论文摘要
水力机械过流部件的空蚀破坏历来为人们所广泛关注,我国西南河流流经喀什特地貌地区,流速高且水流中携带大量的气泡,当水流通过水轮机过流部件时造成严重的空蚀磨损,研究和开发新型抗空蚀材料一直是人们寻求解决水力机械空蚀的主要途径。本论文设计了纳米SiO2/玻璃微珠/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料体系,并通过压制烧结工艺制备出复合材料,考察了复合材料的硬度、冲击韧性、弹性模量和摩擦学性能,研究了复合材料的空蚀性能和空蚀机理,以此为基础进一步分析了材料空蚀率与材料主要机械性能的相关性。主要结论如下:1、改性后的纳米SiO2和玻璃微珠在UHMWPE基体具有良好的分散性,纳米SiO2和玻璃微珠的加入不仅可以提高UHMWPE材料表面硬度,同时还保持着较高的冲击韧性和弹性性能。与纯UHMWPE相比,复合材料耐磨损性能更好,磨损机制主要表现为不同程度的粘着磨损和疲劳磨损。2、相比纯UHMWPE,复合材料具有更好的抗空蚀性能,其中含4%纳米SiO2和6%玻璃微珠组分的复合材料抗空蚀性能显著提高,这可解释为纳米SiO2和玻璃微珠的加入使得空蚀裂纹的扩展受阻和钝化,提高了热传导性能,使空蚀时的冲击能量能快速传递开来,产生的热量被迅速带走。3、纳米SiO2和玻璃微珠填充的UHMWPE复合材料空蚀损伤机理主要是由于气泡溃灭产生高速冲击波或微射流使材料表面产生塑性变形和孔洞,进而裂纹萌生、扩展导致材料剥落。4、复合材料抗空蚀性能与其机械性能密切相关,通过拟合,制备的复合材料硬度相关指数值在1.22.3之间,冲击韧性指数值0.3,弹性模量指数值在-1-2之间,即复合材料空蚀率与表面硬度、冲击韧性和弹性模量倒数成正比。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 空蚀1.1.1 空蚀机理1.1.2 国内外研究现状1.1.3 水流对空蚀破坏程度的影响1.2 水力机械抗空蚀研究进展1.2.1 水力机械运行条件对空蚀的影响1.2.2 水力机械的流道表面特性对空蚀的影响1.2.3 水质对空蚀的影响1.3 抗空蚀材料研究1.3.1 材料性能对空蚀的影响1.3.2 抗空蚀金属表面涂层材料研究1.3.3 抗空蚀非金属材料研究1.4 本文的主要研究内容第二章 实验内容和方法2.1 复合材料制备2.1.1 原材料及其复合材料体系设计2.1.2 制备机理和工艺选择2.2 复合材料机械性能实验2.2.1 硬度测试2.2.2 冲击韧性测试2.2.3 压缩强度测试2.3 复合材料摩擦磨损实验2.3.1 滑动摩擦磨损实验内容、方法与设备2.3.2 摩擦因数和磨损率测试2.4 复合材料空蚀磨损实验2.4.1 空蚀磨损试验装置和试验原理2.4.2 空蚀磨损实验方法与内容第三章 复合材料机械性能和摩擦学性能研究3.1 UHMWPE 及其复合材料微观组织结构2、玻璃微珠对复合材料硬度的影响'>3.2 纳米SiO2、玻璃微珠对复合材料硬度的影响2、玻璃微珠对复合材料冲击韧性的影响'>3.3 纳米SiO2、玻璃微珠对复合材料冲击韧性的影响2、玻璃微珠对复合材料弹性模量的影响'>3.4 纳米SiO2、玻璃微珠对复合材料弹性模量的影响3.5 摩擦磨损实验结果与讨论3.5.1 填料含量对复合材料摩擦磨损特性的影响3.5.2 滑动速度对复合材料摩擦磨损特性的影响3.5.3 载荷对复合材料摩擦磨损特性的影响3.5.4 磨损表面形貌分析3.6 本章小结第四章 复合材料空蚀特性研究4.1 填料质量分数对复合材料空蚀磨损特性的影响4.1.1 玻璃微珠质量分数对复合材料空蚀磨损特性的影响4.1.2 填料质量分数总量为10%对复合材料空蚀磨损特性的影响4.2 复合材料的表面三维形貌分析4.3 复合材料空蚀磨损表面形貌分析4.4 本章小结第五章 空蚀率与主要性能参数相关性研究5.1 硬度对复合材料空蚀率的影响5.2 冲击韧性对复合材料空蚀率的影响5.3 弹性模量对复合材料空蚀率的影响5.4 摩擦因素对复合材料空蚀率的影响5.5 空蚀率与材料主要性能参数的相关性分析5.6 本章小结第六章 全文主要成果、结论及研究展望6.1 全文的主要成果、结论6.2 研究展望参考文献致谢附录A: 攻读硕士学位期间的研究成果
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标签:水轮机论文; 抗空蚀涂层论文; 超高分子量聚乙烯论文; 纳米论文; 玻璃微珠论文;
纳米SiO2/玻璃微珠改性UHMWPE复合材料空蚀特性研究
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