磨損失效是工業(yè)設(shè)備中橡膠部件的主要失效原因,作為一種極端復(fù)雜的現(xiàn)象,材料的磨損受到諸多因素的制約,它不僅取決于材料自身的特性,同時(shí)還受制于它所在的摩擦學(xué)系統(tǒng)(包括環(huán)境)中多方面因素的相互影響與相互作用。迄今為止,橡膠材料的摩擦磨損行為一直是摩擦學(xué)領(lǐng)域的研究重點(diǎn),而對(duì)其沖蝕磨損行為的研究卻難成體系,關(guān)于環(huán)境因素對(duì)橡膠材料自身耐沖蝕特性的影響更鮮有報(bào)道。本文以丁腈橡膠為研究對(duì)象,模擬海洋環(huán)境,利用試驗(yàn)手段,對(duì)其沖蝕磨損行為進(jìn)行了研究,旨在探討丁腈橡膠在該環(huán)境中的沖蝕磨損特性,了解其沖蝕磨損行為,揭示其沖蝕磨損機(jī)理,并試圖在此基礎(chǔ)上改進(jìn)配方以提高其耐沖蝕磨損性能。本文提出了試驗(yàn)用丁腈橡膠的基本配方,據(jù)此制備了三種不同丙烯腈含量的丁腈橡膠試件(N18、N26和N41)并對(duì)其本征性能進(jìn)行了表征。為了更真實(shí)地模擬海洋環(huán)境,設(shè)計(jì)并制造了針對(duì)橡膠材料的渣漿沖蝕磨損試驗(yàn)機(jī),該試驗(yàn)機(jī)能夠滿足試驗(yàn)所需工況,且具有沖擊速度可控、沖擊角度可調(diào)、噴嘴形狀可選、渣漿濃度可變等特性,在進(jìn)行試驗(yàn)之前利用重復(fù)性試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)機(jī)的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證。為了更好地闡述海水對(duì)丁腈橡膠性能的影響,選擇去離子水為參照物,對(duì)制備的三種丁腈橡膠試件在去離子水溶液中的溶脹行為和水漿沖擊條件下的沖蝕磨損行為進(jìn)行了試驗(yàn)研究,并分析了其在受到水漿沖擊時(shí)的溶脹和沖蝕機(jī)理。將這一部分試驗(yàn)作為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn),將其結(jié)果與丁腈橡膠試件在氯化鈉溶液中的沖蝕、溶脹結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,從而更直觀地說明海水對(duì)丁腈橡膠耐沖蝕性能的影響。用摩爾濃度為3.5%的氯化鈉溶液模擬海水,以石英砂為沖擊粒子,對(duì)丁腈橡膠試件進(jìn)行了溶脹和渣漿沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明氯化鈉溶液對(duì)丁腈橡膠試件物理性質(zhì)、表面成分、耐溶脹以及沖蝕性能存在一定影響,分析了氯化鈉溶液中的氯離子和鈉離子在丁腈橡膠內(nèi)部的擴(kuò)散行為,闡述了氯化鈉溶液影響丁腈橡膠耐溶脹與沖蝕性能的機(jī)理,并深入探討了溶脹和沖蝕間的相互作用。根據(jù)實(shí)際工況,選擇不同粒徑(20目、28目、35目、48目、65目、80目和100目)的粒子以不同的沖擊角度(15°、30°、45°、60°、75°和90°),在氯化鈉渣漿沖擊條件下,對(duì)丁腈橡膠試件進(jìn)行沖擊試驗(yàn),分別研究了沖擊粒子的粒徑與沖擊角度對(duì)丁腈橡膠試件沖蝕磨損特性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明沖擊粒子的粒徑或渣漿的沖擊角度均會(huì)對(duì)丁腈橡膠試件的沖蝕率、表面磨痕形貌及粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡均產(chǎn)生不同程度的影響,對(duì)出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因進(jìn)行了分析并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了闡述。為了提升丁腈橡膠在海洋環(huán)境中的耐溶脹及沖蝕磨損性能,基于上述試驗(yàn)研究與分析,對(duì)丁腈橡膠配方進(jìn)行了優(yōu)化。選取納米氧化鋅代替原有的硫化活性劑,選擇硅烷偶聯(lián)劑KH550對(duì)丁腈橡膠試件進(jìn)行了表面改性,并對(duì)其物理性能、力學(xué)性能、硫化特性以及在氯化鈉溶液中的耐溶脹、耐沖蝕性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。發(fā)現(xiàn)納米氧化鋅的加入使得丁腈橡膠的本征性能以及耐沖蝕、溶脹性能均有一定程度的提高,最后對(duì)其性能提升的機(jī)理進(jìn)行了闡述。
【學(xué)位單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ333.7
【部分圖文】：

在兩種條件下，沖擊角度對(duì)于材料沖蝕磨損行為的影響也完全不同。根據(jù)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)理論，當(dāng)流體撞擊材料表面后，受其自身特性與材料表面張力的影響，流體將沿著被沖擊表面鋪展，如圖1.1所示，此時(shí)沖擊粒子與被沖擊表面之間出現(xiàn)一層由液體形成的液膜，它會(huì)降低粒子的沖擊速度甚至改變粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。圖 1.1 渣漿沖擊靶材表面示意圖Fig. 1.1 Schematic of the slurry impact on the surface of target material在沖擊過程中，受流體粘性及運(yùn)動(dòng)方向的影響，沖擊粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡將沿 V1或 V2方向偏移，如圖所示，如果粒子沿 V1方向偏移那么這一部分粒子的實(shí)際沖擊角度將小于名

第 1 章 緒論在沖蝕磨損中所起的作用是有限的，面脫落才是影響沖蝕磨損的主要因中粒子沖擊靶材時(shí)與材料表面接觸觸時(shí)沖擊粒子受到四種作用力的影來的拖拽力、粒子-粒子之間碰撞產(chǎn)

圖 1.2 渣漿中粒子與靶材表面接觸受力示意圖chematic of the contact force between particles and targ料沖蝕磨損的兩種主要機(jī)制，兩者的主要區(qū)別產(chǎn)生多由于材料表面受到球型粒子的沖擊，尖銳夾角粒子的沖擊，如圖 1.3 所示。型粒子 b 有角粒子
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本文編號(hào)：2861147