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2024年 29卷 5期
出版日期：2024-10-15
工艺技术
理论研究
综合评述
综合评述
341
陶瓷材料表面织构减摩抗磨性能的研究进展
张杰, 张巍
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024054
表面织构是陶瓷材料有效的减摩抗磨手段,能够降低陶瓷在滑动时的摩擦因数以及减少因磨损带来的损耗。本文从陶瓷表面织构的制备、类型、几何参数以及摩擦学机理出发,对其进行综合评述。首先,介绍陶瓷材料表面织构主要的制备方法(激光加工、反应离子刻蚀)。其次,讨论表面织构的类型(凸体、凹坑、凹槽、仿生织构等)以及几何参数(宽度、深度、面积占比等)对陶瓷摩擦学性能的影响。随后,分析表面织构在干滑动以及润滑条件下的摩擦学机理。在干滑动条件下,表面织构能困住磨屑以及减小陶瓷与对磨体的接触面积;在润滑条件下,表面织构能改善陶瓷在滑动时的流体动压和润湿性,这均能提升陶瓷的摩擦学性能。最后,总结与展望陶瓷表面织构目前面临的难题以及未来的研究方向。
2024 Vol. 29 (5): 341-352 [
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353
金属材料表面超疏水涂层研究进展
杨欢, 周张燕, 马北越
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024065
金属材料普遍存在腐蚀现象,这限制了金属资源的综合利用。近年来,受到自然界超浸润现象的启示,超疏水涂层作为一种新型金属防护手段,已得到广泛应用。本文对超疏水表面的基础理论进行阐述,重点综述镁合金、铝合金、碳钢、钛合金表面超疏水涂层近期的发展状况,以期为开发新型功能材料,推动相关技术进步,促进多领域的交叉应用提供参考和指导。
2024 Vol. 29 (5): 353-361 [
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理论研究
362
316L不锈钢表面激光熔覆Ni60合金涂层几何尺寸预测及组织性能分析
刘丽兰, 杨帆, 李思聪, 汪甡, 王甲一, 吴子英
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024064
通过分析激光熔覆过程中金属颗粒、基体与激光束之间的相互作用,建立单层单道涂层几何尺寸理论预测模型。基于316L不锈钢表面激光熔覆Ni60合金涂层的实验结果,采用多元回归分析拟合出修正系数与工艺参数的回归方程,在理论预测模型的基础上引入修正系数,获得单层单道涂层几何尺寸修正预测模型,并在激光功率、扫描速度和送粉速率分别为1 750 W、3.5 mm/s和0.099 g/s的条件下进行验证实验。结果表明：熔宽、熔高和熔深的修正预测值与实验值的平均相对误差分别为0.85%、2.47%和6.05%,修正预测模型的预测精度较理论预测模型明显提高。激光熔覆验证实验表明修正预测模型具有可行性。Ni60合金涂层富含硬质相,其硬度可达316L不锈钢基体的3.4倍,磨损率约为基体的50%,强化效果显著。
2024 Vol. 29 (5): 362-372 [
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工艺技术
373
化学气相沉积SiC涂层的制备及水热腐蚀行为
毛健, 陈招科, 徐振男, 熊翔
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024034
采用化学气相沉积法在高纯石墨块上制备SiC涂层,并进行水热腐蚀实验,研究化学气相沉积工艺、涂层形貌结构与涂层水热腐蚀行为的关系。结果表明：随稀释氢气流量增大,涂层平均晶粒尺寸减小,涂层出现游离Si的可能性增大,其耐水热腐蚀性能逐渐降低;随沉积温度从1 000 ℃升高至1 300 ℃,涂层结晶度和平均晶粒尺寸都先增大后减小,在沉积温度为1 200 ℃时获得最大值,水热腐蚀后涂层结构和晶粒形貌保持完好;随三氯甲基硅烷水浴温度升高,涂层的平均晶粒尺寸增大,50 ℃水浴温度下制备的涂层结晶度最差且被腐蚀得最严重。
2024 Vol. 29 (5): 373-383 [
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384
对偶材料对铜-石墨复合材料载流摩擦磨损性能的影响
吴海红, 王能慧, 张礼松, 叶佳钰, 王传锋, 涂有旺, 康潇
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024063
为探究铜-石墨复合材料在不同对偶材料下的载流摩擦磨损性能及相关机理,采用加压烧结法制备2种不同石墨含量的铜-石墨复合材料,并选用T2紫铜、QCr0.8铜锆合金和镀硬金的紫铜作为对偶材料进行载流摩擦磨损实验。通过扫描电镜、纳米压痕仪、表面轮廓仪和销盘摩擦磨损试验仪,对材料的微观结构、硬度和载流摩擦磨损性能进行研究。结果表明：与3种对偶材料对磨,铜-石墨材料的摩擦因数均在0.4~0.5之间,磨损率在10
-13
m
3
/(N·m)数量级,平均电压降在0.7~1.4 V之间,平均电噪声在0.2~0.7 mV之间。其中,QCr0.8铜锆合金作为对偶材料时,铜-石墨复合材料的载流摩擦磨损性能最佳,表现出最低的磨损率、电压降和电噪声,此时材料的磨损机制主要为剥层磨损和少量磨粒磨损,表面形成了由Pb、石墨和少量氧化物组成的润滑膜。
2024 Vol. 29 (5): 384-395 [
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396
CNT的表面改性对Cu基复合材料力学和电学性能的影响
李一坤, 张一凡, 赵文敏, 刘柏雄, 张雪辉, 曾龙飞
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024060
提高碳纳米管(carbon nanotube, CNT)在Cu基体中的分散性以及两者的界面结合,可以有效改善碳纳米管增强Cu基(CNT/Cu)复合材料的性能。本文采用一步水热法在CNT表面原位生成碳化聚合物点(carbonized polymer dot, CPD),对CNT进行表面改性处理,再通过烧结法制备CNT@CPD/Cu复合材料,对复合材料的力学和电学性能进行测试。结果表明：经酸化处理的CNT
1
表面改性处理后,其结构破坏严重,增强效果减弱。未经酸化处理的CNT
2
表面改性处理后,CPD负载于CNT
2
上,不仅保留了CNT的结构完整性,还能显著改善其在基体中的分散性,增强与Cu的结合。此外,CPD和CNT的加入可有效细化Cu晶体,抑制位错运动;CPD和CNT与Cu基体间的“铆钉”界面结合,不仅能降低电子散射效应,还能为电子转移提供额外的通道,从而提升复合材料的电学性能。CNT
2
@CPD/Cu复合材料的极限抗拉强度相较纯Cu提高了28.9%,电导率为95.9%IACS。该研究结果为开发新型高强高导Cu基复合材料提供了新思路。
2024 Vol. 29 (5): 396-402 [
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403
近零膨胀SiC基复合材料的制备与性能
刘清华, 孙威, 湛紫章, 申雨竹, 张红波, 熊翔
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024037
为了减小SiC基复合材料的热膨胀系数,本文将正热膨胀材料SiC与负热膨胀材料β-锂霞石进行复合,制备出一种近零膨胀的SiC基复合材料,并系统研究β-锂霞石含量对材料孔隙率、微观结构、热性能和力学性能的影响。结果表明：随β-锂霞石含量增加,材料孔隙率降低,闭孔率增加,孔隙由不规则形状逐渐转变为球形。在孔隙率和β-锂霞石相的双重作用下,材料热膨胀系数减小。当β-锂霞石的质量分数从20%增加至50%时,材料在30~1 200 ℃的平均热膨胀系数从2.30×10
-6
K
-1
减小至-0.80×10
-6
K
-1
,孔隙率从36.9%降低至12.9%,导热系数从6.31 W/(m∙K)增大至8.85 W/(m∙K),抗压强度从176.3 MPa提高至375.6 MPa。
2024 Vol. 29 (5): 403-410 [
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411
Ti-5Al-3Mo-3Cr-1Zr-0.1Si合金的形变再结晶行为及晶粒尺寸模型
李超, 樊凯, 朱雪峰, 詹孝冬, 朱鸿昌
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024062
本文对Ti-5Al-3Mo-3Cr-1Zr-0.1Si合金进行两相区变形和单相区退火,研究变形温度、变形程度以及变形-退火衔接方式对合金静态再结晶行为的影响,并建立变形温度和退火后β晶粒尺寸的相关性模型。结果表明：低变形温度有利于细化β再结晶晶粒。这归因于低变形温度下,α相含量增加,增大了β基体的变形储能,促进了β相的再结晶形核。退火后Ti-5Al-3Mo-3Cr-1Zr-0.1Si合金β相的平均晶粒尺寸随变形程度增大而减小,当变形程度超过40%后,β晶粒平均尺寸逐渐趋于稳定,约为136 μm。变形后的冷却速率也会影响合金退火后的晶粒尺寸,冷速越快,β晶粒尺寸越大。当合金在预变形后不经冷却直接升温至单相区进行退火时,β晶粒得到均匀细化。
2024 Vol. 29 (5): 411-422 [
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