UHMWPE/SiO2弹性复合材料的冲蚀特性研究

论文摘要

我国河流的含沙量与含沙的普遍程度居世界之首,水流挟带沙粒冲击流道边壁造成的冲蚀磨损一直是存在于水利水电工程中的技术难题。研究开发抗冲蚀性能优良的耐磨材料,是延长水机过流件运行寿命的一条重要途径。本文采用压制烧结工艺制备了一种超高分子量聚乙烯（UHMWPE）/纳米SiO2弹性复合材料,实验研究了该材料的冲蚀磨损特性并与纯UHMWPE、常用碳钢材料进行了比较;采用扫描电镜观察了弹性复合材料的冲蚀磨损形貌,分析了材料冲蚀磨损机理,在此基础上进行了工程应用试验。弹性复合材料的干滑动摩擦磨损特性研究。相对纯UHMWPE材料,填充纳米SiO2能减小摩擦因数,提高UHMEPE的磨损特性,当SiO2组份为10%左右时,复合材料的摩擦因数最小,磨损特性最好;摩擦过程存在短暂的跑合期;随着载荷的增大,弹性复合材料的摩擦因数先增大,然后趋于平稳;弹性复合材料磨损量随着载荷的增大而增加。弹性复合材料的磨损机理主要表现为犁沟和疲劳剥落。弹性复合材料的射流与绕流冲蚀磨损特性研究。射流速度对弹性复合材料冲蚀率的影响呈指数关系;冲击角在30°左右时,冲蚀磨损率达到峰值;射流与绕流含沙浓度分别在1.92kg/m3及0.96kg/m3以下时,弹性复合材料冲蚀率随含沙浓度的增大而增加,其后趋势开始变得平缓;两种冲蚀实验均表明,SiO2组份为10%左右时,弹性复合材料抗冲蚀特性最好。弹性复合材料与纯UHMEPE及45#钢冲蚀特性对比与应用试验。弹性复合材料的冲蚀率较纯UHMEPE降低30%左右,只有45#钢的1/14。用弹性复合材料制做水轮机抗磨板,对比不锈钢部件,同工况条件可延长运行时间3倍以上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 水利机械抗磨蚀材料研究概况
• 1.2.1 传统金属材料
• 1.2.2 抗冲蚀涂层材料
• 1.2.3 抗冲蚀纳米复合材料
• 1.3 影响材料冲蚀磨损性能的因素
• 1.3.1 材料机械性能的影响
• 1.3.2 磨粒特性的影响
• 1.5 本文的主要研究内容
• 2的制备及基本性能测试'>第二章 UHMWPE/SiO₂的制备及基本性能测试
• 2制备的原料和设备'>2.1 UHMWPE/SiO₂制备的原料和设备
• 2.1.1 制备原料
• 2.1.2 制备设备
• 2的制备工艺'>2.2 UHMWPE/SiO₂的制备工艺
• 2制备工艺的选取'>2.2.1 UHM WPE/SiO₂制备工艺的选取
• 2.2.2 模压成型工艺过程
• 2.2.3 模具的设计
• 2的基本性能测试'>2.3 UHMWPE/SiO₂的基本性能测试
• 2的硬度测试'>2.3.1 UHMWPE/SiO₂的硬度测试
• 2的冲击强度测试'>2.3.2 UHMWPE/SiO₂的冲击强度测试
• 2.4 本章小结
• 2的干滑动摩擦磨损特性'>第三章 UHMWPE/SiO₂的干滑动摩擦磨损特性
• 3.1 试验仪器设备和材料
• 3.2 试验内容和方法
• 3.2.1 摩擦因数
• 3.2.2 磨损特性
• 3.2.3 试验方法
• 3.3 结果与讨论
• 2质量分数对UHMWPE/SiO₂摩擦磨损特性的影响'>3.3.1 SiO₂质量分数对UHMWPE/SiO₂摩擦磨损特性的影响
• 2摩擦磨损特性的影响'>3.3.2 载荷对UHMWPE/SiO₂摩擦磨损特性的影响
• 3.3.3 磨损表面形貌观察
• 3.4 本章小结
• 2的射流冲蚀磨损特性'>第四章 UHMWPE/SiO₂的射流冲蚀磨损特性
• 4.1 冲蚀磨损试验装置与方法
• 4.1.1 转盘式冲蚀磨损试验装置
• 4.1.2 冲蚀磨损试验方法
• 4.1.3 冲蚀磨损试样的制备
• 4.1.4 冲蚀磨损特性的评定
• 2质量分数对UHMWPE/SiO₂冲蚀磨损特性的影响'>4.2 SiO₂质量分数对UHMWPE/SiO₂冲蚀磨损特性的影响
• 2冲蚀磨损特性的影响'>4.3 冲击角对UHMWPE/SiO₂冲蚀磨损特性的影响
• 2冲蚀磨损特性的影响'>4.4 冲蚀速度对UHMWPE/SiO₂冲蚀磨损特性的影响
• 2冲蚀磨损特性的影响'>4.5 沙粒浓度对UHMWPE/SiO₂冲蚀磨损特性的影响
• 2冲蚀磨损特性的影响'>4.6 沙粒粒径对UHMWPE/SiO₂冲蚀磨损特性的影响
• 4.7 几种不同材料的冲蚀磨损特性对比
• 4.8 冲蚀磨损试样形貌分析
• 4.9 本章小结
• 2的绕流冲蚀磨损特性'>第五章 UHMWPE/SiO₂的绕流冲蚀磨损特性
• 2质量分数对UHMWPE/SiO₂冲蚀磨损特性的影响'>5.1 SiO₂质量分数对UHMWPE/SiO₂冲蚀磨损特性的影响
• 2冲蚀磨损特性的影响'>5.2 沙粒浓度对UHMWPE/SiO₂冲蚀磨损特性的影响
• 2冲蚀磨损特性的影响'>5.3 沙粒粒径对UHMWPE/SiO₂冲蚀磨损特性的影响
• 5.4 几种不同材料的冲蚀磨损特性对比
• 5.5 冲蚀磨损试样形貌分析
• 5.6 本章小结
• 2在水电站的应用'>第六章 UHMWPE/SiO₂在水电站的应用
• 6.1 水轮机抗磨板磨损概况
• 6.2 应用试验基本数据
• 6.3 试验结果评价
• 第七章 结论与进一步研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果