【摘要】：水液壓技術(shù)是指以海水或淡水為介質(zhì)的液壓傳動(dòng)技術(shù),具有無污染、環(huán)境友好、安全和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn),是一種典型的“綠色生產(chǎn)技術(shù)”。然而,相比于油壓技術(shù)來說,水介質(zhì)具有粘度低、潤滑性差和汽化壓力高等特點(diǎn),嚴(yán)重影響了水液壓元件摩擦副的性能和壽命,給水液壓技術(shù)的研究與應(yīng)用帶來了非常大的困難。因此,制約水液壓技術(shù)發(fā)展最關(guān)鍵的瓶頸是水液壓元件中摩擦副的摩擦磨損問題。耐蝕合金是水液壓元件中最常用的摩擦副材料。傳統(tǒng)耐蝕合金通過鍛造或鑄造的工藝制備,但是采用鍛造制備的耐蝕合金一般來說摩擦學(xué)性能并不理想,而采用鑄造制備的耐蝕金屬存在可加工性差、尺寸精度差、表面粗糙、縮孔和砂眼等缺點(diǎn)。相比而言,經(jīng)粉末冶金技術(shù)制造的耐蝕金屬具有良好的金屬特性和摩擦學(xué)性能。同時(shí),隨著納米技術(shù)在摩擦學(xué)領(lǐng)域的迅速發(fā)展,在潤滑油中添加納米顆粒的納米粒子減摩技術(shù)得到了廣泛的研究,該技術(shù)可明顯提高潤滑油的減摩抗磨能力。本文結(jié)合粉末冶金技術(shù)和納米粒子減摩技術(shù),提出了一種具有自潤滑特性的滲納米金剛石懸浮液的粉末冶金復(fù)合材料(以下簡稱復(fù)合材料),并對該復(fù)合材料的滲流機(jī)理、懸浮液的釋放機(jī)理、滾動(dòng)摩擦機(jī)理和水介質(zhì)環(huán)境下的摩擦學(xué)性能等問題進(jìn)行了深入研究。論文的具體研究內(nèi)容如下:首先,基于懸浮液流動(dòng)特性、過濾特性和材料屬性,建立了復(fù)合材料滲流機(jī)理數(shù)學(xué)模型,并搭建了復(fù)合材料滲流機(jī)理研究試驗(yàn)臺(tái),驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的正確性,進(jìn)而揭示了懸浮液在粉末冶金孔隙中的流動(dòng)規(guī)律;在此基礎(chǔ)上,分析了納米金剛石顆粒入口濃度、粉末冶金孔隙率、入口壓力、濃度分布和滲流時(shí)間等參數(shù)之間的耦合關(guān)系,從而提出了復(fù)合材料中納米金剛石顆粒含量及滲流時(shí)間優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,進(jìn)而確定了懸浮液滲入粉末冶金的工藝,并以316L粉末冶金為基體制備了不同孔隙率和入口濃度的復(fù)合材料,為后續(xù)復(fù)合材料的性能研究奠定了基礎(chǔ)。其次,研究了懸浮液在摩擦磨損過程中的釋放機(jī)理,包括熱膨脹效應(yīng)和泵吸效應(yīng)�；跓醾鲗�(dǎo)方程,進(jìn)行了有限元仿真,獲得了復(fù)合材料的溫度場,并將此溫度場進(jìn)行離散化,根據(jù)體積膨脹公式計(jì)算了懸浮液的總膨脹體積;構(gòu)建了泵吸效應(yīng)釋放機(jī)理幾何模型,采用伯努利方程求出了壓力出口邊界條件,并進(jìn)行了計(jì)算流體力學(xué)仿真,研究了復(fù)合材料中水的分布云圖。通過對熱膨脹效應(yīng)和泵吸效應(yīng)釋放機(jī)理的分析,研究了懸浮液釋放體積與孔隙率、熱流密度、壓力和轉(zhuǎn)速等參數(shù)之間的關(guān)系。然后,基于復(fù)合材料中懸浮液的釋放機(jī)理,選擇合適的時(shí)間尺度和長度尺度,構(gòu)建了復(fù)合材料滾動(dòng)摩擦機(jī)理的分子動(dòng)力學(xué)模型,并采用多次下壓的方式使模型達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)模擬,分析了外載荷、顆粒直徑和壓痕深度、摩擦力、摩擦系數(shù)和接觸面積等參數(shù)之間的關(guān)系,進(jìn)而揭示了外載荷和顆粒直徑對復(fù)合材料滾動(dòng)摩擦學(xué)性能的影響。最后,在水介質(zhì)環(huán)境下,采用端面摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)將復(fù)合材料和碳纖維增強(qiáng)的聚醚醚酮(CFRPEEK)進(jìn)行了配對摩擦磨損試驗(yàn),并將其與316L不銹鋼、316L粉末冶金和含油316L粉末冶金等材料進(jìn)行對比,分析了摩擦系數(shù)、磨損率和表面形貌等關(guān)鍵摩擦學(xué)參數(shù),從而揭示了復(fù)合材料在水介質(zhì)環(huán)境下的摩擦磨損特性。隨后研究了納米金剛石顆粒濃度、孔隙率、外載荷和轉(zhuǎn)速等因素對CFRPEEK/復(fù)合材料摩擦學(xué)性能的影響,揭示了復(fù)合材料摩擦學(xué)性能對內(nèi)部因素和外部工況的敏感性,為后續(xù)復(fù)合材料在水液壓元件中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。本文將粉末冶金技術(shù)和納米粒子減摩技術(shù)綜合起來形成的復(fù)合材料具有較好的摩擦學(xué)性能,可應(yīng)用于對水介質(zhì)純度要求不高的場合(少量懸浮液會(huì)滲入水介質(zhì)中),提高水液壓元件摩擦副的工作性能及其使用壽命,在一定程度上可促進(jìn)水液壓元件的發(fā)展,具有重要的研究意義和廣闊的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33
【圖文】：

受到了廣大學(xué)者的青睞。而粉末冶金技用，因此，本文針對現(xiàn)有的水液壓元件摩粒子減摩技術(shù)，制備了一種具有自潤滑特分析的方法來探究該復(fù)合材料在水介質(zhì)環(huán)用于水液壓元件中，面臨以下關(guān)鍵技術(shù)問末冶金孔隙中的滲流機(jī)理研究程中，將含納米金剛石顆粒的懸浮液充分系到摩擦副材料的摩擦學(xué)性能和使用壽命性能有一定的要求，粉末冶金的孔隙較小將懸浮液滲入粉末冶金的孔隙中。目前，但并不完全適用于本文所制備的復(fù)合材料正現(xiàn)有的顆粒遷移-沉積模型，研究懸浮最佳滲流參數(shù)，進(jìn)而制備出復(fù)合材料。浮液釋放機(jī)理研究

（a）機(jī)械攪拌 （b）制備前后的懸浮液圖 2.3 懸浮液的制備料滲流制備裝置料滲流制備裝置原理如圖 2.4（a）所示，該裝置由壓力加載系統(tǒng)系統(tǒng)組成。壓力加載系統(tǒng)為復(fù)合材料滲流制備裝置的動(dòng)力源，用滲流系統(tǒng)用于裝載和固定粉末冶金，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)對滲流過流速度）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，其實(shí)物圖見圖 2.4（b）。集卡241567911812壓力加載系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3x

【參考文獻(xiàn)】

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1 錢杭君;劉子利;劉希琴;陶杰;張浩瀚;鄒德華;;燒結(jié)工藝對CuSn10含油軸承組織與性能的影響[J];粉末冶金工業(yè);2015年03期

2 楊華勇;周華;;水液壓技術(shù)研究新進(jìn)展[J];液壓與氣動(dòng);2013年02期

3 何玉林;邊占喜;;表面修飾碳酸稀土納米化合物潤滑油添加劑的制備及性能研究[J];化學(xué)試劑;2011年10期

4 黃紅;王偉;劉q;;添加納米金剛石潤滑油的摩擦學(xué)性能試驗(yàn)研究[J];合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年02期

5 賈成廠;;燒結(jié)金屬含油軸承[J];金屬世界;2011年01期

6 馬榮;石建省;張翼龍;;對流-彌散方程顯式差分法穩(wěn)定性分析方法的初探[J];水資源與水工程學(xué)報(bào);2010年01期

7 高誠輝;黃健萌;林謝昭;唐旭晟;;盤式制動(dòng)器摩擦磨損熱動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展[J];中國工程機(jī)械學(xué)報(bào);2006年01期

8 楊建恒,張永振,邱明,杜三明;滑動(dòng)干摩擦的熱機(jī)理淺析[J];潤滑與密封;2005年05期

9 董凌,陳國需,李華峰,方建華;SiO_2/SnO_2復(fù)合納米微粒添加劑的摩擦學(xué)性能及其對磨損表面的修復(fù)作用研究[J];摩擦學(xué)學(xué)報(bào);2004年06期

10 李壯云;賀小峰;余祖耀;聶松林;;水液壓技術(shù)的發(fā)展、機(jī)遇與展望[J];流體傳動(dòng)與控制;2003年01期

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本文編號(hào)：2721673