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关键词： 激光熔覆   原位合成   镍基复合涂层   超声辅助   摩擦磨损性能  

摘要： 随着钻探深度的增加,铝合金钻杆由于其低密度、轻自重和高比强度的特点,在超深井和水平井等领域逐渐取代了传统的钢制钻杆。然而,与钢制钻杆相比,铝合金钻杆存在硬度和耐磨性不足的问题。为了解决这一问题,研究人员决定采用激光熔覆技术来进行铝合金零部件的表面改性。特别是通过添加陶瓷颗粒SiC来增强Ni基复合涂层,可以显著提高铝合金零部件的硬度和耐磨性。 本文在7075铝合金表面利用激光熔覆技术制备了SiC颗粒增强的金属基复合涂层,以解决铝合金钻杆在使用过程中存在的硬度和耐磨性不足问题。通过控制SiC的添加和优化熔覆工艺,实现了对熔覆层的组织和性能调控。研究发现,SiC质量分数对复合涂层的物相组成、组织结构、硬度和摩擦磨损性能有显著影响,且确定了SiC的最优理论含量。在此基础上,观察了添加等质量分数的CrC和碳粉（C）在Ni基复合涂层中原位合成SiC增强相的形状和分布特征。分析了CrC和C原位生成SiC增强相对复合涂层的组织、硬度、热疲劳性能和摩擦磨损性能的影响。剖析了复合涂层在热疲劳实验过程中组织的演变,探索了热疲劳对复合涂层的微观组织结构、硬度和磨损性能的影响。另外,借助超声设备辅助优化激光熔覆金属陶瓷复合涂层工艺,研究了超声振幅对SiC-Al Si10Mg-Ni复合涂层的物相组成、宏观形貌、微观组织结构和摩擦磨损性能的影响。具体研究内容如下: （1）通过对比直接添加SiC（D-SiC）和原位合成SiC（I-SiC）对材料性能的影响,分析了SiC含量对复合材料物相组成、微观组织结构、硬度和摩擦磨损性能的影响,阐述了磨损机理。所有熔覆区主要由α-Al、AlNi、Al Ni、SiC、MC、MC（M=Fe,Cr）、AlSiC等物相组成。第二相的析出促使晶粒细化,其中,直接添加SiC（15 wt.%）的复合涂层组织较为细化,硬度较高。对比原位合成SiC的熔覆层,采用C粉原位合成的复合涂层表现出更为均匀细化的组织,而采用CrC原位合成SiC的方式则因Cr元素的偏析导致复合涂层中的局部区域晶粒生长不均匀;SiC的加入显著提高了Ni基复合材料的硬度,其中采用C粉原位合成的硬度最优;相比于具有优异磨损性能的D-SiC中（15 wt.%）的涂层,I-SiC的涂层中SiC以小尺寸颗粒（SSP）弥散分布于涂层中,使涂层呈现出了更为优异的摩擦磨损性能。 （2）分析了热疲劳实验后的D-SiC和I-SiC网格熔覆区的物相组成、微观组织结构、硬度以及摩擦磨损性能的演变。热疲劳实验后的主峰α-Al峰值降低;热疲劳后熔覆区组织明显粗化,并且逐渐析出细小弥散的碳化物颗粒;热疲劳后,虽然硬度有所下降,但熔覆区的硬度仍然远高于基体;热疲劳后,熔覆区磨损性能仍然优于基体。熔覆区的热疲劳后磨损机理主要是磨粒磨损、黏着磨损和较为明显的氧化磨损。 （3）超声振动促进了非晶相的形成,导致熔覆层的主衍射峰α-Al强度降低,与Fe Cr和Fe Si相关的衍射峰消失;在超声波的空化效应和声流效应共同作用下显微组织发生细化,当超声波振幅为50%时,Si在超声波的作用下弥散分布于熔覆区中,组织最致密;随着超声波振动振幅的增大,硬度出现先增大后减小的趋势,振幅在50%时硬度值达到最大;在细晶强化、弥散强化、固溶强化的作用下,有效增强了涂层的摩擦磨损性能。

关键词： 连杆   热锻模具   磨损深度   等效应力   正交试验   灰色关联分析  

摘要： 以某H13钢连杆模具为研究对象，基于田口方法与灰色关联分析，采用有限元模拟研究发动机连杆锻造过程中，锻造温度、模具预热温度、摩擦因数、模具硬度和锻压速度这5个工艺参数对模具的磨损深度及等效应力的影响规律，基于田口设计方法设计25组正交试验，并基于灰色关联分析法进行多目标关联性分析。结果表明，优化的工艺参数组合为：锻压速度为550 mm·s-1、锻造温度为1200℃、模具预热温度为225℃、摩擦因数为0.30、模具硬度为56 HRC。与初始工艺相比，最优工艺参数组合下的磨损深度改善了28.3%、等效应力改善了9.1%。最后，通过实际生产验证，主要磨损部位及应力集中区域状况与现场生产情况基本一致，验证了优化模型的可行性。

关键词： 尾传输出锥齿轮组件   轴承   相对转动   磨损   改进设计  

摘要： 本文针对某型直升机传动系统主减速器尾传输出锥齿轮组件轴承内环和齿轮轴由于相对转动导致的磨损问题，通过分析故障原因，确定失效原因为轴承所受压紧力不足。针对该故障，对尾传输出锥齿轮组件进行改进设计，通过增大轴颈过盈配合量及增加压紧装置，抑制轴承内环发生转动，解决轴承内环和轴颈磨损问题。经计算分析和试验验证表明，该尾传输出锥齿轮结构改进设计效果明显，方案切实可行，可为今后其他型号主减速器的研制和改进设计提供参考。

关键词： 铜基复合材料   粉末冶金   力学性能   摩擦磨损   磨损机制  

摘要： 铜-石墨烯复合材料（Cu-GNS复合材料）因其良好的导热性、导电性、耐腐蚀性和自润滑性能等优点,在航空航天、军工发展、电力运输等涉及载流摩擦的领域有着极大的应用前景。但因GNS自身易团聚、难分散问题,且与铜基体的亲和性差、界面结合不好等,限制了Cu-GNS复合材料力学性能、摩擦学性能的提升,制约了其在摩擦领域的可靠应用。在Cu-GNS复合材料中加入硬质陶瓷相,有望改善GNS的均匀分散,且利用多相协同作用,可以有效提升铜基复合材料的综合性能。 本文采用兼具陶瓷和金属特性的MoSi作为掺杂相增强Cu-GNS复合材料,研究了MoSi含量对复合材料微观结构、力学性能、导电率和摩擦学性能的影响,并详细分析了其作用机理。探究了放电等离子烧结工艺中的关键工艺参数烧结温度对Cu-MoSi-GNS复合材料显微结构、力学性能、电学性能及摩擦磨损性能等的影响。同时,系统性地研究了Cu-MoSi-GNS复合材料在多种条件下（常温摩擦、高温摩擦、载流摩擦）的摩擦学行为和损伤规律,探明机械摩擦、电弧、高温等影响因素的相互作用关系及其对材料性能的影响机制。得出的结论如下: （1）MoSi的加入对Cu-MoSi-GNS复合材料性能有显著影响,复合材料的硬度和抗拉强度随着MoSi含量的增加而提高,塑性和导电率随MoSi含量的增加而减小。当MoSi含量添加到5wt.%时,复合材料的摩擦学性能表现最优,具有较低的平均摩擦系数和磨损率。但随着MoSi的进一步增加,由于MoSi的团聚及弱结合的增加,平均摩擦系数和磨损率较高。随着MoSi含量的增加,磨损形式从以粘着磨损为主逐渐改变为磨粒磨损为主。 （2）在放电等离子烧结制备过程中,随着烧结温度的升高,Cu-5MoSi-GNS复合材料相对密度、维氏硬度和抗拉强度呈现先上升后下降的趋势。烧结温度对导电率的影响较小。当烧结温度为925℃时,Cu-5MoSi-GNS复合材料表现出了最优的摩擦学性能。烧结温度过高会导致复合材料内部Cu颗粒出现局部液化,液相铜的出现导致分布在Cu晶界的MoSi出现聚集,从而使复合材料内部缺陷增多,降低复合材料性能。 （3）在不同的摩擦磨损条件下（常温摩擦、高温摩擦、载流摩擦）,复合材料呈现出了不同的磨损机制。常温环境下的磨损机制以粘着磨损和磨粒磨损为主,而在高温环境下,摩擦表面的温度急剧升高,造成粘着磨损加剧,同时疲劳磨损造成的表面分层现象更加严重,导致磨损量增加。载流环境下的磨损机制不同于常温与高温的磨损机制,除了机械磨损外,出现了明显的电弧侵蚀现象,说明载流环境下的摩擦磨损形式是机械磨损和电弧侵蚀的耦合作用,会改变磨损表面的磨损状态,从而改变最终磨损性能。

关键词： 激光熔覆   CoCrNi中熵合金   因瓦合金   热疲劳性能  

摘要： 在紧急制动情况下,高速列车的制动盘由于快速的热循环容易发生热疲劳和开裂,这显著缩短了其使用寿命。采用激光仿生技术可以优化材料表面的微观结构,并通过形成软硬交替结构的涂层,显著提升材料表面的耐磨性和抗热疲劳性能,从而延长制动盘的使用寿命。涂层的效果取决于所用材料的特性,具有不同硬度的CoCrNi中熵合金（MEA）和因瓦合金以卓越的强塑性、高温性能和耐磨性,被认为是制备此类结构的理想材料。因此,本研究通过激光熔覆技术在低碳钢表面制备了一种新型的“软硬相间”CoCrNi-FeNi涂层。具体研究内容如下: （1）为探究激光熔覆中熵合金与因瓦合金涂层的成形方法,本研究采用正交试验设计方法,探究了工艺参数（激光功率、扫描速度和送粉速率）对熔覆层质量（稀释率、成形系数和显微硬度）的影响规律。以低稀释率,高成形系数与显微硬度为目标。通过极差分析法确定了最优工艺参数:因瓦合金的激光功率为1600 W,扫描速度为3 mm/s,送粉速率为9.2 mg/s;中熵合金的激光功率为1800 W,扫描速度为3mm/s,送粉速率为6.9 mg/s。参数优化有效控制了熔覆层的成形质量。 （2）对涂层的物相组成、微观形貌及硬度分布进行了分析,评估了其耐磨性能:CoCrNi-FeNi涂层主要由FCC固溶体相和MC（M=Fe,Cr）等物相构成,相比于中熵合金涂层和因瓦合金涂层,其组织更为细化;硬度呈现“软硬”交替的分布模式;与中熵合金涂层和因瓦合金涂层相比,CoCrNi-FeNi涂层的平均摩擦系数分别下降了21%和17%,磨损损失体积分别减少了79%和63%;磨损机制为包括黏着磨损、磨粒磨损以及氧化磨损在内的混合磨损机制。 （3）分析了CoCrNi-FeNi涂层的热疲劳性能,探讨了裂纹形核与扩展机制,对氧化膜进行了深入分析:CoCrNi-FeNi涂层在700°C、800°C及900°C的测试条件下,相比于因瓦合金涂层,热疲劳裂纹尺寸分别减少了77%、67%和55%;低延展性化合物导致界面粘合弱化并在热循环作用下促进了裂纹的扩展和微孔洞的形成,使高温下沿晶断裂成为优势路径;等轴晶区域的晶体取向差异和晶界对裂纹尖端位错的吸收能力显著抑制了热疲劳裂纹的扩展;中熵合金的多元素组成引起的晶格畸变有助于形成稳定的晶界结构,从而增强材料的抗裂性能;FeNi区与CoCrNi区之间的晶粒差异引起的应变梯度和网状结构边界的应力吸收机制,显著提高了涂层的抗裂能力;迟滞扩散效应使CoCrNi-FeNi涂层表面产生了致密且厚度适中的CrO氧化膜,在磨损初期作为润滑剂减少了涂层的磨损损失体积。