《燒結材料特性對機械密封混合潤滑性能的影響》是依託清華大學，由劉瑩擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：燒結材料特性對機械密封混合潤滑性能的影響
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：劉瑩
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
目前機械密封的混合潤滑模型均為材料均質假設的研究。但燒結材料，如石墨、陶瓷及硬質合金由於其優良的摩擦學特性和機械性能，被廣泛套用於各個工業領域，其多相特性（基體相與粘結相）對接觸壓力和摩擦熱會產生一定的影響，材料均質假設不再適用。本課題擬基於統計模型，將多學科理論相結合，綜合考慮密封環燒結材料多相特性對彈塑性接觸和摩擦熱的影響，建立機械密封流/固/熱耦合混合潤滑分析模型；揭示燒結材料多相特性對機械密封混合潤滑性能的影響機制與規律。同時，探索強流脈衝粒子束加工工藝對燒結材料密封環表面改性對其微觀組織結構的影響機制和對巨觀摩擦學性能的影響，為尋求硬質合金等燒結材料更高效的表面改性途徑提供理論基礎。延長機械密封環的使用壽命的同時，課題研究結果將有助於人們理解燒結材料多相特性對混合潤滑的影響，從而更深入揭示機械端面密封混合潤滑和失效機理，豐富機械密封理論研究內容。
結題摘要
石墨、陶瓷及硬質合金由於其優良的摩擦學特性和機械性能，被廣泛套用於各個工業領域，特別是在核電領域軸封式主泵中的機械密封也採用了這些燒結材料。燒結材料具有多相特性（基體相與粘結相），對接觸壓力和摩擦熱會產生一定的影響，傳統的材料均質假設不再適用。 本課題基於統計模型，將多學科理論相結合，考慮密封環燒結材料多相特性對彈塑性接觸和摩擦熱的影響，建立了機械密封流/固/熱耦合混合潤滑分析模型；揭示出燒結材料多相特性對機械密封混合潤滑性能的影響機制與規律。研究表明，密封材料的微觀不均勻性對密封性能的影響主要反映在材料的彈性模量和熱膨脹係數上，隨著孔隙和粘結相的增加，密封材料熱膨脹係數增大，彈性模量減小，這會導致端面熱變形和粗糙峰的彈性接觸增大,加劇密封環表面磨損。 通過強流脈衝粒子束（HIPIB）加工工藝對燒結材料密封環進行表面改性，實驗研究獲得WC-Ni表面強化最佳化工藝參數。經輻照改性後的WC-Ni對磨，摩擦係數明顯降低，可以達到0.06-0.07，同時有效減少了對石墨的黏著磨損，降低石墨軟環的磨損率。該結果為硬質合金等燒結材料更高效的表面改性途徑提供理論和實驗基礎。課題研究結果有助於人們理解燒結材料多相特性對混合潤滑的影響，從而更深入揭示機械端面密封混合潤滑和失效機理，豐富機械密封設計理論。
