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共晶组织强化NbMoZrVSi_(x)难熔高熵合金的摩擦磨损性能及磨损机理

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金属学报 2024年第7期60卷 937-946页

作者：王瀚铭杜银裴旭辉王海丰西北工业大学凝固技术国家重点实验室先进润滑与密封材料研究中心西安710072

难熔高熵合金共晶强化组织的形成机制及其对室温摩擦磨损行为的研究,可为后续开发具有优异摩擦磨损性能的难熔高熵合金提供新的设计思路。本工作利用摩擦试验机、SEM和XPS等手段研究了微量Si元素添加对NbMoZrV难熔高熵合金室温摩擦学性... 详细信息

难熔高熵合金共晶强化组织的形成机制及其对室温摩擦磨损行为的研究,可为后续开发具有优异摩擦磨损性能的难熔高熵合金提供新的设计思路。本工作利用摩擦试验机、SEM和XPS等手段研究了微量Si元素添加对NbMoZrV难熔高熵合金室温摩擦学性能的影响规律,分析了不同硅化物的析出形态对合金磨损机理的影响。结果表明:适量Si元素添加时,NbMoZrVSi_(0.1)难熔高熵合金的bcc基体晶界处会均匀析出由Zr-Zr3Si相组成的共晶组织结构,该共晶组织会显著提高合金的硬度和耐磨性。不同于NbMoZrV、NbMoZrVSi_(0.05)和NbMoZrVSi_(0.2)合金波动较大的摩擦学行为,在不同加载力下,含有共晶组织结构的NbMoZrVSi_(0.1)难熔高熵合金在室温滑动干摩擦实验中表现出了稳定的摩擦系数和磨损率。磨损机理分析表明,Zr-Zr3Si共晶组织的形成会抑制NbMoZrVSi_(0.1)难熔高熵合金在摩擦过程中的裂纹萌生扩展以及脆性剥落,并促进随后均匀氧化的发生,使得其仅表现出轻微磨粒磨损的特征,从而使其耐磨性得到显著提升。

关键词：难熔高熵合金共晶组织耐磨性磨粒磨损

Co_(x)B_(y)合金力学性能、热学性质及电子性质的第一性原理研究

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材料工程 2024年第4期52卷 192-199页

作者：金格吴尉李姗玲陈璐史俊勤贺一轩范晓丽西北工业大学材料学院先进润滑与密封材料研究中心西安710049 凝固技术国家重点实验室西安710072

Co_(x)B_(y)合金是一种具有高硬度和高熔点的材料,因其稳定的化学性质、高强度以及良好的热稳定性,在诸多领域具有广泛的应用前景。基于第一性原理方法研究了CoB,Co_2B,Co_3B,Co_(23)B_(6),Co_(5)B_(16)5种Co_(x)B_(y)合金的热力学性质... 详细信息

Co_(x)B_(y)合金是一种具有高硬度和高熔点的材料,因其稳定的化学性质、高强度以及良好的热稳定性,在诸多领域具有广泛的应用前景。基于第一性原理方法研究了CoB,Co_2B,Co_3B,Co_(23)B_(6),Co_(5)B_(16)5种Co_(x)B_(y)合金的热力学性质和电子性质。采用能量-应变方法计算了二元合金的弹性常数和相关力学特性,基于准简谐德拜模型计算了有限温度内的德拜温度ΘD和热膨胀系数α等热力学特性。通过对二元合金的力学参数比较,发现CoB合金的综合力学性能在所研究的合金中是最好的;态密度图谱表明5种Co_(x)B_(y)合金均具有较好的金属性和良好的导电性,在电极材料领域有一定的应用潜力,且在Co_3B和Co_(23)B_(6)合金中,Co原子的d电子轨道和B原子的p电子轨道间产生了共振峰,说明Co—B间有显著的化学键特征。本研究补充了Co_(x)B_(y)二元合金热力学性能参数的空缺,为Co基或Co—B二元合金材料的设计和应用提供了理论参考。

关键词： Co_(x)B_(y)合金热力学性质电子性质第一原理计算

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碳化硅纳米抛光亚表面损伤机理的分子动力学模拟

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机械工程学报 2024年第5期60卷 231-240页

作者：华东鹏周青王婉李硕王志军王海丰西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072 西北工业大学先进润滑与密封材料研究中心西安710072

碳化硅(SiC)在表面微纳加工过程中损伤机理的研究不足限制了SiC的加工表面质量及应用,因此了解不同抛光参数下SiC的损伤机理对提高SiC的纳米加工表面质量具有重要意义。采用分子动力学模拟研究了单晶SiC在纳米抛光过程中的亚表面损伤机... 详细信息

碳化硅(SiC)在表面微纳加工过程中损伤机理的研究不足限制了SiC的加工表面质量及应用,因此了解不同抛光参数下SiC的损伤机理对提高SiC的纳米加工表面质量具有重要意义。采用分子动力学模拟研究了单晶SiC在纳米抛光过程中的亚表面损伤机理,并考虑了抛光速度和抛光深度的影响。结果表明,随着抛光深度的增加,SiC的去除机制逐渐由以黏附和犁沟机制为主转变为以切削机制为主。微裂纹通过滑移面层间Si-Si键的断裂形成于滑移带尖端。此外,抛光深度越大,工件吸收动能的效率越高,从而导致抛光速度对工件温度和力学性能的影响越显著。因此较小的抛光深度和较大的抛光速度可以获得更好的表面加工质量。这些结果为解释SiC纳米抛光实验中的变形损伤机理提供了新的见解,可以指导设计纳米抛光工艺以获得更好的SiC表面质量。

关键词：碳化硅纳米抛光微裂纹亚表面损伤分子动力学模拟

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Al-Cr-Nb-Ti-Zr共晶难熔高熵合金高温摩擦磨损性能研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第5期44卷 609-621页

作者：胡明川杜银裴旭辉王瀚铭王海丰西北工业大学凝固技术国家重点实验室先进润滑与密封材料研究中心陕西西安710072

通过非自耗真空电弧熔炼制备了Al_(15+x)Cr_(20)Nb_(15)Ti_(40-x)Zr_(10)(x=0、13)共晶难熔高熵合金,并探究了Al和Ti元素含量变化对Al_(15+x)Cr_(20)Nb_(15)Ti_(40-x)Zr_(10)共晶难熔高熵合金相结构、微观组织、显微硬度与高温摩擦性能的影响规律.结果表明:2种合金相结构相同,均由富含Nb和Ti的B2相与富含Cr和Zr的C14 Laves相组成;但随着Al含量的增大,合金铸态组织发生了从亚共晶(初生B2相+B2/Laves相共晶相,x=0)到共晶(B2/Laves相共晶相,x=13)的转变,同时伴随着合金显微硬度的提高,并且在宽温域下的摩擦性能有所改善.随着摩擦试验温度的升高,2种合金的磨损机制均从磨粒磨损逐渐转变为以氧化磨损为主,且磨损率均呈现出逐渐降低的趋势.不同温度下摩擦试验发现完全共晶合金Al28Cr20Nb15Ti27Zr10表现出更好的耐磨性,这是由于完全共晶合金更高的硬度以及在高温下的氧化摩擦层含有更大比例的Al2O3,从而摩擦层更为致密.

关键词：共晶难熔高熵合金共晶组织显微硬度摩擦性能磨损机制

NbMoWTa-Al_(2)O_(3)固体润滑复合材料的宽温域摩擦磨损性能

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中国有色金属学报 2024年第1期34卷 111-124页

作者：裴旭辉杜银王瀚铭胡明川王海丰西北工业大学凝固技术国家重点实验室先进润滑与密封材料研究中心西安710072

通过高能球磨和放电等离子烧结方法制备了新型NbMoWTa难熔高熵合金基固体润滑复合材料。系统研究了纳米Al_(2)O_(3)作为固体润滑剂对NbMoWTa难熔高熵合金宽温域摩擦学性能的影响。结果表明:纳米Al_(2)O_(3)颗粒在具有BCC结构的NbMoWTa... 详细信息

通过高能球磨和放电等离子烧结方法制备了新型NbMoWTa难熔高熵合金基固体润滑复合材料。系统研究了纳米Al_(2)O_(3)作为固体润滑剂对NbMoWTa难熔高熵合金宽温域摩擦学性能的影响。结果表明:纳米Al_(2)O_(3)颗粒在具有BCC结构的NbMoWTa难熔高熵合金基体相晶界和晶内均匀分散,强烈的弥散强化显著提升了NbMoWTa的显微硬度。纳米Al_(2)O_(3)颗粒在室温至800℃范围内降低摩擦因数和磨损方面有显著作用。室温下,由于复合材料的显微硬度显著提升,添加足量的纳米Al_(2)O_(3)实现了复合材料耐磨性的提升。在中高温下,复合材料表面形成的连续致密氧化摩擦层对提升摩擦学性能起着关键作用。纳米Al_(2)O_(3)颗粒协助氧化摩擦层承载更大的载荷,提高其致密性及稳定性,从而更有效地保护基体。此外,在800℃下纳米Al_(2)O_(3)颗粒的存在能够抑制MoO_(3)的过度挥发。

关键词：难熔高熵合金固体润滑复合材料氧化摩擦层纳米Al_(2)O_(3)

CoB合金力学性能、热学性质及电子性质的第一性原理研究

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材料工程 2024年 192-199页

作者：金格吴尉李姗玲陈璐史俊勤贺一轩范晓丽西北工业大学材料学院先进润滑与密封材料研究中心凝固技术国家重点实验室

CoxBy合金是一种具有高硬度和高熔点的材料，因其稳定的化学性质、高强度以及良好的热稳定性，在诸多领域具有广泛的应用前景。基于第一性原理方法研究了CoB,Co2B,Co3B,Co23B6,Co5B165种CoxBy合金的热力学性质和电子性质。采用能量-应... 详细信息

CoxBy合金是一种具有高硬度和高熔点的材料，因其稳定的化学性质、高强度以及良好的热稳定性，在诸多领域具有广泛的应用前景。基于第一性原理方法研究了CoB,Co2B,Co3B,Co23B6,Co5B165种CoxBy合金的热力学性质和电子性质。采用能量-应变方法计算了二元合金的弹性常数和相关力学特性，基于准简谐德拜模型计算了有限温度内的德拜温度ΘD和热膨胀系数α等热力学特性。通过对二元合金的力学参数比较，发现CoB合金的综合力学性能在所研究的合金中是最好的；态密度图谱表明5种CoxBy合金均具有较好的金属性和良好的导电性，在电极材料领域有一定的应用潜力，且在Co3B和Co23B6合金中，Co原子的d电子轨道和B原子的p电子轨道间产生了共振峰，说明Co—B间有显著的化学键特征。本研究补充了CoxBy二元合金热力学性能参数的空缺，为Co基或Co—B二元合金材料的设计和应用提供了理论参考。

关键词： Co B 合金热力学性质电子性质第一原理计算

DDP功能化UiO-66纳米颗粒的制备及其作为润滑油纳米添加剂的摩擦学性能研究

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摩擦学学报 2024年

作者：罗浩文李番番吴韦李旭光钱勇张梦晨刘建喜西北工业大学深圳研究院西北工业大学材料学院凝固技术国家重点实验室先进润滑与密封材料研究中心国营四达机械制造公司

金属有机框架(Metal-organic frameworks， MOFs)材料具有良好的机械性能、可设计的组成结构以及可调的表面物化性质，在润滑油纳米添加剂方面表现出潜在的应用前景，然而，MOFs纳米颗粒与基础油之间差的相容性限制了其进一步的发展。... 详细信息

金属有机框架(Metal-organic frameworks， MOFs)材料具有良好的机械性能、可设计的组成结构以及可调的表面物化性质，在润滑油纳米添加剂方面表现出潜在的应用前景，然而，MOFs纳米颗粒与基础油之间差的相容性限制了其进一步的发展。本文中选择具有良好化学、机械和热稳定性的UiO-66纳米颗粒作为润滑油添加剂，并通过将3种不同分子链长和结构的二烷基二硫代磷酸(DDP)分子在UiO-66上进行组装。借助透射电子显微镜、X-射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、激光动态光散射和高频摩擦磨损试验机对DDP修饰前后UiO-66的微观形貌、物相组成、化学结构、粒径分布和摩擦学性能进行了研究，发现DDP分子可以通过配位相互作用组装在UiO-66纳米颗粒表面而不会破坏初始MOFs的形状尺寸和结晶性，DDP的修饰有效改善了UiO-66纳米颗粒在溶剂以及基础油中的分散稳定性，进一步将其作为润滑油纳米添加剂，可表现出良好的减摩抗磨性能，并能有效提高基础油的抗载能力以及综合摩擦学性能。最后，通过X-射线光电子能谱仪对其摩擦机理进行了研究，结果表明：DDP分子修饰的UiO-66纳米颗粒通过DDP在摩擦副表面形成了摩擦反应膜以及Zr-MOFs的“滚珠轴承”效应，有效减少了摩擦副表面的摩擦磨损。

关键词： MOFs UiO-66 表面修饰润滑油添加剂摩擦学性能

2D-SiC_(f)/SiC复合材料层间Ⅰ型断裂试验及表征

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无机材料学报 2024年第1期39卷 45-50页

作者：师维刚张超李玫王晶张程煜西北工业大学材料学院NPU-SAS联合研究中心西安710072 西北工业大学极端力学研究院西安710072 西北工业大学材料学院西安710072 西安科技大学理学院力学系西安710600

二维编织碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(2D-SiC_(f)/SiC)在航空领域中得到广泛使用,然而该材料层间强度低,使其易萌生层间裂纹,引起分层破坏。为此,本工作采用楔形双悬臂梁法(W-DCB)和悬臂梁法(DCB)开展了层间Ⅰ型断裂试验,获得了2D-SiC... 详细信息

二维编织碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(2D-SiC_(f)/SiC)在航空领域中得到广泛使用,然而该材料层间强度低,使其易萌生层间裂纹,引起分层破坏。为此,本工作采用楔形双悬臂梁法(W-DCB)和悬臂梁法(DCB)开展了层间Ⅰ型断裂试验,获得了2D-SiC_(f)/SiC的层间裂纹驱动的加载数据,得到了其裂纹端口张开力及张开位移变形曲线。在试验加载过程,通过光学显微镜监测了视觉裂纹扩展过程,探究了2D-SiC_(f)/SiC的层间I型裂纹扩展规律。结合理论分析和裂纹视觉特征解释了加载曲线拐点及其他特征点的断裂力学含义。利用扫描电子显微镜分析了2D-SiC_(f)/SiC的层间断面特征,揭示了断面分层裂纹扩展机制。结果表明:W-DCB方法测量的2D-SiC_(f)/SiC层间Ⅰ型初始能量释放率与DCB方法等效;2D-SiC_(f)/SiC层间Ⅰ型断裂过程中,裂纹端口变形曲线的多峰性不符合经典线弹性断裂力学预测的加载峰后特征,反映了2D-SiC_(f)/SiC层间约束关系的复杂性;层间断面为结构性非完全损伤,发生了局部纤维桥连现象。

关键词： 2D-SiC_(f)/SiC复合材料层间Ⅰ型断裂表征分析纤维桥连

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计算材料学在摩擦学课程教学中的改革与实践

大学 2024年第14期 133-136页

作者：周青华东鹏王海丰西北工业大学材料学院西北工业大学先进润滑与密封材料研究中心

摩擦学专业人才培养是发展高端特种装备的重要抓手，摩擦学课程教学是摩擦学专业研究生培养体系中的关键环节。摩擦学作为一门涉及物理、化学、材料等多学科交叉的综合学科，仅通过传统照本宣科的教学方法很难实现摩擦学专业人才培养的... 详细信息

摩擦学专业人才培养是发展高端特种装备的重要抓手，摩擦学课程教学是摩擦学专业研究生培养体系中的关键环节。摩擦学作为一门涉及物理、化学、材料等多学科交叉的综合学科，仅通过传统照本宣科的教学方法很难实现摩擦学专业人才培养的目的。本研究通过将计算材料学应用到摩擦学课程教学中，结合课程特点和研究生具体方向，以研究生科研能力培养为导向，优化教学内容，构建“三位一体”的教学模式，建立新型的多元化课程考核体系，极大增强了学生的创新意识与学习兴趣，提升了学生的综合素养。

关键词：摩擦学计算材料学教学改革研究生培养