【摘要】：新型輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料對(duì)發(fā)展國防技術(shù)裝備等領(lǐng)域具有重要意義。鈦及其合金由于具有優(yōu)異的綜合性能,已在航天、航空、地質(zhì)等領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用并被列為重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象。隨著國防技術(shù)裝備的不斷發(fā)展,對(duì)鈦及其合金在復(fù)雜多變工作環(huán)境中的適應(yīng)性要求更加苛刻。本論文針對(duì)鈦抗磨性差、易黏著等特點(diǎn),從鈦表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā),針對(duì)磨料、海水等傳統(tǒng)表面涂層和潤滑油無法起作用的工作環(huán)境,研究織構(gòu)化鈦復(fù)合強(qiáng)化表面的摩擦學(xué)行為和機(jī)理,以期研究結(jié)果能夠?yàn)殁伇砻鏈p摩抗磨設(shè)計(jì)提供新的思路。本論文選取工業(yè)純鈦TA2為研究對(duì)象,采用激光加工技術(shù)在鈦表面制備點(diǎn)陣微織構(gòu),并配合表面滲氮和類金剛石(DLC)膜鍍制技術(shù),形成復(fù)合強(qiáng)化表面結(jié)構(gòu),研究其在磨料和海水條件下的摩擦學(xué)行為,采用數(shù)學(xué)模型和正交實(shí)驗(yàn)法研究微織構(gòu)參數(shù)對(duì)減摩抗磨性能的影響機(jī)制。獲得的結(jié)論及成果如下:(1)闡述了鈦表面點(diǎn)陣微織構(gòu)在磨料和海水條件下的摩擦磨損機(jī)理。研究表明,當(dāng)磨料粒度小于點(diǎn)陣直徑時(shí),織構(gòu)化鈦表面能夠獲得更好的減摩和抗磨性能,而且點(diǎn)陣密度對(duì)減摩抗磨性能的影響大于點(diǎn)陣直徑和點(diǎn)陣深度;此外,鈦表面的微織構(gòu)受到海水的腐蝕和對(duì)磨副的破壞,迅速發(fā)生磨損,削弱了其減摩耐磨的效果。(2)闡述了鈦表面滲氮微織構(gòu)在磨料和海水條件下的摩擦磨損機(jī)理。在磨料條件下,滲氮微織構(gòu)表面的點(diǎn)陣密度對(duì)減摩抗磨性能的影響程度大于點(diǎn)陣直徑和點(diǎn)陣深度,而海水條件下滲氮微織構(gòu)表面的抗磨性與滑動(dòng)方向上微織構(gòu)的總體積有關(guān),在本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的點(diǎn)陣參數(shù)條件下,計(jì)算所得總體積越大,抗磨性越好。(3)闡述了鈦表面DLC復(fù)合微織構(gòu)在磨料和海水條件下的摩擦磨損機(jī)理。在磨料條件下,DLC復(fù)合微織構(gòu)先從點(diǎn)陣邊緣開始破壞,故單位面積上點(diǎn)陣邊緣密度越大,DLC復(fù)合微織構(gòu)鈦的抗磨性越差;而在海水條件下,DLC復(fù)合微織構(gòu)能夠維持摩擦副往復(fù)運(yùn)動(dòng)的前750個(gè)周期,隨后被磨損掉。
【圖文】：

例如：人類探索外太空的腳步一直沒有停止，我國從探月工程一期到三期的布局，逐步實(shí)現(xiàn)飛船從繞月飛行到月球表面著陸的系列化方案，這要求我們必須掌握飛船對(duì)月表面工作環(huán)境的適應(yīng)性，特別是解決月壤磨料環(huán)境下鈦質(zhì)結(jié)構(gòu)材料如何更好生存的問題另外，美國在“下一代空中主宰”項(xiàng)目中提出的第六代戰(zhàn)機(jī)，要求具有持久性、生力、毀傷性、連通性、互操作和經(jīng)濟(jì)可承受性等關(guān)鍵能力，還要求飛機(jī)不再糾結(jié)代際劃分轉(zhuǎn)向使用“穿透性制空”，能夠跨空、天、網(wǎng)、電，并能適應(yīng)地面/水面等多種復(fù)雜環(huán)境研究飛機(jī)上鈦質(zhì)結(jié)構(gòu)件在磨料/海水的交變環(huán)境下的耐磨持久性意義重大。此外，隨著地球科學(xué)研究空間不斷拓展，并已逐漸形成“上天、入地、下海、登極完整的研究體系，特別是針對(duì)超過 10000 米的深部地質(zhì)鉆探，必須使用輕質(zhì)材料的鉆桿而目前國內(nèi)使用最多的是鋁合金鉆桿，鈦的性能要明顯優(yōu)于鋁，但對(duì)于鈦質(zhì)鉆桿在地層二氧化硅磨料或地下水作用下的強(qiáng)度和耐磨性的掌握還不夠，需要加快步伐進(jìn)行研究。

點(diǎn)所需的力增大，表現(xiàn)為摩擦系數(shù)的增大；同時(shí)，磨料從的損失，表現(xiàn)為磨損量的增大。而在海水條件下，海水粘學(xué)性能差的主要原因，具體為粘度低導(dǎo)致摩擦副之間難以形成良好的邊界潤滑膜，因而很容易造成摩擦副表面處腐蝕性強(qiáng)會(huì)引起材料及涂層或粘結(jié)層中特定相得選擇性析電化學(xué)腐蝕，進(jìn)而大大加速了磨損的進(jìn)程和速度。零件表面的摩擦磨損性能的方法主要有兩種，，一是在摩擦表面鍍制減摩耐磨涂層。但在磨料或海水條件下工作的摩層都無法抵抗磨料或海水的破壞，進(jìn)而從摩擦副表面脫離無法施展，這促使我們從機(jī)械本體的設(shè)計(jì)來考慮減摩抗磨鈦合金用量穩(wěn)步增長的現(xiàn)狀，磨料和海水條件下裝備的失特別是對(duì)于不斷崛起的鈦來說，尋找磨料和海水條件下鈦行。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG665;TG146.23

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王群;屈幫榮;唐w線

本文編號(hào)：2665295