新型高密度钻井液加重剂Mn_3O_4的研究及性能评价

分别用激光粒度仪、ζ电位仪、扫描电镜以及红外扫描动态稳定测试仪分析了四氧化三锰、重晶石、铁矿粉的粒度分布、表面电性、微观形状以及动力稳定性,对这3种加重材料单独加重及复配加重形成的高密度钻井液的性能进行了评价。结果表明:四氧化三锰颗粒小、呈球形、表面活性高、沉降速率小,加重形成的高密度钻井液表现出良好的流变性、沉降稳定性和润滑性;但高温高压滤失量增大,可以通过优选架桥粒子及降滤失剂得到一定程度的控制;与传统加重剂复配,在一定程度上可以弥补传统高密度加重材料的缺陷。综合考虑高密度钻井液性能,四氧化三锰是高密度钻井液理想的加重材料。     

重晶石对金属表面冲蚀作用研究

采用高速旋转冲蚀的方法评价了重晶石对金属表面的冲蚀效果,考查了剪切速度、剪切时间以及加重剂含量对冲蚀速率的影响规律。利用粒度分析仪、扫描电镜以及表面形貌仪研究了重晶石对金属表面的冲蚀作用机理。研究发现,冲蚀速率受冲蚀流速、作用时间、重晶石粒径大小及其含量的影响明显,冲蚀时间越短、流速越大、重晶石粒径越大、重晶石含量越高,冲蚀速率越高。     

基于弹塑性接触理论的金属表面磨损过程数值模拟

为了对金属表面磨损的过程进行计算,采用自相关函数模拟构建了磨损表面的微观形貌,应用有关弹塑性接触理论,构建了一种能够对金属表面滑动过程磨损进行数值模拟计算的方法,通过与有关文献的测试数据进行比较,证明了所构建计算模型的可信性。在此基础上,以Q235A、45~#磨损表面为研究对象,数值模拟研究了滑动磨损过程中随磨损次数的增加,磨损表面表面形貌、接触面的弹塑性区域、磨损量、表面间距、表面粗糙度等性能的变化规律,绘制了相关曲线,并对这些曲线进行了分析讨论。本文的研究为对金属表面的磨损过程进行理论计算提供了一种有益的新思路。     

3D打印UV与ABS材料仿生表面摩擦学性能

对在干摩擦条件下仿生表面对摩擦副的作用机理与影响规律进行了研究.实验以光敏树脂(UV)和丙烯腈-苯乙烯-丁二烯(ABS)2种高分子材料为样品,利用3D打印技术分别加工出具有仿生表面与光滑表面的试样.干摩擦条件下,在摩擦磨损试验机上进行球-面摩擦磨损实验,测量UV与ABS的摩擦系数与磨损量,并用激光共聚焦显微镜与体视荧光显微镜观察磨损表面.研究结果表明:载荷与转速的改变会引起摩擦系数与磨损量的变化.UV仿生表面在3 N载荷与200 r/min转速、5 N载荷与200 r/min转速和3 N载荷与400 r/min转速工况下平均摩擦系数分别为0.534、0.598和0.642;在5 N载荷下相较3 N磨损量提高了40.0%,在400 r/min转速下相较200 r/min磨损量提高了185.5%.ABS仿生表面在3 N载荷与200 r/min转速、5 N载荷与200 r/min转速和3 N载荷与400 r/min转速工况下平均摩擦系数分别为0.336、0.346和0.378;在5 N载荷下相较3 N磨损量提高了2.69%,在400 r/min转速下相较200 r/min磨损量提高了12.5%.UV样品为粘着磨损,而ABS样品黏着磨损为主,伴随有磨粒磨损.     

滚压对碳钢微动磨损性能的影响

为了提高碳钢的微动磨损特性,采用不同参数的滚压工艺对45号钢试样进行表面处理,通过表面形貌测量仪、维氏显微硬度计和扫描电镜(SEM)考察在不同参数下,滚压工艺对钢的表面粗糙度、显微硬度、硬化层的厚度等的影响,然后在SRV IV摩擦磨损试验机上对比研究各工艺处理试样的微动磨损特性。研究结果表明:滚压工艺使试样表面形成一定厚度的硬化层,可以降低试样表面的粗糙度,提高表层显微硬度;滚压工艺使试样的磨损量和摩擦因数显著减小;未处理试样的磨损形式主要为黏着磨损和疲劳磨损,滚压后试样以磨粒磨损为主,并伴随轻微的疲劳剥落;不同的滚压参数对45号钢表面性能和微动性能影响较大,滚压工艺使45号钢试样的抗微动磨损性能更加优异。     

316L/45#钢在MoS2水基润滑液润滑下的摩擦磨损性能

通过316L不锈钢与45#钢在去离子水、二硫化钼水基润滑液、30#机械油3种工况下,分别改变其载荷进行滑动摩擦实验,比较其摩擦磨损性能并分析磨损机制。结果表明,载荷为250 N时,MoS2水基润滑液润滑工况下的摩擦系数比去离子水工况下降低67.3%,磨损量降低了83.5%;摩擦系数比30#机械油工况下增加12.5%,磨损量增加147.1%。     

等离子喷涂Ni60A/MoS_2复合润滑涂层摩擦学特性研究

在UMT-2微观磨损试验机上研究了等离子喷涂Ni60A/MoS2复合润滑涂层的摩擦学特性,且对摩擦表面进行了SEM观察和分析.研究结果表明:随着MoS2含量的增加,摩擦因数显现先减小后增大的趋势,并在MoS2的质量分数为40%时达到最小值.随着载荷的增加磨损量明显增大,当载荷由80 N变化到120 N时,载荷对磨损的影响较为显著,120 N时的磨损量大约为80 N时的1.7倍左右,载荷对摩擦因数也有较大的影响,等离子喷涂涂层的主要磨损失效形式为磨粒磨损和粘着磨损.     

聚合膜的摩擦磨损性能

通过在四球摩擦磨损试验机和ＭＨＫ５００环块摩擦磨损机上的试验表明,在不同的润滑油中加入可聚合单体,可以有效降低金属表面的摩擦磨损,使润滑油的抗极压和抗疲劳性能都有显著提高·通过付立叶红外光谱仪分析表明,由于摩擦表面生成原位聚合膜,使摩擦系数和磨损量显著降低·     

二体磨损过程预测模型

表面形貌对摩擦副的性能影响很大,由磨损和塑性变形引起的表面形貌变化常常导致摩擦学系统的状态发生变化．文中建立了预测二体磨损过程中表面粗糙度及磨损变化的数学模型．计算结果表明,其粗糙度和线磨损量的变化不仅与磨程及时间有关,而且与所考察的轮廓线在摩擦副表面上沿相对运动方向的位置有关;随着磨损的进行,摩擦副的宏观几何轮廓趋于特定形状;体积磨损量与磨程近似成正比．     

激光淬火对 40CrNiMo 摩擦与磨损性能的影响

利用激光对超大型齿圈用40CrNiMo高强度钢表面进行淬火处理,用金相显微镜观察其组织的变化。通过SEM分析淬火层的截面形貌,用轮廓仪测试激光淬火前后表面粗糙度,并进行摩擦与磨损试验,考察激光淬火前后摩擦因数和磨损性能,分析激光淬火对摩擦-磨损的影响机理。结果表明:激光淬火形成相变淬火层,组织为细小的针状马氏体,显微硬度HV为480~500;调质处理后试样表面粗糙度为35.1 nm,经激光淬火后粗糙度为36.1 nm,激光淬火对其精度和变形基本上没有影响;激光淬火对40CrNiMo钢减摩效果影响比较明显,在6,8和10 N载荷下,激光淬火试样的摩擦因数平均值比调质处理试样分别下降6.7%,9.1%和22.2%;激光淬火改善40CrNiMo磨损失效形式,在6,8和10 N载荷下,激光淬火试样的磨损质量损失比调质处理试样分别减小88.73%,91.42%和87.45%,高硬度的马氏体的形成是其磨损性能提高的主要原因。     

蒸馏水润滑下Si3N4—白口铸铁摩擦面上表面膜的分析

在环－块磨损试验机上考察了蒸馏水润滑下Ｓｉ３Ｎ４分别与白口铸铁和碳钢（作对比用）配副的摩擦磨损特性．在ＳＥＭ下观察了白口铸铁磨面表面膜的形成过程，用ＸＰＳ、ＦＴＩＲ和ＸＲＤ分析了表面膜的成分、组成与结构，并对其形成机理进行了探讨．结果表明，Ｓｉ３Ｎ４在水润滑下摩擦时磨面上发生了氧化和水解反应：当Ｓｉ３Ｎ４与白口铸铁配副时，由于铸铁中碳化物的剥落而形成剥落坑，Ｓｉ３Ｎ４磨屑嵌入剥落坑并氧化和水解，其反应产物富集于剥落坑中，脱水聚合后形成硅胶，从而在磨面形成具有一定厚度和面积的含硅胶的表面膜，表面膜的形成保护了陶瓷和铸铁磨面，使其变得很光滑，从而使摩擦系数降至０．０２，并使系统磨损率几乎接近于零；当Ｓｉ３Ｎ４与碳纲配副时，由于碳钢没有能力富集Ｓｉ３Ｎ４的氧化和水解产物，故磨面不能形成有效的表面膜，所以其摩擦系数仍然较高，且系统磨损率亦较大     

油基钻井液润湿剂评价

对于油基钻井液,加重剂颗粒的表面多数为亲水性,如何使其在油包水乳状液中均匀分散不沉降将直接影响钻井液的静态密度;同时,地层中的亲水粘土颗粒侵入油基钻井液时会趋向于与水结合发生颗粒聚集,从而影响钻井液的流变性。为解决以上问题,针对亲水性重晶石、粘土在油基钻井液中聚集导致钻井液稳定性变差的现象进行了分析,并开展了防止聚集的润湿性添加剂选择评价方法的实验研究。研究表明,重晶石粉末在不同润湿剂的油溶液中最终的沉降稳定体积不同。该体积的大小受限于沉降体内毛细孔道的润湿性质,润湿性越强,束缚在重晶石沉降体积中的液相就会越少,使得重晶石的沉降稳定体积就小;反之,重晶石的沉降稳定体积就越大。据此现象归纳出评价润湿剂的一种简单易行的实验研究方法。     

NM400耐磨钢的冲蚀磨损与搅拌磨损特性研究

以NM400耐磨钢板为研究对象,实验模拟其在实际工况下的磨损方式,结合失重分析及磨损表面观察,研究试验材料在冲蚀磨损及搅拌磨损下的耐磨机理。结果表明,试验钢的组织主要为板条马氏体及分布在板条上的碳化物颗粒;在大角度冲蚀磨损中,NM400耐磨钢的磨损主要为塑性变形产生的冲蚀坑,且其在低冲击压力下表现出较好的耐磨性能;在搅拌磨损中,NM400耐磨钢的磨损主要是微切削产生的犁沟。     

钢的制动磨损机理

在ＭＭ－１０００磨损试验机上,对３５ＣｒＭｏ钢与石棉和半金属摩擦材料组成的摩擦副进行了制动磨损试验,重点研究了钢的制动磨损机理．研究结果表明,钢的制动磨损形式主要是磨粒磨损、氧化磨损和粘着;因摩擦热的影响,制动后钢的摩擦表面出现热震开裂,表层组织过热甚至过烧,表面的粘着物由表向里扩散;钢在制动过程中还出现特有的浅层剥落,它是一个塑性变形积累、裂纹形成和扩展的过程．     

环氧复合胶粘层的浆体冲蚀磨损性能

为了研制稀浆封层机搅拌叶片类的浆体冲蚀磨损件的高耐磨胶粘层，采用模拟工况的试验方法，对各种填料填充改性的环氧复合胶粘涂层进行了浆体冲蚀磨损性能试验，选用ZJM-20搅拌机，改装制作了试验用砂浆冲蚀磨损机。试验结果表明，环氧树脂交联固化度适中时，其耐磨性较好；填料填充量与其填充改性环氧复合胶粘层的耐磨性存在最佳加入量关系；以最佳加入量填充纳米晶铁铬合金粉和石墨环氧复合胶粘层的耐磨性最好，比无胶粘层的钢板耐磨性提高5～10倍。     

离子注入对Cr4Mo4V轴承钢摩擦学性能的影响

在Cr4Mo4V轴承钢表面等离子体浸没注入(PIII)了氮离子(N+)、类金刚石(DLC)、碳化钛(TiC),测量了处理前后试样表面的显微硬度,在干摩擦条件下进行了与Si3N4陶瓷球对磨的摩擦学实验,通过光学显微镜观察了磨损表面形貌,分析了磨损机理。结果表明:离子注入后显微硬度明显增大,注入TiC的试样增幅最大,达到54.7%;注入TiC的试样摩擦系数下降到约0.2,最小磨痕宽度减小了50%;未处理和注入N+试样的磨损机理主要以粘着磨损为主,但注入N+试样磨损程度有所减轻;注入DLC和TiC的试样主要磨损机理以疲劳磨损为主;离子注入TiC表面改性的表面综合性能最好,其次为注入DLC、注入N+。     

在干摩擦和边界润滑条件下丁苯橡胶对20#钢的磨损机理研究

用扫描电子显微镜 (SEM)和X射线光电子能谱仪 (XPS)分析了磨损表面的形貌、元素含量及金属表面元素化学状态的变化 ,用镜面全反射傅立叶红外光谱仪 (FT IR)分析了橡胶表面官能团的变化。结果表明 ,2 0 # 钢被磨损的物理过程为磨粒磨损 (微切削 )。 2 0 # 钢被磨损的化学机制包括 :①金属及其氧化物与丁苯橡胶大分子自由基的反应 ;金属与具有含氧基团的丁苯橡胶分子链间的反应 ;②金属与矿物油烷烃链间及金属与氧化的矿物油烷烃链间的反应 ,主要反应产物为含有Fe C的金属聚合物及含有Fe O的聚合物 ;③金属本身的氧化 ,主要反应产物为Fe2 O3 ,FeO和Fe3 O4,在边界润滑条件下的金属磨损表面的氧化最明显     

衬板用钢在石英砂介质中的冲击腐蚀磨损行为

利用改造的MLD-10型冲击腐蚀磨损模拟试验机,研究了3种矿山湿式磨机衬板钢在石英砂酸性介质中的冲击腐蚀磨损行为。研究表明,在同样的模拟工况条件下,新研究开发的低碳高合金钢比高锰钢、中碳合金钢具有更佳的耐冲击腐蚀磨损性能,随着时间的延长,低碳高合金钢的优越性越明显。并通过对试样表面磨损形貌的观察分析,发现低碳高合金钢以冲击磨损为主,高锰钢以冲蚀为主,而中碳合金钢则是严重的冲蚀磨损。     

高钒高速钢与高铬铸铁的滚动磨损性能对比研究

以高铬铸铁为参照，在自制的模拟轧辊磨损试验机上研究了高钒高速钢的滚动磨损性能．结果表明：随磨损循环次数的增加，两种材料的磨损量均直线地增加，高钒高速钢的相对耐磨性是高铬铸铁的4倍以上；高铬铸铁中的裂纹主要由于M7C3的严重碎裂而萌生于M7C3的内部，高钒高速钢中的裂纹则主要萌生于VC与基体的界面，并沿VC的表面扩展．高钒高速钢中VC形状好、不易碎裂及基体硬度高是其耐磨性优良的主要原因．