CM－Ⅰ型多功能擦膜摩擦试验机的研制（Ⅰ）─—原理与构成

评价膜－基体系的综合性能的重要指标是其失效的临界载荷。膜－基体系的失效不仅发生在界面，也有可能发生在镀层或底材之中，或许还有可能发生混合失效，因此，在测试膜－基体系失效的临界载荷方面，即使是已经在国内外得到广泛应用的划痕法也有其弱点，为了使膜－基体系的失效临界载荷的测试尽可能地接近于实际使用工况，更能切近实际地反映膜－基体系的综合承载能力，提出了一种擦膜试验法，并且研制了ＣＭ－Ⅰ型多功能擦膜摩擦试验机，同时还着重就这种试验机的测试原理、构成和标定作了阐述，并对试验机的主要技术参数及其功能与特点作了介绍，为评价和研究膜－基体系的摩擦学特性、失效及综合承载能力提供了一种新手段。     

CM－Ⅰ型多功能擦膜摩擦试验机的研制（Ⅱ）─—试验与结果分析

在ＣＭ－Ⅰ型多功能擦膜摩擦试验机上，分别对ＴｉＮ／５２１００钢球－ＴｉＮ／Ｗ９Ｃｒ４Ｖ２Ｍｏ钢板和ＴｉＣ／Ｗ９Ｃｒ４Ｖ２Ｍｏ钢球－ＴｉＮ／Ｗ９Ｃｒ４Ｖ２Ｍｏ钢板等摩擦副在不同条件下作了擦膜摩擦试验．结果表明，利用ＣＭ－Ⅰ型试验机能够较好地测试出在法向力和摩擦力同时作用下膜－基体系的失效临界载荷，而且测试数据的重复性较好；随着摩擦系数的增大，其失效形式是由底材首先屈服，进而发生镀层被压碎并逐渐转化为完全剥离，临界载荷也随之减小，     

CM—Ⅰ型多功能擦膜摩擦试验机的研制（Ⅱ）：试验与结果分析

在ＣＭ－Ⅰ型多功能擦膜摩擦试验机上，分别对ＴｉＮ／５２１００钢球－ＴｉＮ／Ｗ９Ｃｒ４Ｖ２Ｍｏ钢板和ＴｉＣ／Ｗ９Ｃｒ４Ｖ２Ｍｏ钢球－ＴｉＮ／Ｗ９Ｃｒ４Ｖ２Ｍｏ钢板等摩擦副在不同条件下作了擦膜摩擦试验。结果表明，利用ＣＭ－Ⅰ型试验机能够较好地测试出在洗向力和摩擦力同时作用下膜－基体系的失效临界载荷，而且测试数据的重复性较好。     

评估TiN薄膜与基材结合的划痕试验及有限元模拟

通过有限元模型模拟划痕试验得到的结果表明∶切应力的起伏变化?膜/基界面处切应力差值?接触区附近膜层表面张应力?高载下的几种应力集中等,对膜/基体系的失效都有重要的作用.通过模型计算临界载荷下的膜/基界面处切应力差值,可用来评价膜层与基材的结合强度;提出了划痕试验中膜/基体系失效的2种机制.不同性能基材的TiN膜/基体系划痕试验结果,可验证本文有限元模拟的有效性,并表明临界载荷是膜/基结合强度?体系承载能力?内聚结合性能等的综合反映;低载往复摩擦磨损试验的结果进一步证实,用划痕试验的临界载荷评估膜/基结合强度具有局限性.     

有限元模拟TIN 膜/碳钢基材体系的摩擦磨损试验

对TiN膜/碳钢基材体系摩擦磨损过程的有限元模拟表明:磨痕边缘的多种应力集中、磨痕内外的张应力、膜/基界面切应力,都将影响体系的摩擦学行为.用销/盘试验验证了有限元模拟结果,根据对膜层中裂纹的萌生、扩展和体系的损伤、破坏情况分析,摩擦磨损过程分为磨合、稳定磨损、膜层失稳、体系失效阶段.提出了小载荷摩擦磨损下过软基材的膜/基体系失效机制,即膜层在集中应力和张应力作用下发生裂纹萌生和扩展的脆性破坏,其中,由于体系变形引起的磨痕边缘应力集中对膜层早期损伤进而导致体系磨损失效具有最重要作用.     

TiN薄膜的应力状态对摩擦学性能的影响

用Ｘ射线衍射仪测定了在５２１００钢基体上离子束增强沉积ＴｉＮ膜、等离子体化学气相沉积ＴｉＮ膜和离子镀ＴｉＮ膜的应力状态，分析了不同工艺方法制取的ＴｉＮ薄膜的应力形成的影响因素，比较了３种薄膜在不同载荷和摩擦速度条件下的摩擦学性能，分析了膜－基界面两侧应力状态对膜－基结合力、薄膜的耐磨性能和磨损机理的影响．结果表明：３种ＴｉＮ／５２１００钢试样在薄膜内的应力均为压应力，但在界面附近基体一侧的应力状态是随着工艺方法的不同而不同，３种膜的硬度和膜－基结合力都依次下降，而其内应力与膜－基应力的差值则是依次增大，分别为２６９．０ＭＰａ，６６０．５ＭＰａ和１０６３．３ＭＰａ，因而前者显示出最高的膜－基结合力和最佳的摩擦学性能；而后２种膜则显示出依次渐差的膜－基结合力和摩擦学性能     

Ag—Cu／Ti纳米双层膜结合强度测试方法研究

用粘结法（拉伸法，扭转法，断裂力学方法等）和划痕法分别测试了Ag-Cu/Ti纳米双层膜的结合强度，并对其实验结果进行了分析，对比和讨论。结果表明，粘结法由于受胶粘剂粘结强度的限制，只能适用于中低结合强度测试；划痕法适用于软金属薄膜结合强度测试，尤其对高结合强度的薄膜特别有效，而且能测出双层膜及多层膜中膜－膜界面的结合强度和膜基界面的结合强度。     

钛合金表面液相电解类金刚石碳膜的摩擦磨损性能

采用液相电解法在钛合金表面制备了类金刚石碳(DLC)膜,利用拉曼光谱仪和傅立叶红外光谱仪表征了DLC薄膜的结构,考察了其机械及摩擦磨损性能,并通过划痕试验测定了类金刚石碳膜与钛合金基体之间的临界剥离载荷.结果表明:所制备的类金刚石碳膜的摩擦系数较低,其摩擦系数随着载荷的增加而略有降低;抗磨性能则随着载荷的增加而变差;类金刚石碳膜与钛合金基体之间的临界剥离载荷为0.882N.     

电阻法检测乳化液润滑状态的变化

用改进的电阻法测定了金属滑动摩擦副在混合润滑状态下发生接触的时间比率，并且检测了环－块试验过程中水包油型乳化液润滑状态的变化，同时还就乳化液中油相的体积分数和载荷等对乳化液成膜能力的影响进行了试验研究．根据测得的金属接触时间比率－滑动速度曲线的变化趋势，可以清楚地判断出润滑状态的转化及对应的临界转化速度．对比相应工况下油膜厚度的理论计算值，可以说明环－块接触区会形成一个基油富集区（油池）．在此区域内，乳化液中油相的体积分数远比其标称值高，乳化液润滑具有油池润滑的特点     

含预置损伤复合材料加筋板的单轴压缩屈曲分析

通过试验和有限元方法分析了单轴压缩下加筋板的失效模式.研究了三种预置损伤位置及四种损伤尺寸的复合材料T型加筋板的线性及非线性屈曲行为,比较了损伤对临界屈曲载荷和最大失效载荷的影响.研究结果表明:损伤位置在桁条间蒙皮时,损伤的尺寸对其临界屈曲载荷和最大失效载荷影响较小;损伤位置在桁条区蒙皮时,加筋板的临界屈曲载荷随损伤尺寸的增加而明显降低,最大降低50%;损伤位置在桁条边凸缘处蒙皮时,加筋板最大失效载荷所受影响随损伤尺寸的增加而明显降低,最大降低25%.从而得到了复合材料加筋板临界屈曲载荷比和最大失效载荷比与损伤位置及尺寸的关系图.     

低温沉积Cu膜的晶体结构及摩擦磨损性能的初步研究

采用离子镀技术于45#钢基体表面在低温(164～115 K)和常温(291 K)条件下沉积Cu膜,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜研究Cu膜的晶体结构及其表面形貌,采用划痕试验法测量Cu膜的临界载荷(Lc),在真空球-盘摩擦磨损试验机上考察其摩擦磨损性能并探讨其磨损机理.结果表明:基体温度对Cu膜的择优取向影响明显,在常温(291 K)下沉积的Cu膜为(200)择优取向,基体温度降至164 K以下所沉积的Cu膜呈现出明显的(111)择优取向;低温沉积Cu膜的表面较为光滑,其Lc值明显高于常温沉积的Cu膜;低温沉积Cu膜的磨损率明显低于常温沉积Cu膜,表现出良好的耐磨性,这主要是由于低温沉积Cu膜具有(111)择优取向和良好的膜-基结合力的缘故.     

结构失效模式识别中失效元漂移问题的分析

基于有限元重分析技术，考虑载荷对结构的综合影响，从失效元漂移问题和结构极限承载能力角度出发，对结构可靠性分析中，增量载荷法的加载方式进行了分析和改进，并通过有限元程序进行了对比验证，文后提供了算例。结果表明，改进后的分析方法具有更广泛的应用性，其分析结果具有满意的精确度和良好的稳定性，更适合于实际工程中大型结构系统在多种载荷共同作用下的可靠性失效模式分析。     

在轴向应力波传播和反射过程中弹性有限长圆柱壳非对称动态屈曲

本文讨论弹性有限长圆柱壳端部受冲击载荷作用，在轴向应力波传播和反射过程中的非对称动态屈曲问题。通过建立和求解扰动方程得到了动态屈曲的分叉条件，临界载荷和屈曲模态。数值结果表明：当壳壁厚不很薄时，轴对称屈曲临界载荷比非轴对称临界载荷高；反之，轴对称临界载荷会比非对称临界载荷低；由于应力波的反射，临界载荷降低，因而更容易发生屈曲，屈曲模态也有其不同特点。     

二硫化钼溅射膜在潮湿空气中贮存后润滑性能的退化与失效机理

为了探讨ＭｏＳ＿２溅射膜在潮湿空气中贮存期间所发生的化学变化这个长期争议未了的问题，以空间机械常用的９Ｃｒ１８轴承钢为底材，利用ｒｆ溅射法沉积ＭｏＳ＿２薄膜，并且利用Ｘ射线光电子能谱仪、俄歇电子能谱仪和Ｘ射线衍射仪等对这种薄膜在室温（１１－１５℃）下于相对湿度为１００％的潮湿空气中贮存不同时间后的组成、元素价态和晶体结构进行了分析，考察了它在潮湿贮存过程中所发生的化学变化及其润滑性能的退化与失效机理，检测发现，ＭｏＳ＿２溅射膜经潮湿贮存一天就有少量的Ｍｏ￣（４＋）氧化生成了Ｍｏ￣（６＋），在潮湿贮存５天时又发现有少量的ＳＯ生成，随着贮存时间的延长，不仅膜中Ｍｏ￣（６＋）／Ｍｏ￣（４＋）之比在不断地增大，表明有更多的Ｍｏ￣（４＋）发生了深度氧化，而且Ｓ￣（２－）发生氧化生成的ＳＯ之含量也越来越大。由此可见，ＭｏＳ＿２溅射膜在室温下于潮湿空气中贮存期间与氧和水发生了化学反应，生成物是ＭｏＯ＿３和Ｈ＿２ＳＯ＿４．Ｈ＿２ＳＯ＿４的生成致使薄膜表面的凝聚水呈现出ｐＨ值为１．５－２．０的强酸性，从而造成了金属底材的腐蚀。ＭｏＳ＿２的深度氧化和金属底材的腐蚀是导致ＭｏＳ＿２溅射膜在潮湿环境中润滑性能退化与失效的主要原因。     

利用冲蚀法评价硬质膜与底材结合强度的试验研究

作者利用入射速度为40m/s的80~#和100~#白刚玉砂冲击超硬质膜,测定入射粒子量与膜剥离之间的定量关系,确定造成底材开始显露所需的粒子用量(孕育剂量)和冲蚀坑中心部位的膜全部剥离时的最低粒子用量(临界剂量),并以两者之差作为判据,收到了与划痕法通过临界载荷评价膜-底材结合强度的同样效果。试验结果证明,孕育剂量与膜厚呈正变关系,因而通过它可以先求出膜厚,再求出剥离单位厚度膜层所消耗的粒子量(线冲蚀系数),并用其作为膜-底材结合强度的判据,可以扣除膜厚的影响。作者认为,冲蚀法的主要优点是设备简单、操作方便、取样面积大、代表性好,能为各类薄膜工艺提供可信的判据。     

三种粘结固体润滑涂层微动磨损性能比较研究

采用Deltalab-Nene型微动摩擦磨损试验机和UMT-2型通用摩擦磨损试验仪对比考察了42CrMo钢基体表面MoS2基、石墨基、PTFE基粘结固体润滑涂层的微动磨损性能及其同涂层划痕临界载荷的相关性；基于微动损伤表面和截面扫描电子显微分析以及涂层原始表面和微动磨损表面X射线衍射分析，探讨了几种涂层的微动损伤机理．结果表明：3种涂层的减摩抗磨性能并不简单取决于其同基体的结合强度，而是同时与涂层本身的机械力学性能和微结构密切相关；涂层在微动早期经历较轻微的塑性变形和流动，并可沿滑动方向发生晶粒择优取向，进而在偶件磨损表面形成转移膜，从而有效地起到减摩抗磨作用；涂层的失效主要归因于往复疲劳应力作用下的裂纹萌生、扩展以及层状剥落．     

碳化钨—镍—钴—钼—氧化铅系高温自润滑金属陶瓷材料的综合性能研究

为了扩大ＷＣ－Ｎｉ－Ｍｏ－ＰｂＯ四组元复合材料在工程实际中的应用范围，利用中频感应热压法制备了ＷＣ－Ｎｉ－Ｃｏ－Ｍｏ－ＰｂＯ系高温自润滑金属陶瓷材料，并对其物理机械性能和摩擦学性能进行了试验研究。结果表明，含镍和钴这两组元之重量比为２的ＷＣ－Ｎｉ－Ｃｏ－Ｍｏ－ＰｂＯ材料的综合性能最好，即使在６００℃的高温下也具有较高的机械强度和相当好的摩擦学材料，且其在高速、重载下的摩擦磨损性能也比较好，Ｘ射线衍     

有环壳过渡段的锥—柱组合壳的应力和稳定性

用解析方法计算了受静水外压载荷作用的有环壳过渡段的锥—柱组合壳中的应力值，并用瑞利法计算了其失稳临界载荷。计算结果说明，利用环壳过渡值锥—柱壳形成光滑连接，可使连接部位的局部应力值显著降低，并使失稳临界载荷有所提高     

辛方法在弹性圆板屈曲问题中的应用

在辛几何空间中将临界载荷和屈曲模态归结为辛本征值和本征解问题,从而形成一种辛方法.研究和讨论了轴对称屈曲和非轴对称屈曲问题,它们分别属于零本征值问题和非零本征值问题.以弹性圆板屈曲问题作为研究对象,借助于系统的能量构造出哈密顿体系,得到了该体系下的所有的本征解.数值结果给出了圆板和圆环板问题的临界载荷和屈曲模态.数值结果表明:对应低阶屈曲模态的临界载荷相对较小且屈曲模态在周向的波纹数也较少,说明在屈曲过程中低阶屈曲模态容易出现,特别是轴对称屈曲更容易发生;对应较大分支数的临界载荷,其值相对较大且屈曲模态在径向的波纹更加复杂;同时物理常数和几何参数也会直接影响临界载荷的大小.     

磁过滤多弧离子镀C/C多层膜在模拟体液中的微磨粒磨损行为

采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术在Ti6Al4V表面制备C/C多层DLC膜,利用纳米压痕划痕仪测试薄膜的纳米硬度和膜-基结合强度,采用微磨粒磨损试验机对C/C多层DLC膜在模拟体液环境中的磨损性能进行评价,并与Ti6Al4V的耐磨性能进行对比.结果表明:C/C多层DLC膜硬度达54.82 GPa,弹性模量和划痕临界载荷分别为342.27 GPa和0.52 N;在模拟体液环境中DLC膜的耐磨性能显著优于Ti6Al4V合金,DLC膜的磨损机制主要包括二体磨损及混合磨损;随着料浆浓度的增加,DLC膜的磨损机制从二体磨损向混合磨损过渡.