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海水环境下高压泵氧化铝陶瓷与耐蚀金属摩擦磨损行为研究

发布日期:2021年8月26日

随着海岛开发、远洋舰船、钻井平台等领域的快速发展,海水淡化工程需求猛增”。高压泵是海水淡化工程中主要的动力装备口,而多级离心式高压泵是海水淡化高压泵主要的结构形式之一,具有结构紧凑和高转速等特点。轴承是多级离心式高压泵重要支承部件,在高压泵频繁启、停时,水润滑轴承容易处于边界润滑甚至干摩擦状态,轴颈与轴瓦容易发生摩擦磨损和碰撞。此外,海水淡化高压泵处于低黏度高腐蚀性的海水介质中,由于海水腐蚀作用加剧了轴承的磨损,导致其寿命短、工作效率低,需要频繁更换,因此发展海水环境耐腐蚀性材料是高压泵轴承应用与推广的关键问题之一。

在海水环境下,摩擦副材料必须选用抗腐蚀和耐磨损性好的材料,金属合金因具有高比强度、耐磨损并且在海水环境中具有优异的耐腐蚀性能,是海水淡化高压泵轴承优选材料。毕红运和李诗卓研究发现,在相同载荷下,干摩擦时双相钢的磨损量显著低于304不锈钢。陈君等人研究了TC4钛合金和氧化铝陶瓷摩擦副在模拟海水下的腐蚀磨损行为。刘宁等人研究了氧化铝陶瓷在海水润滑条件下的摩擦学行为。孙建建研究了海水环境下氮化硅陶瓷复合材料与轴承钢GCr15配副的摩擦学行为,并与干摩擦和纯水环境进行了比较。

近年来,海洋环境下的摩擦学研究对于海洋工程装备的开发具有重要的战略意义。氧化铝陶瓷具有优异的耐磨性和耐蚀性,是近年来新型海洋装备材料,但是针对海水环境下高压泵TC4钛合金、316不锈钢、2205双相不锈钢与氧化铝陶瓷配对摩擦副的摩擦磨损性能研究较少。

为优选海水淡化高压泵关键零部件耐磨性能材料,以氧化铝陶瓷与TC4钛合金、316不锈钢、2205 双相不.锈钢组成的配对摩擦副作为研究对象,利用立式摩擦磨损试验机开展干摩擦、纯水及海水3种环境介质下配对材料的摩擦磨损试验,定量得到各摩擦副摩擦因数、磨损量,并对摩擦试样的表面形貌进行分析;采用正交试验法分析载荷、转速、环境介质对摩擦因数和磨损量的影响规律。结果表明:在相同的条件下,TC4钛合金与陶瓷配副摩擦因数较小,2205 双相不锈钢与陶瓷配副磨损量较小;环境介质对摩擦因数影响较大,载荷对磨损量的影响较大;海水环境下2205双相不锈钢和316不锈钢磨痕较浅,磨损机制为疲劳磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损的交互作用。

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