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          海水環境下高壓泵氧化鋁陶瓷與耐蝕金屬摩擦磨損行為研究

          發布日期:2021年8月26日

          隨著海島開發、遠洋艦船、鉆井平臺等領域的快速發展,海水淡化工程需求猛增”。高壓泵是海水淡化工程中主要的動力裝備口,而多級離心式高壓泵是海水淡化高壓泵主要的結構形式之一,具有結構緊湊和高轉速等特點。軸承是多級離心式高壓泵重要支承部件,在高壓泵頻繁啟、停時,水潤滑軸承容易處于邊界潤滑甚至干摩擦狀態,軸頸與軸瓦容易發生摩擦磨損和碰撞。此外,海水淡化高壓泵處于低黏度高腐蝕性的海水介質中,由于海水腐蝕作用加劇了軸承的磨損,導致其壽命短、工作效率低,需要頻繁更換,因此發展海水環境耐腐蝕性材料是高壓泵軸承應用與推廣的關鍵問題之一。

          在海水環境下,摩擦副材料必須選用抗腐蝕和耐磨損性好的材料,金屬合金因具有高比強度、耐磨損并且在海水環境中具有優異的耐腐蝕性能,是海水淡化高壓泵軸承優選材料。畢紅運和李詩卓研究發現,在相同載荷下,干摩擦時雙相鋼的磨損量顯著低于304不銹鋼。陳君等人研究了TC4鈦合金和氧化鋁陶瓷摩擦副在模擬海水下的腐蝕磨損行為。劉寧等人研究了氧化鋁陶瓷在海水潤滑條件下的摩擦學行為。孫建建研究了海水環境下氮化硅陶瓷復合材料與軸承鋼GCr15配副的摩擦學行為,并與干摩擦和純水環境進行了比較。

          近年來,海洋環境下的摩擦學研究對于海洋工程裝備的開發具有重要的戰略意義。氧化鋁陶瓷具有優異的耐磨性和耐蝕性,是近年來新型海洋裝備材料,但是針對海水環境下高壓泵TC4鈦合金、316不銹鋼、2205雙相不銹鋼與氧化鋁陶瓷配對摩擦副的摩擦磨損性能研究較少。

          為優選海水淡化高壓泵關鍵零部件耐磨性能材料,以氧化鋁陶瓷與TC4鈦合金、316不銹鋼、2205 雙相不.銹鋼組成的配對摩擦副作為研究對象,利用立式萬能摩擦磨損試驗機開展干摩擦、純水及海水3種環境介質下配對材料的摩擦磨損試驗,定量得到各摩擦副摩擦因數、磨損量,并對摩擦試樣的表面形貌進行分析;采用正交試驗法分析載荷、轉速、環境介質對摩擦因數和磨損量的影響規律。結果表明:在相同的條件下,TC4鈦合金與陶瓷配副摩擦因數較小,2205 雙相不銹鋼與陶瓷配副磨損量較小;環境介質對摩擦因數影響較大,載荷對磨損量的影響較大;海水環境下2205雙相不銹鋼和316不銹鋼磨痕較淺,磨損機制為疲勞磨損、磨粒磨損和腐蝕磨損的交互作用。

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