摩擦副类型对高速钢表面脉冲激光熔覆CrAlSiN薄膜摩擦性能的影响

以316不锈钢和TC11钛合金作为摩擦副类型,研究其对高速钢表面脉冲激光熔覆CrAlSiN薄膜表面摩擦磨损性能测试分析。研究结果表明:CrAlSiN薄膜表层部位存在许多针孔、凹坑和白色颗粒,并且颗粒尺寸都很大截面区域内生成了许多致密结构的组织,厚度2.5μm左右。薄膜硬度为2416 HV,和基体间的结合力等于53 N,达到良好综合性能。316不锈钢与CrAlSiN薄膜之间对磨后在薄膜表面生成了许多大尺寸磨痕,结合磨痕深度发生了轻微磨损;TC11钛合金与CrAlSiN薄膜进行对磨在薄膜上生成具有较大宽度磨痕,出现了轻度磨损。以不锈钢作为配副材料时,形成了较大的摩擦系数。以TC11钛合金作为配副材料时,发生了严重磨损的现象,跟316不锈钢对磨时形成了深度很大的磨痕。它们磨损机制相近,都是以磨粒磨损和粘着磨损为主。     

丁腈橡胶在硬质颗粒环境下的摩擦磨损特性

采用销-盘接触方式考察丁腈橡胶/316L不锈钢配副的摩擦磨损性能,探讨有无Al2O3硬质颗粒及颗粒尺寸对其摩擦学行为的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)和表面轮廓仪分析配副材料的磨痕表面形貌。结果表明:硬质颗粒参与磨损能降低接触副表面的摩擦因数;大尺寸颗粒会加速橡胶的磨损并能嵌入橡胶基体形成微切削效应,而随着颗粒尺寸减小至数十微米时,颗粒的存在反而能减缓橡胶的磨损;但颗粒的介入均会加剧配副金属的磨损、硬质颗粒的犁削作用使钢球磨损表面存在大量的犁沟;此外,无颗粒及不同尺寸颗粒环境下丁腈橡胶/不锈钢摩擦副表现出不同的损伤机制。     

喷涂频率对车用316L钢表面等离子Mo-Al膜摩擦性能的影响

以车用316L不锈钢作为基材,对其实施等离子喷涂处理使其表面生成Mo-Al膜,分析表面温度变化、电弧特征以及形成的磨痕特点,对比了不同喷涂频率下得到的膜载流摩擦磨损特性。研究结果表明:当频率20 Hz时,在磨痕的表面区域形成了一层具有均匀尺寸的磨粒。元素分布表明Al元素发生了少量转移,跟膜层组织成分较为接近。在频率20 Hz下形成了具有完整结构的摩擦膜,此时在表面区域形成了尺寸均匀的磨粒。提高喷涂频率后,会引起摩擦副的大幅冲击并发生明显震动,温度迅速上升,更易发生氧化。当提高喷涂频率后,摩擦系数以及磨损率都发生了先减小再升高的变化规律,转折点在喷涂频率20 Hz,此时取值分别为0.326和68.5。     

喷涂频率对车用316L钢表面等离子Mo-Al膜摩擦性能的影响北大核心CSCD

以车用316L不锈钢作为基材,对其实施等离子喷涂处理使其表面生成Mo-Al膜,分析表面温度变化、电弧特征以及形成的磨痕特点,对比了不同喷涂频率下得到的膜载流摩擦磨损特性。研究结果表明:当频率20 Hz时,在磨痕的表面区域形成了一层具有均匀尺寸的磨粒。元素分布表明Al元素发生了少量转移,跟膜层组织成分较为接近。在频率20 Hz下形成了具有完整结构的摩擦膜,此时在表面区域形成了尺寸均匀的磨粒。提高喷涂频率后,会引起摩擦副的大幅冲击并发生明显震动,温度迅速上升,更易发生氧化。当提高喷涂频率后,摩擦系数以及磨损率都发生了先减小再升高的变化规律,转折点在喷涂频率20 Hz,此时取值分别为0.326和68.5。     

Si3N4和52100钢对磨副材料对CrN薄膜干摩擦学行为的影响

利用阴极电弧离子镀技术在316L不锈钢基体上制备了CrN薄膜。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪对CrN薄膜的形貌、成分和力学性能进行了表征。为了研究Si_3N_4和52100钢对磨副材料对CrN薄膜和316L不锈钢干摩擦行为的影响,在2N、5N、8N三种载荷下,将CrN薄膜和316L不锈钢基体与Si_3N_4陶瓷球和52100钢球分别进行了往复式滑动干摩擦实验。采用扫描电子显微镜观察了磨痕的微观形貌,并对CrN薄膜和316L不锈钢基体的磨损机制进行了分析。结果表明:CrN薄膜表面平整,缺陷较少;CrN薄膜的纳米硬度约为28GPa,弹性模量约为350GPa;与Si_3N_4陶瓷球相比,CrN薄膜与52100钢球摩擦时摩擦因数相对较小(保持在0.7左右)且更加稳定;316L不锈钢的摩擦因数远大于CrN薄膜且波动较大;对磨球为Si_3N_4陶瓷球时,CrN薄膜的主要磨损机制为磨粒磨损,伴有少量的氧化和黏着磨损,316L不锈钢的磨损机制主要为磨粒磨损和塑性变形,伴有少量的氧化和黏着磨损;对磨球为52100钢球时,CrN薄膜的主要磨损机制为黏着磨损,伴有少量的氧化,316L不锈钢的磨损机制主要为黏着磨损,伴有少量的氧化和磨粒磨损。CrN薄膜与两种对磨球的磨损量均小于316L不锈钢基体的磨损量,说明CrN薄膜有效提高了基体的耐磨性。     

纳米Cu添加剂润滑摩擦表面分析

利用T-11摩擦磨损实验机进行了用纳米铜添加剂润滑的摩擦磨损实验,利用光学显微镜和扫描电镜对摩擦表面进行了形貌分析,利用能谱仪进行了磨痕表面元素分析.结果表明,磨痕表面形成了富含Cu元素的表面膜,静止上试样的磨痕表面比运动的下试样表面形成的薄膜厚,在摩擦表面有原始微损伤(磨削沟槽)的部位边缘有明显的Cu元素沉积,而在沟槽的底部没有Cu元素.分析认为摩擦使得表面金属活化,不断产生新鲜金属表面,有利于润滑剂中的纳米Cu与金属结合形成表面膜.     

金刚石材料的摩擦及磨损

研究了金刚石单晶，以钴和碳化硅作粘结剂的金刚石聚晶及ＣＶＤ金刚石薄膜被软磨头摩擦和磨损的行为。在正压力和摩擦产生的拉应力聚合作用下，单道次摩擦时，ＴｉＢ２磨头可以使金刚石单昌表面产生“人字形”裂纹，我道次摩擦时，裂纹搭接及碎块脱落使金刚石表面产生磨痕。类似的磨痕也产生在聚晶金刚石表面。铝合金及中碳钢磨头可以较显著地磨损ＣＶＤ金刚石薄膜。     

钛合金表面电弧离子镀TiAlN涂层的抗高温氧化性能研究

运用电弧离子镀技术,采用热等静压Ti05Al0.5合金靶在航空用钛合金TC11基片上制备了TiAlN防护涂层,并采用SEM、AES、XPS等方法研究了涂层在空气中的抗高温氧化性能.结果表明,涂层发生了选择性氧化,外层生成富Al层而内层形成富Ti层;同时进行了涂层的室温干摩擦试验,结果表明,TC11钛合金基体同GCr15钢珠的磨损表现出黏着磨损的特征,磨痕宽度约100 μm,而TiAlN涂层通过提高表面硬度改善了钛合金的黏着磨损状况.     

不同测试条件下TiN薄膜的摩擦学特性研究

采用电弧离子镀技术在45#钢衬底表面沉积了TiN薄膜.用显微硬度计测试了薄膜的硬度,用球一盘式摩擦磨损试验机评价了在不同测试条件下(干摩擦,水润滑,油润滑)TiN薄膜的摩擦学性能,用表面轮廓仪测试了磨痕处的磨痕轮廓,用配有能谱仪(EDS)的扫描电镜(SEM)观察和测试了磨痕形貌和磨痕处主要化学元素组成.结果表明,相对于干摩擦,水润滑和油润滑条件下,TiN薄膜的摩擦系数和磨痕深度都有明显降低的趋势.干摩擦条件下,薄膜表现为磨粒磨损和氧化磨损;水润滑条件下,薄膜表现为疲劳磨损,水对薄膜起到边界润滑作用;油润滑条件下,薄膜几乎无磨损,油起到流体润滑作用.     

电弧离子镀TiN薄膜的往复滑动摩擦学行为研究

采用电弧离子镀技术在不锈钢基片上沉积了TiN薄膜,利用显微硬度计测量了薄膜的表面硬度.采用球-盘式摩擦磨损实验机对比研究了基片和薄膜在与GCr15配副的情况下,二者在空气中干磨擦状态下的摩擦磨损性能;利用扫描电镜(SEM)、能量衍射谱仪(EDS)和表面粗糙度台阶轮廓仪对薄膜的磨损区域进行了微观分析.实验结果表明,随着法向载荷和往复速率的增大,薄膜和基体的摩擦系数都减小,但薄膜的摩擦系数始终小于基体的摩擦系数.不锈钢基体与GCr15配副时,基体磨损较大,此时的磨损机制是犁削磨损和磨料磨损;而TiN薄膜与GCr15配副时,薄膜不仅无磨损,而且其表面将形成一层具有润滑作用的移着膜,此时的磨损机制主要是磨料磨损,因此在不锈钢基体上沉积TiN薄膜有利于提高基体的耐磨性.     

TC11合金表面MLG/Fe2O3纳米颗粒摩擦层的稳定性

使用MPX-2000型摩擦磨损实验机对TC11合金在不同载荷和纳米润滑材料条件下进行摩擦磨损实验。使用SEM、EDS、XRD等手段对其磨损表面和剖面的形貌、成分、结构进行了对比观察和分析。结果表明:将不同种类的纳米材料添加到摩擦副的滑动界面,在TC11合金磨损表面均能形成纳米颗粒摩擦层,摩擦层的稳定性取决于其组成和各组分的含量。只含MLG的摩擦层因承载能力差而具有较低的稳定性,极易破坏。只含Fe2O3的摩擦层在低载时稳定性较高,能减少磨损但是不能降低摩擦。同时含MLG和Fe2O3的双层摩擦层兼具良好的润滑性和承载能力,稳定性强,使TC11合金的摩擦磨损性能显著提高。添加富Fe2O3纳米复合材料的双层MLG/Fe2O3纳米颗粒摩擦层具有更高的稳定性,能更有效地提高钛合金的摩擦学性能。     

聚醚醚酮与髌骨软骨间的生物摩擦学特性

以聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)与天然软骨为研究对象,医用CoCrMo和天然软骨作为PEEK的对比材料,开展往复滑动摩擦磨损实验,研究法向载荷、滑移速率、摩擦配副对其摩擦磨损行为的影响。结果表明:在小牛血清润滑的条件下,天然股骨软骨/髌骨软骨的摩擦因数最小,PEEK/髌骨软骨摩擦因数明显低于CoCrMo/髌骨软骨,PEEK/髌骨软骨配副的软骨表面磨损轻微,CoCrMo/髌骨软骨配副的软骨表面损伤严重;PEEK/髌骨软骨配副间的摩擦因数随法向载荷的增大而减小,在低载荷条件下(10～20N)表现明显,且法向载荷越大,PEEK表面磨痕越深,摩擦副磨损越严重;PEEK/髌骨软骨配副间的摩擦因数随滑移速率的增大而增大,在高滑移动速率条件下(10～20mm/s)明显,且滑移速率越大,PEEK表面磨痕越深,摩擦副磨损越严重;相对于滑移速率,载荷对摩擦因数的影响更大。     

搅拌摩擦加工铝基复合材料的高温摩擦磨损性能

通过在铝合金表面一定深度添加颗粒度为10μm的B4C粉末,采用搅拌摩擦加工方法制备成铝基复合材料.采用SEM、EDS、高温摩擦磨损试验机对其摩擦磨损性能进行研究;分析加工方法和环境温度对摩擦因数和磨痕形貌的影响,并探讨磨损机制.结果表明:高温磨损条件下,搅拌摩擦加工制备的铝基复合材料能明显改善铸态ZL109铝合金的耐磨性;复合材料表现出较好的磨损性能和较低的摩擦磨损因数.搅拌摩擦加工制备的铝基复合材料在100℃时磨损以氧化磨损和磨粒磨损为主,随着温度的升高,300℃时复合材料的磨损机理由氧化磨损转变为黏着磨损.     

钛合金表面电弧离子镀TiA1N涂层的抗高温氧化性能研究

运用电弧离子镀技术，采用热等静压Ti0.5Al0.5合金靶在航空用钛合金TC11基片上制备了TiA1N防护涂层，并采用SEM、AES、XPS等方法研究了涂层在空气中的抗高温氧化性能。结果表明，涂层发生了选择性氧化，外层生成富Al层而内层形成富Ti层；同时进行了涂层的室温干摩擦试验，结果表明，TC11钛合全基体同GCr15钢珠的磨损表现出黏着磨损的特征，磨痕宽度约100μm，而TiA1N涂层通过提高表面硬度改善了钛合金的黏着磨损状况。     

WC-Al_2O_3复合材料摩擦磨损性能

在HT-1000型高温摩擦磨损实验仪上采用球面接触形式对WC-Al_2O_3复合材料进行滑动摩擦磨损实验,研究了WC-Al_2O_3复合材料从常温25℃到600℃温度条件下的摩擦磨损特性,并与WC-6Co进行对比。采用SEM、超景深显微镜及XRD对磨痕表面微观形貌及物相进行观察和分析。结果表明,在常温时,WC-Al_2O_3复合材料的摩擦系数较小,摩擦磨损性能较好。当温度升至600℃时,WC-Al_2O_3复合材料磨痕表面逐渐有氧化物生成,摩擦系数减小,磨损机制由低温下的磨粒磨损为主转化为氧化磨损,WC-Al_2O_3复合材料摩擦磨损性能较差。     

纳米铜自修复添加剂摩擦学性能研究

利用T-11摩擦磨损试验机进行了纳米铜自修复添加剂摩擦磨损试验,利用光学显微镜和扫描电镜对摩擦表面进行了形貌观察,利用能谱仪进行了磨痕表面元素分析.结果表明磨痕表面形成了富含铜元素的修复膜,静止上试样的磨痕表面比运动的下试样表面形成的薄膜厚,在摩擦表面有原始微损伤(磨削沟槽)的部位边缘有不连续的铜膜沉积.分析认为摩擦使得表面金属活化,不断产生新鲜金属表面,有利于自修复添加剂中的纳米铜与金属结合形成表面膜,对磨损表面起到自修复作用.     

不锈钢表面粗糙度对超高分子量聚乙烯摩擦磨损性能的影响

以超高分子量聚乙烯软骨材料为销样,316不锈钢硬骨材料为盘样,在自制的销－盘式磨损试验机上考察了不锈钢盘样表面粗糙度对超高分子量聚乙烯摩擦磨损性能的影响,并利用光学显微镜观察了摩擦副表面的形貌,结果表明,在干摩擦条件下,表面粗糙度对超高分子量聚乙烯的摩擦磨损有较大影响,存在着适合的表面粗糙度范围,使超高分子量聚乙烯摩擦系数,磨损率最小。     

含氢类富勒烯碳薄膜不同载荷下的磨损寿命研究

碳基薄膜在不同载荷工况下磨损寿命变化是影响其动态服役的关键,通常情况下,含氢碳薄膜的寿命随载荷增加而降低,但是含氢类富勒烯碳薄膜作为一类特殊结构的薄膜,其寿命随载荷的变化规律尚不清楚。本文采用直流电源激发等离子体辅助化学气相沉积的方法在硅片表面制备了含氢类富勒烯碳薄膜,研究了薄膜的磨损寿命随载荷的变化关系。采用球-盘往复摩擦实验机评价了薄膜的摩擦因数及磨损寿命,使用纳米压痕仪研究了薄膜在不同载荷下和不同磨损时间的磨痕硬度。结果显示,薄膜的磨损寿命随载荷的增加未发生明显变化;不同载荷下,在磨合期,摩擦表面发生了塑性变形,形成了硬化层,导致磨痕表面硬度(H)增加;摩擦因数稳定后,磨痕硬度不再变化;随着载荷变大,摩擦初期磨痕表面硬度增大;薄膜的磨损寿命(T)与载荷(W)的乘积(TW)与H成正比例关系,即载荷增加,薄膜表面硬度也随之增加,磨损降低,磨损寿命保持稳定。     

调制结构对Ti/TiB_2多层膜在模拟体液中摩擦学行为影响

采用磁控溅射法在316L不锈钢表面制备了具有不同调制结构的Ti/TiB_2多层膜,研究了调制结构对Ti/TiB_2多层膜在Hank’s模拟体液中与超高分子聚乙烯配副的摩擦学行为的影响。结果表明:多层膜的摩擦学行为与调制层数n间存在着一定的依赖关系。n=4的多层膜平均摩擦因数约为0.126,与316L不锈钢相比降低了34.3%;对磨副UHMWPE的磨损量明显降低,呈现出良好的减摩和耐磨效应。与316L不锈钢相比,多层膜在摩擦前后的自腐蚀电位提高,自腐蚀电流密度降低了2-3个数量级。n=4的多层膜开路电位为-0.237 V,也明显高于316L不锈钢。316L不锈钢磨损机理为磨粒磨损合并粘着磨损,多层膜的引入有效降低了316L不锈钢的磨粒磨损和粘着磨损程度。Ti/TiB_2多层膜在人工关节、人工椎间盘等医疗器械的表面改性有着广阔的应用前景。     

12Cr13钢表面双辉等离子沉积SiC涂层的形貌和耐磨性能

目前对不锈钢表面SiC涂层的摩擦磨损性能与制备过程中H2流量的相关性研究较少.通过双辉等离子表面冶金技术在传动机械用12Cr13不锈钢基表面制备SiC涂层,利用表面形貌表征和摩擦磨损试验,分析了H2流量对SiC涂层的表面形貌和耐磨性能的影响.结果表明:SiC涂层的表面呈现出环状与片层状花纹及凹坑、颗粒等形貌,并且随着H2流量的增加,其表面形貌缺陷程度也不断增加,各衍射峰呈现明显的增强或者减弱趋势.12Cr13不锈钢基体磨损测试后表现出明显的磨粒磨损特点;随着H2流量的增加,涂层与接触副接触时容易发生脆性破裂,涂层磨损明显,H2流量达到20 mL/min时,磨痕表现为深犁沟形态,此时以黏着磨损机制为主.