非晶合金在高浓度过氧化氢中的摩擦学性能研究

论文摘要

本文依托国家重点基础研究发展计划（973）项目“强氧化环境下材料的磨损机制”（2007CB607603）,试验研究了Fe基非晶纳米晶合金涂层与氮化硅陶瓷（Si3N4）配副,Zr基块体非晶合金（ZrTiNiCuBe）与1Cr18Ni9Ti钢、GCrl5钢、碳化硅陶瓷（SiC）、氧化锆陶瓷（ZrO2）和氮化硅陶瓷（Si3N4）配副,在高浓度（90%）过氧化氢中的摩擦学性能,结合硬度、扫描电镜、X射线衍射、表面能谱、白光共焦三维形貌等分析仪器,探讨了非晶纳米晶合金涂层制备的工艺参数、非晶合金组织结构、对偶材料对摩擦副在高浓度过氧化氢中服役性能的影响及其磨损机理。为提高摩擦试验信号的可靠性,针对SST-ST销—盘摩擦试验机,研究了扭矩信号的小波分析方法的处理技术,通过对信号比较不同的小波基函数和阈值处理方法的标准差,确定最佳的小波分析参数,提高了摩擦学试验信号进行处理水平。研究结果表明：弧电流为500A时制备的Fe基非晶纳米晶合金涂层较致密,保持较高的非晶化程度,耐磨性能较好；在高浓度过氧化氢中非晶纳米晶涂层（盘）与Si3N4陶瓷（球）之间的磨损机理以磨粒磨损为主。在过氧化氢介质中,ZrTiNiCuBe的摩擦学性能受配副材料的影响较大,磨损机理存在差异。ZrTiNiCuBe与SiC配副时,摩擦系数低,磨损量小,具有最佳摩擦学性能；ZrTiNiCuBe与SiC配副时,以粘着磨损为主,伴有轻微磨粒磨损；与Si3N4和ZrO2配副时,粘着磨损和磨粒磨损共存；与1Cr18Ni9Ti不锈钢配副时,严重粘着磨损导致犁削型磨粒磨损,并有少量的化学腐蚀磨损；与GCr15钢配副时,为粘着磨损和化学腐蚀磨损。本文的试验研究结果为非晶合金材料在强氧化介质条件下的摩擦学性能提供一定的理论和试验基础,为工程应用提供一些参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图表清单
• 第一章 绪论
• 1.1 论文背景
• 1.1.1 过氧化氢的特点
• 1.1.2 过氧化氢在发动机中的应用
• 1.1.3 过氧化氢发动机中的摩擦副材料
• 1.2 非晶合金材料
• 1.2.1 非晶合金的发展史
• 1.2.2 非晶合金的摩擦学性能
• 1.3 本文拟研究的主要内容
• 第二章 试验设备和试验材料
• 2.1 试验设备及分析仪器
• 2.1.1 SST-ST销—盘磨损试验机简介
• 2.1.2 机械系统结构示意图及工作原理
• 2.1.3 试验分析仪器
• 2.2 试验材料及加工
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 材料的物理机械性能
• 2.2.3 试样加工
• 第三章 摩擦信号处理
• 3.1 引言
• 3.2 摩擦系数
• 3.3 平滑滤波处理方法
• 3.3.1 窗口移动多项式最小二乘平滑滤波Savitzky-Golay
• 3.3.2 傅里叶变换FFT平滑
• 3.4 小波理论
• 3.4.1 连续小波变换
• 3.4.2 多分辨分析
• 3.4.3 小波包分解
• 3.4.4 几种常用的小波
• 3.5 小波信号处理
• 3.5.1 参数的选择
• 3.5 本章小结
• 第四章 非晶合金涂层在高浓度过氧化氢中的摩擦学性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 涂层制备及质量检测
• 4.2.1 试验材料制备
• 4.2.2 涂层性能
• 4.3 涂层在强氧化环境中的磨损性能
• 4.3.1 对偶及介质材料性能
• 4.3.2 试验方法
• 4.3.3 试验结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 第五章 块体非晶合金在高浓度过氧化氢中的摩擦学性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验材料及方法
• 5.2.1 材料制备
• 5.2.2 试验方法
• 5.3 试验结果与讨论
• 5.3.1 摩擦学试验结果
• 5.3.2 磨损机理分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文主要成果、结论及研究展望
• 6.1 全文主要成果和结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢