂层。利用自研的高温... 详细信息

CoCrWSi涂层由于其优异的耐高温氧化性能,有望成为汽轮机零部件的防护涂层之一。但是关于该涂层在汽轮机真实服役环境中的高温冲击磨粒磨损行为却鲜有报道。以汽轮机阀门部件材料SA-182F92为基体,制备CoCrWSi防护涂层。利用自研的高温沙粒冲击试验机,研究CoCrWSi涂层在沙蚀环境中的高温冲击磨损行为,通过冲击动力学响应和磨痕形貌来评价该涂层的耐冲击磨粒磨损性能。结果表明:CoCrWSi涂层具有耐高温冲击磨粒磨损性能,具体表现为相同冲击次数下,CoCrWSi涂层样品的磨损面积、磨损体积和最大磨痕深度比基体样品小数倍,CoCrWSi涂层样品的能量吸收量和吸收率均小于基体样品。在高温沙粒环境下,冲击的过程中会有大量的沙粒嵌入磨痕表面,沙粒具有的不规则棱角会切削磨痕表面,进而磨痕表面可以观察到大量犁沟。在高温沙粒环境下,基体与涂层的磨损机理为塑性变形和磨粒磨损。不同的是,软化的基体在冲击区域边缘有明显的隆起,发生更严重的塑性变形;而涂层在冲击过程中虽没有完全剥落,但涂层内部萌生了微裂纹,磨痕表面也有部分涂层剥落。研究结果是在模拟汽轮机真实服役状况下得出的,试验参数如加热温度、沙粒(杂质)、摩擦副材料等均依据汽轮机涂层应用的实际工况进行选择,对CoCrWSi涂层在汽轮机零部件上的应用有一定指导意义。

关键词： CoCrWSi涂层高温沙粒冲击动力学响应磨粒磨损

超声冲击对65Mn钢渗铬层摩擦磨损性能的影响

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表面技术 2022年第1期51卷 52-59,85页

作者：王志明李庆达汪昊王宏立胡军赵胜雪黑龙江八一农垦大学工程学院黑龙江大庆163319

目的提高65Mn钢的固体粉末渗铬层厚度和耐磨性能。方法对65Mn钢进行超声冲击(UI)和固体粉末渗铬(SPC)相结合的复合工艺处理。采用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS),研究UI+SPC复合工艺处理后65Mn渗铬层的... 详细信息

目的提高65Mn钢的固体粉末渗铬层厚度和耐磨性能。方法对65Mn钢进行超声冲击(UI)和固体粉末渗铬(SPC)相结合的复合工艺处理。采用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS),研究UI+SPC复合工艺处理后65Mn渗铬层的物相结构、厚度及元素分布。通过显微维氏硬度计、摩擦磨损试验机研究渗铬层的显微硬度和摩擦磨损性能。结果SPC处理试样的渗层厚度约为45μm,UI+SPC复合工艺处理试样的渗层厚度约为58μm,相比SPC试样,渗层厚度提高了13μm。渗铬层表面均匀致密,主要相组成为(Cr,Fe)_(23)C_(6)、(Cr,Fe)_(7)C_(6)、Cr_(2)C。UI+SPC试样渗层表面硬度达1659HV,约为基体表面硬度的6倍,且硬度从表面至心部呈梯度下降。UI+SPC试样表面渗铬层具有较好的耐磨性能,平均摩擦系数为0.170,磨损量约为基材的1/4,其主要磨损机理为粘着磨损和氧化磨损,伴随着磨粒磨损。结论UI可有效提高SPC工艺的Cr原子扩散性能,提高渗铬层厚度。相比于单一的SPC处理试样,UI+SPC复合工艺处理试样渗铬层的耐磨性显著提高。UI处理的加入,使SPC试样的磨损机理由“磨粒+粘着”转化为“粘着、氧化+磨粒”。

关键词：超声冲击固体粉末渗铬渗铬层磨粒磨损氧化磨损粘着磨损

热处理工艺对疏浚工程用船体钢组织及磨粒磨损性能的影响

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金属热处理 2022年第1期47卷 32-37页

作者：高亚平师仲然贾涓罗小兵宋新莉武汉科技大学耐火材料与冶金国家重点实验室湖北武汉430081 钢铁研究总院工程用钢研究院北京100081

为了提高疏浚工程船用低碳低合金耐磨钢的耐磨性能,分别采用淬火+200℃低温回火、淬火+250℃配分、循环热处理3种热处理工艺对试验钢进行热处理,并借助扫描电镜与透射电镜分析组织与析出相,磨粒磨损试验机测试磨损质量损失,硬度计测试... 详细信息

为了提高疏浚工程船用低碳低合金耐磨钢的耐磨性能,分别采用淬火+200℃低温回火、淬火+250℃配分、循环热处理3种热处理工艺对试验钢进行热处理,并借助扫描电镜与透射电镜分析组织与析出相,磨粒磨损试验机测试磨损质量损失,硬度计测试热处理钢的硬度。结果表明,试验钢淬火+200℃回火后得到回火马氏体,基体中有少量碳化物,回火马氏体仍呈板条状;淬火-配分试验钢得到马氏体加较多残留奥氏体;经循环热处理后,试验钢中马氏体板条消失,基体中有颗粒状(Nb, Ti)C析出相。试验钢淬火-回火后硬度为39.5 HRC,淬火-配分试验钢硬度为40.5 HRC,循环热处理试验钢硬度30.8 HRC。试验钢耐磨性与硬度成正比,试验钢经循环热处理后,磨损量最大,耐磨性能最差,淬火-回火试验钢次之,淬火-配分钢耐磨性能最好。3组试验钢磨粒磨损后试样表面均出现大量犁沟,磨损机制主要是塑性变形。

关键词：疏浚工程用船体钢循环热处理淬火-配分残留奥氏体磨粒磨损

Ni_(3)Al-Ni_(3)V合金和Ni_(3)Al-Ni_(3)V(Zr)合金的微观组织与磨损特性

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材料热处理学报 2022年第5期43卷 79-87页

作者：王振生李海星易轶杰谢威宋力湖南科技大学机械设备健康维护重点实验室湖南湘潭411201

利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、磨损实验和力学和能量学计算等研究了Ni_(3)Al-Ni_(3)V合金和Ni_(3)Al-Ni_(3)V(Zr)合金的微观组织和磨损机理。结果表明:Ni_(3)Al-Ni_(3)V合金的组织主要由Ni_(3)Al相和Ni_(3)Al+Ni_(3)V相构成,裂纹在合金磨损表面萌生,扩展方向与表面约呈18°;力学计算表明,Ni_(3)Al-Ni_(3)V合金的摩擦接触表面呈塑性接触状态,裂纹应力强度因子小于合金断裂韧性,接触应力不会导致裂纹产生;能量学计算表明,空气中的水汽与Ni_(3)Al-Ni_(3)V合金中的Ni_(3)Al相反应生成H,导致合金发生磨损环境致脆。Ni_(3)Al-Ni_(3)V(Zr)合金的组织主要由Ni_(3)Al相、Ni_(3)Al+Ni_(3)V相以及晶界处的富Zr相和Ni_(3)Zr相构成,Zr固溶在Ni_(3)Al相和Ni_(3)Al+Ni_(3)V相中;Zr抑制了Ni_(3)Al-Ni_(3)V(Zr)合金的环境脆性,合金的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损,磨损性能优于Ni_(3)Al-Ni_(3)V合金;Ni_(3)Al-Ni_(3)V(Zr)合金经不同工艺热处理后,可以得到具有纳米或微米尺度的Ni_(3)Al相,其中,具有纳米尺度的Ni_(3)Al相的合金的硬度高,磨损性能良好。

关键词： Ni_(3)Al-Ni_(3)V合金 Ni_(3)Al-Ni_(3)V(Zr)合金磨粒磨损环境致脆黏着磨损