AlCrNiFeTi高熵合金涂层的电火花沉积制备与摩擦磨损性能

采用真空电弧熔炼法制备直径为7 mm AlCrNiFeTi高熵合金(high-entropy alloy,HEA)作为电极,使用电火花沉积技术在304不锈钢表面成功制备了AlCrNiFeTi高熵合金涂层。通过XRD、OM、EDS、SEM、显微硬度计、摩擦磨损试验机对涂层的微观组织结构和摩擦磨损性能进行研究。结果表明,AlCrNiFeTi电极与涂层均以BCC1和BCC2简单固溶体为主,电极微观组织结构呈典型的树枝晶。涂层由沉积点堆叠铺展形成,表面均匀致密呈橘皮状、凸凹不平,为喷溅花样展开,涂层截面结构无宏观缺陷,厚度约为59.67μm。AlCrNiFeTi涂层最大显微硬度为587.3HV_0.2,比基材的硬度提高了约2.45倍。随着载荷的增大,涂层的磨损机制由氧化磨损和轻微磨粒磨损转变为磨粒磨损和黏着磨损。当摩擦载荷为5 N时,磨损率为1.213×10^-3 mm³/(N·m),摩擦因数仅为0.446,涂层的磨损率较基材的磨损率减小了约28.3%。     

Al_xCrCuFeNi_2多主元高熵合金的摩擦磨损性能

采用球-盘式摩擦磨损试验机进行干燥、去离子水、模拟雨水3种环境和3种载荷(5,10,15N)下的正交实验,对比了两种不同结构的高熵合金材料在不同环境、不同载荷下的服役情况,对合金的摩擦磨损性能进行了探索。利用X射线衍射仪、白光干涉仪、光学显微镜以及扫描电子显微镜分别测试样品的物相组成,观察磨痕轮廓,分析合金的金相组织和表面磨损形貌,并对其磨损机理进行了分析。结果表明:Al_(1.3)CrCuFeNi_2合金耐磨性明显优于AlCrCuFeNi2合金。Al_xCrCuFeNi_2合金在液体环境中耐磨性更好。合金在干摩擦条件下,摩擦机理主要为氧化、黏着磨损,塑性变形和磨粒磨损。在水中,磨粒磨损起主导作用,同时具有氧化、腐蚀和轻微的黏着现象。     

高硅铝合金的摩擦磨损性能

采用喷射沉积技术和热挤压致密化技术制备Al-22Si和Al-27Si(质量分数)两种高硅铝合金,研究两种合金在不同载荷下的摩擦行为和磨损机理。结果表明,与铸态合金相比,喷射沉积技术制备的高硅铝合金具有晶粒细小、成分均匀的组织特征;在载荷为30,45,60和75 N下,Al-22Si合金的磨损以粘着磨损和氧化磨损为主;Al-27Si合金在低载荷下以粘着磨损为主,在高载荷下的磨损行为时粘着磨损和磨粒磨损的混合磨损机制。含有较高硅含量的Al-27Si合金具有相对小的摩擦系数和磨损率。随着载荷增大,两种合金的磨损量逐渐增大。     

微量润滑条件下Si3N4陶瓷 白口铸铁的摩擦学性能研究

采用块 盘式摩擦磨损试验方法,在MG 200摩擦磨损试验机上对Si3N4陶瓷 白口铸铁摩擦副进行了微量润滑条件下的摩擦磨损试验,同时根据试件的SME照片和能谱成分分析了摩擦磨损机理,为陶瓷材料的制备及减少磨损提供理论依据。试验和分析结果表明：微量润滑条件下Si3N4陶瓷的磨损率和摩擦系数要比干摩擦条件下小得多;Si3N4陶瓷的磨损率随载荷的增大而增大,滑动速度对磨损率的影响要小于载荷对其的影响;Si3N4陶瓷 白口铸铁的摩擦系数随速度的增大而减小,载荷的变化对摩擦系数的影响不大;Si3N4陶瓷的磨损是化学磨损、机体物质脱落和磨粒磨损共同作用的结果,其中化学磨损起主导作用。     

(TiC-TiB2)-Ni复合陶瓷的高温摩擦磨损性能

为了进一步优化复合陶瓷的制备工艺,以采用高温自蔓延合成法(SHS)制备的(Ti C-Ti B2)-30%Ni复合陶瓷材料作为研究对象,研究其在不同温度、载荷和摩擦速度下的摩擦系数和磨损率。采用光电分析天平对磨损前后试样进行称重,采用扫描电子显微镜(SEM)对磨损形貌进行观察。结果表明:在磨损温度、摩擦载荷和速度较低时,摩擦系数较高,此时的磨损机制主要为磨粒磨损;随着温度、载荷和速度的升高,磨损表面生成氧化膜,此时磨损机制变化为氧化磨损,摩擦系数降低;磨损率随温度的升高呈现降低的趋势,但随着载荷和速度的增加,磨损率也随之增大。     

高Cu铸造铝合金的摩擦磨损性能EI北大核心CSCD

采用压铸工艺制备Cu含量为5%~20%(质量分数,下同)的Al-Cu合金试样。在布氏硬度计上测定试样的硬度,利用球盘往复式磨损试验机进行3种载荷(1~5 N)的磨损实验,通过SEM和EDS分析不同Cu含量试样的磨损机理。结果表明:随着Cu含量从5%增加至20%,Al-Cu合金中θ相的体积分数由2.00%增加到25.80%,且θ相的尺寸逐渐增大;硬度从59HB增加到170HB。摩擦因数在0.4~0.85范围内变化;Al-Cu合金试样的比磨损率随Cu含量增加先急剧降低后趋于平缓,Cu含量达到15%以上合金试样比磨损率变化不大,最低比磨损率在4.1×10^(-4)mm 3·N^(-1)·m^(-1)左右;较低Cu含量试样的比磨损率随载荷变化显著,随着Cu含量增加比磨损率差别减小。Al-Cu合金的主要磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损,低Cu含量试样以黏着磨损为主,高Cu含量试样以磨粒磨损为主;随着载荷的增加,低Cu含量试样黏着磨损程度增加,高Cu含量试样磨粒磨损程度增加。     

Si3N4陶瓷-冷激铸铁在微量润滑条件下的摩擦学特性

利用MG-200型高速高温摩擦磨损试验机,采用块-盘式实验方法,对Si3N4陶瓷-冷激铸铁摩擦副从室温到150℃进行了微量润滑摩擦磨损实验,得到了该摩擦副的摩擦系数和Si3N4陶瓷的磨损率.同时根据试件的SEM照片和能谱成分分析了摩擦磨损机理,并与无润滑时所得实验结果进行了比较.结果表明:微量润滑条件下Si3N4陶瓷的磨损率和摩擦系数要比无润滑条件下小的多;Si3N4陶瓷的磨损率随载荷和温度的增大而增大,滑动速度的影响要小于载荷的影响;该摩擦副的摩擦系数随环境温度的提高而增大,随速度的增大而减小,载荷的变化对其影响不大;Si3N4陶瓷的磨损是化学磨损、机体物质脱落和磨粒磨损共同作用的结果,其中化学磨损是引起其他两类磨损的主要原因.     

极地船舶新型低温钢板的干摩擦性能

为了探讨极地船舶新型钢板(LTSM)的实用性,采用UMT-3 Tribolab多功能摩擦磨损试验机测试了其摩擦性能,研究了不同载荷下的磨损行为及其磨损机制,并与现役的DH_32型低温高强钢板进行了对比。结果表明:随着载荷的增加,2种钢板的摩擦系数都有所降低,LTSM的磨损率较DH_32的低,磨损后的接触表面硬度比磨损前有增加;当载荷从10 N升高到30 N时,LTSM的磨损机理由黏着磨损转化为磨粒磨损和疲劳磨损,在磨损过程中会发生氧化磨损;磨损过程中氧化层、转移层和磨屑都会对摩擦系数产生影响。     

NiTi合金生物医用材料表面镀类金刚石薄膜的性能研究

用脉冲电弧离子镀技术在NiTi合金生物材料表面沉积了类金刚石(DLC)薄膜.研究分析结果表明制备的DLC薄膜是四面体非晶碳薄膜;随着DLC薄膜厚度的增加,薄膜的表面粗糙度增加,薄膜中sp3的含量减少;随着sp3含量的增加,薄膜的纳米硬度升高;划痕实验表明临界载荷大于0.9 N.研究得出与NiTi合金相比,DLC薄膜能够有效地降低摩擦系数和磨损.DLC薄膜的摩擦系数主要与薄膜的硬度及薄膜中sp3的含量有关,DLC薄膜的磨损主要是轻微的磨粒磨损及疲劳磨损.     

AZ91及AZ91-Y合金复合干摩擦性能的对比

为了探究AZ91镁合金的复合干摩擦行为,以未淬火45钢为摩擦副,在不同载荷下(100,200,300 N),开展AZ91及Y含量为1.0%(质量分数)合金的复合干摩擦实验。采用OM,XRD,SEM等观察合金的磨损形貌并分析磨损机理。结果表明:增加法向载荷,两试样复合磨损率线性增加但摩擦因数却逐渐减小;Al 2Y硬质颗粒可细化晶粒、弱化相界面开裂倾向以提高AZ91-Y合金耐磨性。100,300 N法向载荷下,AZ91-Y合金主要磨损机制分别为磨粒磨损和剥离磨损,与基体(AZ91)一致,其磨损率分别降低了21.7%和5.9%。     

硼酸铝晶须/双马来酰亚胺树脂摩擦磨损性能

研究了不同偶联剂及硼酸铝晶须添加量对硼酸铝晶须/双马来酰亚胺复合材料的摩擦磨损性能的影响。结果发现,硼酸铝晶须能有效地提高复合材料的耐磨性,晶须的加入使材料的磨损率明显降低;偶联剂对材料摩擦磨损性能的影响不明显;体系中添加硼酸铝晶须后随摩擦时间的延长复合材料的摩擦系数呈增大趋势。当晶须含量较小时摩擦机制主要是轻微的粘着磨损和疲劳磨损,当晶须含量大于8%时,疲劳磨损占主导地位,同时伴有粘着磨损和磨粒磨损。      

激光熔覆MoNbTaVW难熔高熵合金涂层微动磨损性能

研究了采用激光熔覆技术制备的MoNbTaVW难熔高熵合金涂层在不同载荷(10N、20N、30N)、不同微动磨损幅值(50μm、150μm、250μm)、不同循环次数(5 000、10 000、15 000)下的微动磨损性能及微动磨损机制。结果表明:所制备的MoNbTaVW难熔高熵合金涂层由Fe₇Ta₃型HCP固溶体相、FCC固溶体相及(Fe,Ni)基体相组成,其中FCC相为未熔的高熵合金粉末。根据正交实验极差分析可知,微动磨损幅值对磨损体积的影响最大,微动磨损载荷对磨损体积的影响次之,微动磨损循环次数对磨损体积的影响最小,其中MoNbTaVW难熔高熵合金涂层在15 000次、20N、250μm微动磨损条件下的磨损体积达到最大值;微动磨损载荷对摩擦系数的影响最大,微动磨损幅值对摩擦系数的影响次之,微动磨损循环次数对摩擦系数的影响最小,其中MoN bTaVW难熔高熵合金涂层在10 000次、30 N、150μm微动磨损条件下的摩擦系数达到最大值。MoNbTaVW难熔高熵合金涂层的微动磨损机制主要为氧化磨损和黏着磨损,磨损产生的磨损碎片主要为Ta、...     

水润滑条件下氧化锆颗粒及碳纤维共混增强聚醚醚酮复合材料的摩擦性能研究

通过熔融共混法制备了碳纤维(CF)和氧化锆颗粒(ZrO_2)共混增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料,并对其水中的摩擦学性能进行了研究。实验结果表明,该混杂增强复合材料在水中具有优异的摩擦学性能,其摩擦系数随载荷的增加无明显变化,而磨损率则随着载荷的增加而逐渐降低。该材料在水中的磨损机制主要表现为轻微的磨粒磨损和疲劳磨损,碳纤维是复合材料耐磨性得到增强的主要原因,其作为复合材料摩擦面表层的主要承载相,承担了两摩擦面之间的大部分载荷,并保护聚合物基体免于受到对磨副的严重磨损。氧化锆颗粒的加入则有效抑制了摩擦过程中碳纤维的破损与脱落,从而使得混杂增强PEEK复合材料比单纯碳纤维增强的PEEK复合材料具有更加优异的耐磨性能。但过多颗粒的加入会加剧疲劳磨损,从而降低材料的耐磨性。     

低能载条件下C/C复合材料滑动摩擦磨损性能

采用MM-200型环-块摩擦磨损试验机测试了针刺碳毡增强C/C复合材料试样在不同载荷和转速条件下的摩擦磨损性能,借助数码显微镜和扫描电镜观察分析了摩擦表面形貌。结果表明:当转速较低时,摩擦系数比较稳定,磨损率随载荷提高而增大;当转速较高时,低载荷试样摩擦系数不大,磨损率有所增加,而高载荷试样的摩擦系数在5分钟左右时出现峰值然后回落并保持稳定,磨损率急剧增加,说明磨损机制发生变化;摩擦面平行于X-Y向的C/C复合材料磨损率较小,具有较好的摩擦磨损性能。     

三种NiAl材料的室温摩擦磨损性能

测试二元NiAl合金、NiAl-Al2O3-TiC原位内生复合材料以及NiAl-Cr(Mo)-Hf共晶合金的室温摩擦磨损性能,研究了磨损机制.结果表明:NiAl材料的抗磨损性能与材料的硬度和断裂韧性成正比,在磨损过程中硬质陶瓷颗粒能有效地传递应力和起到支撑作用,减轻材料的磨损.因此NiAl-Al2O3-TiC复合材料的抗磨损性能最好,在相同工况下其磨损率为NiAl-Cr(Mo)-Hf共晶合金的1/4-3/4和二元NiAl合金的1/20-1/10.摩擦系数随着三种NiAl材料硬度的提高而降低.三种NiAl材料的室温干摩擦磨损过程受控于塑性变形,其磨损机制主要是磨粒磨损机制,随着载荷的增加,磨损表面依次呈现出塑性变形、显微剥落和粘着磨损特征,磨损机制的改变对磨损率和摩擦系数具有重要的影响.     

玻璃纤维增强聚醚醚酮复合材料在水润滑下的摩擦学性能

利用球盘式摩擦磨损试验机考察了玻璃纤维(GF)增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能,并探讨了其磨损机理。结果表明:在干摩擦和水润滑条件下,PEEK和GF/PEEK的摩擦因数和磨损率均随载荷和对磨时间的增加逐渐增大并趋于稳定,GF的加入可以显著降低GF/PEEK复合材料的摩擦因数和磨损率;在水润滑条件下,PEEK和GF/PEEK的摩擦因数和磨损率比干摩擦下显著降低。干摩擦下,PEEK以黏着磨损和磨粒磨损的混合磨损形式为主,水润滑条件下,磨损方式主要是以轻微的黏着磨损为主;干摩擦下,GF/PEEK磨损表面有大量的微观断裂裂纹和破碎,以磨粒磨损和疲劳磨损为主,水润滑条件下,磨损表面仅有微观切削的痕迹,磨损方式以轻微磨粒磨损为主。由于水的冷却和润滑作用,使得复合材料向对偶钢球的黏着转移明显减弱,同时阻止了对偶钢球上的Fe向复合材料磨损表面转移,从而减轻摩擦、降低摩擦表面温升,显著改善复合材料的摩擦磨损性能。     

不同环境气氛中NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re合金的摩擦磨损特性

本工作研究了空气、真空以及氮气环境中NiAl-2. 5Ta-7. 5Cr-1B-5Co-2. 5Re合金的磨损特性。采用XRD、SEM、EDS分析了合金的相组成与磨损机制。结果表明:真空与氮气中,合金磨损表面没有形成氮化物以及化学吸附层,合金与对磨件直接接触磨损;空气的氧化作用导致部分合金磨损表面生成了氧化膜,产生一定程度的氧化磨损。不同环境气氛中,合金的磨损率主要受控于磨损表面接触状态和磨损机制;当载荷为3～5 N时,磨损表面呈弹性接触状态,磨损率主要受控于粘着磨损机制;当载荷为10～20 N时磨损表面呈塑性接触状态,磨损率主要受控于磨粒磨损机制。真空与氮气中,合金的摩擦系数主要受控于摩擦力的剪切作用;空气中,磨损表面的氧化膜对摩擦系数产生重要影响。     

Inconel 718合金表面纳米多层CrAlN/CrN涂层的制备及高温摩擦学性能研究

为提高Inconel 718合金的表面硬度和高温摩擦磨损性能,采用多弧离子镀技术在其表面制备CrAlN/CrN涂层。使用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、纳米压痕仪和划痕仪等对涂层的微观结构、力学性能进行分析表征。使用UMT摩擦磨损试验机测试涂层在室温、350℃和650℃下的摩擦性能,并对磨痕的形貌特征、元素分布和物相进行分析,分析涂层在不同温度下的摩擦磨损机制。结果表明：纳米多层CrAlN/CrN涂层微观结构致密,主要由fcc-CrN相组成,择优取向为(200)晶面;CrAlN/CrN涂层在Inconel 718合金表面具有良好的力学性能,其硬度和结合力分别为(29.3±1.2) GPa和70.4 N;涂层在室温和350℃下具有优异的耐磨性,磨损率分别低至1.5×10^-6 mm³/(N·m)和1.7×10^-6 mm³/(N·m),主导的磨损机制分别为磨粒磨损和疲劳磨损;650℃时涂层达到最低摩擦系数(0.33),但磨损率有所升高,主要表现为磨粒磨损。     

液相等离子体法制备石墨烯及其摩擦学性能

为制备一种低成本的石墨烯作为润滑油添加剂,采用液相等离子体法制备了石墨烯粉末,研究放电电压与电流的对应关系及电解质浓度对起始放电电压的影响。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和拉曼光谱对石墨烯的微观形貌和组成进行表征,利用分光光度计研究不同石墨烯添加量在润滑油中的分散性和透光性,利用往复式摩擦试验机对不同石墨烯添加量的润滑油的摩擦学性能进行测试。结果表明:在相同电解质环境下,等离子体放电所需的功率基本恒定,当电解质Na2CO3浓度为0.3 g/L时,所需的起始电压(1.24 k V)和功率(0.258 kW)最低;制备的石墨烯粉末呈片层结构,在润滑油中的分散稳定性较好,静置48 h后透光率略有下降;当石墨烯添加量为0.4%和0.5%时,润滑油摩擦系数较低,约0.04,缸套和活塞环的磨损率下降至(2.5～2.8)×10-7mm3/(N·m),且随石墨烯添加量的增加继续稳定在较低水平;石墨烯作为润滑油添加剂可在摩擦表面形成稳定的吸附膜和化学反应膜,减少摩擦副的直接接触,使黏着磨损转变为轻微的磨粒磨损和腐蚀磨损,降低了摩擦系数和磨损率。     

AZ80A、ZK60A和ME20M镁合金干摩擦学性能研究

镁合金被广泛应用于航空航天、汽车及军事等领域,但其摩擦学性能对零部件的服役寿命和可靠性具有重大影响.本研究采用往复式球-盘摩擦方式,通过与GCr15钢球配副,研究干摩擦条件下AZ80A、ZK60A和ME20M镁合金在不同滑动速度和载荷条件下的摩擦磨损行为.采用扫描电子显微镜和能谱仪分析镁合金的显微结构及磨损机理.结果表明:当滑动速度超过0.10 m/s时,随着速度的增加,合金的摩擦系数逐渐降低,而磨损率则先减小后增大,其原因在于摩擦热的作用导致摩擦表面形成了氧化物,同时材料表面软化,剪切力降低,使摩擦系数和磨损率不断减小;当滑动速度增加到0.20 m/s时,摩擦表面温度升高,金属软化导致磨损表面金属氧化物剥落,增大了合金的磨损率.随着载荷的增加,合金的摩擦系数和磨损率持续降低.干摩擦条件下镁合金的磨损机理逐渐由磨粒磨损和塑性变形转变为磨粒磨损、氧化磨损、粘着磨损和塑性变形.与ZK60A和ME20M相比,AZ80A镁合金表现出较好的摩擦学性能,这归因于合金的高硬度、β-Mg17 Al12硬质相的支撑作用以及摩擦过程中形成的氧化物.