微喷砂处理对TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiOCN多层涂层摩擦磨损性能的影响

目的采用微喷砂的方法对TiN/MT-TiCN/Al_2O_3/TiOCN多层涂层进行后处理,研究其对涂层摩擦磨损性能的影响。方法采用化学气相沉积(CVD)的方法在硬质合金基体上沉积多层涂层,并进行微喷砂处理。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征涂层的显微组织结构,利用显微维氏硬度计、纳米压痕仪、X射线应力仪以及划痕仪测试涂层的硬度、应力和结合力,采用往复式多功能摩擦磨损试验机(UMT-3T)研究涂层的摩擦磨损性能。结果 TiN/MT-TiCN/Al_2O_3/TiOCN多层涂层经过微喷砂处理后,表层粗糙度改善,显微硬度提高21.4%,顶层TiOCN的纳米压痕硬度由微喷砂前的36.31 GPa增大至39.32 GPa,摩擦系数降低,磨损体积由微喷砂前的1.95×10~(-3) mm~3增大至2.26×10~(-3) mm~3,磨损率由微喷砂前的1.81×10~(-6) mm~3/(N·m)增大至2.10×10~(-6) mm~3/(N·m)。微喷砂后处理在提高TiOCN顶层硬度的同时,也减薄了TiOCN顶层的厚度,并使得TiOCN层表面出现明显的裂纹,Al_2O_3层的抗塑性变形能力变弱,从而使顶层TiOCN被提早磨穿,Al_2O_3层产生大量磨屑,加剧了磨损,微喷砂后涂层表现出较差的耐磨性。结论微喷砂处理可以有效改善涂层力学性能。但在涂层较薄的情况下,微喷砂处理造成的裂纹和减薄现象会使其整体耐磨损性能下降。     

α-Al_2O_3层厚度对TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN涂层抗氧化性能的影响

为获得抗氧化性能更为优越的TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN复合涂层,本文采用中温化学气相沉积(MT-CVD)在WC-Co硬质合金基体表面沉积不同厚度α-Al_2O_3层的TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN多层涂层,并在1 000℃下对涂层试样进行氧化实验。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等手段研究α-Al_2O_3层厚度对TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN涂层抗氧化性能的影响,确定可显著提高涂层抗氧化性能的α-Al_2O_3层厚度,同时探索涂层的抗氧化机理。结果表明:随着α-Al_2O_3层厚度的增加,TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN多层涂层试样氧化后质量增量减少,涂层氧化增厚降低。当α-Al_2O_3层厚度为6.5μm时,TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN涂层的抗氧化性能显著提高。随着涂层厚度的增加,涂层阻止O向涂层内部扩散及Al、Ti向外部涂层扩散能力增强,抗氧化性能更优越。     

TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN多层涂层的摩擦磨损性能

采用化学气相沉积(CVD)技术在硬质合金表面沉积TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN多层涂层,并对其进行微喷砂处理.采用扫描电镜(SEM)表征涂层的组织结构,利用显微硬度计、纳米压痕仪、划痕测试仪和往复式摩擦磨损实验机(UMT-3)测试涂层的硬度、结合强度和摩擦磨损性能,并与TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiOCN涂层进行比较.结果 表明:TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN涂层的磨损机理主要包括磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损和疲劳磨损.相比于摩擦1h,TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN涂层摩擦2h,剥落增多,且磨粒磨损、粘着磨损和疲劳磨损加剧,磨损率增加了33.3％;摩擦3h,涂层磨粒磨损、粘着磨损和疲劳磨损进一步加剧,但剥落减轻,磨损率较摩擦2h略有降低.摩擦1h,TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN涂层的摩擦系数(0.33)比TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiOCN涂层(0.39)低;尽管TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN涂层韧性好,疲劳磨损较轻,但磨粒磨损严重,且存在明显剥落,磨损率高,耐磨性较差.     

等离子喷涂Cu-Al2O3复合涂层制备及摩擦学性能研究

目的研究铜的添加对Al_2O_3涂层摩擦磨损性能的影响。方法采用等离子喷涂技术在20钢表面分别制备Al_2O_3和Cu-Al_2O_3涂层。对两种涂层显微硬度、结合强度、摩擦磨损性能进行对比研究,并分析涂层的相组成、组织结构、磨损形貌。结果 Al_2O_3原始粉末含有α-Al_2O_3相,制成涂层后有γ-Al_2O_3新相生成。Cu-Al_2O_3原始粉末主要由Cu、α-Al_2O_3相组成,所制备Cu-Al_2O_3涂层有γ-Al_2O_3和Cu_2O新相生成。两种涂层均由基体、粘结层、涂层组成,各层之间有明显的界面,层与层之间结合良好。Cu-Al_2O_3涂层较Al_2O_3涂层孔隙、微裂纹减少。添加铜后,结合强度明显提高,Al_2O_3涂层的结合强度为7.56 MPa,Cu-Al_2O_3涂层的结合强度为15.96 MPa,而显微硬度变化不大。Cu-Al_2O_3涂层的摩擦系数明显降低,且波动幅度较小;磨损率为5.93×10~(-4)mm~3/m,比Al_2O_3涂层降低了14.68%。与Al_2O_3涂层相比,Cu-Al_2O_3涂层磨痕处剥落坑面积减小,磨损表面比较平整,剥落现象减轻,主要磨损机制为剥落。结论铜的添加改善了Al_2O_3涂层的摩擦磨损性能。     

TiN、TiCN和CrN涂层在海水环境下的摩擦学性能

为提高海洋机械系统关键摩擦零部件的摩擦学性能,分别用多弧离子镀制备的TiN、TiCN和CrN涂层进行其表面防护。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X-射线衍射仪(XRD)表征涂层的结构,用纳米压痕和划痕仪测试其硬度和结合力,并用UMT-3往复式摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦磨损性能。结果表明,在海水环境中CrN涂层具有最低的摩擦因数。TiN和TiCN涂层已被磨穿,而CrN涂层在海水中最大磨痕深度为1.5μm左右,表明CrN在海水环境中具有良好的耐磨性。CrN涂层在海水中涂层的磨损率小于在蒸馏水中,说明海水的腐蚀作用在磨损过程中不明显,而海水环境良好的润滑性能起了主导作用,导致磨损率较低,这表明CrN涂层在海水环境中主要的磨损机理为机械磨损。     

改性纳米Al2O3/环氧树脂复合防腐蚀涂料的制备及性能

在环氧树脂中添加不同量的改性纳米Al_2O_3颗粒,制备了改性纳米Al_2O_3/环氧树脂复合防腐蚀涂料。通过扫描电镜、显微维氏硬度计、傅里叶变换红光谱仪及摩擦磨损试验机,分别从表面形貌、硬度及耐磨性,研究了改性纳米Al_2O_3对涂层性能的影响。结果表明:在环氧树脂中添加5%(质量分数)的改性纳米Al_2O_3颗粒,可以使涂层的硬度由13.4 HV增加至19.5 HV,耐磨性明显提高。     

海水环境中钛合金表面不同过渡层对TiCN涂层动态耐磨性能的影响

本文采用多弧离子镀技术在Ti6Al4V合金表面沉积TiCN涂层,并在基体和TiCN涂层之间引入Ti和TiN过渡层以提高TiCN涂层界面结合强度,研究了海水环境中不同过渡层对TiCN涂层摩擦学性能的影响。研究结果显示,所制备的TiCN涂层具有均匀致密的结构,涂层总厚度均为2 mm。TiN/TiCN涂层硬度高达30 GPa,高硬度平台区域也最长。TiN作为过渡层的TiCN涂层结合强度最高,Lc1和Lc2分别高达60 N和80 N。TiN做过渡层的TiCN涂层具有低的摩擦系数和最低的磨损率,在海水环境中呈现出最佳的耐磨性能。     

钛合金表面不同过渡层对TiCN涂层在海水环境中动态耐磨性能的影响

采用多弧离子镀技术在Ti6Al4V合金表面沉积TiCN涂层,并在基体和TiCN涂层之间引入Ti和TiN过渡层以提高TiCN涂层界面结合强度。研究了海水环境中不同过渡层对TiCN涂层摩擦学性能的影响。研究结果显示,所制备的TiCN涂层具有均匀致密的结构,涂层总厚度均为2mm。TiN/TiCN涂层硬度高达30 GPa,高硬度平台区域也最长。以TiN作为过渡层的TiCN涂层结合强度最高,Lc1和Lc2分别高达60 N和80 N。TiN作过渡层的TiCN涂层具有低的摩擦系数和最低的磨损率,在海水环境中呈现出最佳的耐磨性能。     

等离子渗镀TiN/TiCN多涂层的力学和摩擦磨损性能

采用等离子渗镀复合处理技术在DC53模具钢表面制备出TiN/TiCN多层涂层,重点研究了等离子渗氮(PN)和等离子氮碳共渗(PNC)工艺对随后的电弧离子镀TiN/TiCN涂层的力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明:经等离子渗氮和等离子氮碳共渗处理后,模具钢基体表面均形成Fe_3N和γ'-Fe_4N化合物。等离子渗氮(等离子氮碳共渗)-电弧离子镀复合处理工艺制备的TiN/TiCN多层涂层的硬度和结合强度明显优于单一的TiN/TiCN多层涂层样品。由于等离子氮碳共渗硬化层中存在较多的γ'-Fe_4N硬质相,有利于面心立方结构氮化物涂层外延生长,改善了涂层体系的承载能力,耐磨损性能得到显著提升。     

纳米TiO_2含量对等离子喷涂Al_2O_3/TiO_2涂层耐磨性的影响

采用大气等离子喷涂设备在H13热作模具钢表面制备了不同纳米TiO_2含量的Al_2O_3/TiO_2陶瓷复合涂层,并应用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、摩擦磨损试验机等研究了陶瓷复合涂层的微观形貌、物相组成、显微硬度及摩擦磨损性能。结果表明,不同纳米TiO_2含量的Al_2O_3/TiO_2陶瓷涂层均为层片结构,存在一定的孔隙和裂纹,纳米TiO_2添加可以改善涂层表面质量。XRD图谱显示陶瓷涂层主要由α-Al_2O_3、γ-Al_2O_3和Rutile-TiO_2相组成,Al_2O_3再结晶过程中部分α-Al_2O_3转变为γ-Al_2O_3,且再结晶过程发生晶粒细化。涂层显微硬度平均值为1153 HV0.2。纳米TiO_2添加可以降低涂层摩擦因数,但其含量对涂层耐磨性影响不明显。     

Effect of micro-blasting on the tribological properties of TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiCNO coatings deposited by CVD

The effect of micro-blasting on the tribological properties of TiN/MT-TiCN/Al₂O₃/TiCNO coatings was studied. The multilayer coatings were deposited on cemented carbides by chemical vapor deposition. The microstructure, mechanical and tribological properties were investigated using X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM), nano-mechanical testing system, scratch tester and reciprocating tribometer. The results show that micro-blasting significantly reduces the surface roughness and converts the residual tensile stress of Ti(C,N,O) top-layer and Al₂O₃ layer into compressive stress. Affected by the residual compressive stress, the hardness and adhesion strength are increased. More importantly, the friction coefficient is decreased attributed to the decreased surface roughness and improved hardness. Also, the wear resistance of micro-blasted TiN/MT-TiCN/Al₂O₃/TiCNO is superior due to higher hardness of Ti(C,N,O) top-layer, Al₂O₃ layer and adhesion strength of coatings. Especially for the total sliding time of 2 h, the wear volume and wear rate of micro-blasted coatings are 69.4% of as-deposited coatings, because micro-blasting helps to increase the adhesion strength and micro-cracking resistance, which play important roles in the improvement of wear resistance. Micro-blasting has a positive effect on the friction and wear properties of TiN/MT-TiCN/Al₂O₃/TiCNO multilayer coatings since the adverse impact of top-layer thinning is offset.     

Tribological behavior and wear mechanisms of TiN/TiCN/TiN multilayer coatings

This work employs the PVD process to deposit coatings of single layer TiN, binary layer TiN/TiCN, multilayer TiN⇔⇔N, and sequenced TiN⇔CN⇔N multilayer coatings with variable individual TiN-layer and TiCN-layer thicknesses on tungsten carbide disks and inserts. Also investigated are the fracture mechanisms and the influence of sequence and thickness of these coatings on cylinder-on-disk, line-contact wear mode and ball-on-disk, point-contact wear mode through SRV reciprocating wear tests. Actual milling tests identify wear performance. Experimental results indicate that the coating with a total thickness of 7 Μm and layer sequence TiN/TiCN/TiN exhibits good wear resistance on SRV wear test and milling test. The thickest multilayer TiN/Ti/TiN coating, although having the highest hardness, has the worst wear resistance for all tests. No-tably zero-wear performance was observed for all coating disks under cutting fluid lubricated condition due to the transferred layers formed between the contact interface.     

INVESTIGATION ON MICROSTRUCTURE AND TRIBOLOGICAL PROPERITIES OF CORED WIRE ARC SPRAYED Al/Al 2 O 3 COATINGS

１．ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＢｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｓｍａｌｌｅｒｓｐｅｃｉｆｉｃｗｅｉｇｈｔａｎｄｇｏｏｄｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ,ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄａｌｕｍｉｎｕｍｍａｔｒｉｘｂｕｌｋｍａｔｅｒｉａｌｈａｓａｌａｒｇｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｍａｃｈｉｎｅｐａｒｔｓｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅｈａｖｅｂｅｅｎａｌｏｔｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｗｅａｒｂｅ…     

保温时间对Ti/TiN/TiCN涂层结构、残余应力及耐磨性的影响

目的 改善镁合金表面硬度和耐磨性能。方法 采用磁控溅射法在AZ31表面制备复合Ti/TiN/TiCN涂层,在不同保温时间下对沉积后的复合涂层进行退火处理。借助X射线荧光光谱(XRF)测试复合涂层表面平均元素含量,采用X射线小角掠入射(GIXRD)技术研究涂层物相组成和残余应力,利用扫描电镜(SEM)观察涂层表面形貌和磨痕形貌,借助销盘式摩擦磨损试验机和纳米压痕仪评估涂层的耐磨性能。结果 退火涂层的晶粒尺寸增加,内部缺陷减少,涂层更致密,残余应力显著下降。退火前后涂层的物相均为FCC的TiCN,不同保温时间下的涂层具有不同的择优生长取向。随着保温时间的延长,涂层表面Ti、C含量先增后减,N元素含量先减后增,涂层表面硬度下降,摩擦因数增大,耐磨性能下降。沉积涂层的韧性较好,摩擦因数波动较大,磨损机制以刮擦磨损为主。退火30 min后,涂层的磨损率最低,磨损机制以磨粒磨损和黏着磨损为主。退火90 min后,涂层的磨痕最宽,韧性最差,磨损率最高,磨损机制以磨粒磨损和氧化磨损为主。结论 退火有助于降低残余应力,但退火时间不宜过长,时间超过30 min,涂层的耐磨性能下降。     

Al对反应火焰喷涂Al2O3基复相涂层性能的影响

以Al-CuO为主反应体系，利用反应火焰喷涂技术制备了Al2O3基复相涂层。测试了不同Al含量团聚粉喷涂所得涂层与基体的结合强度、显微硬度、孔隙率及耐磨损性能，分析了Al含量对反应火焰喷涂Al2O3基复相涂层性能的影响规律。研究发现，当团聚粉中Al过量6％（质量分数）时，涂层与基体结合强度为24．6MPa，显微硬度5149MPa孔隙率为10．5％，磨损量14．9mg／h，均较Al不过量时明显提高，具有良好的综合性能。     

TiN及TiSiN涂层在海水环境下的摩擦学行为研究

目的对比研究海水环境下Ti N及Ti Si N涂层与Al2O3对磨的摩擦磨损行为。方法采用多弧离子镀技术在316L不锈钢及单晶硅片上制备Ti N及Ti Si N涂层。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及X射线光电子能谱仪(XPS)分析了涂层的截面形貌及化学组织成分。选择纳米压痕仪测量了Ti N及Ti Si N涂层的硬度及弹性模量,使用UMT-3往复式摩擦试验机研究了人工模拟海水环境下Al2O3与Ti N及Ti Si N涂层对磨后的摩擦磨损行为,并采用扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)及表面轮廓仪来深入分析了磨痕的摩擦磨损情况。结果研究表明,Ti N涂层的硬度为32.5 GPa,当Si元素掺入涂层以后,Ti Si N涂层的硬度提高到了37 GPa。同时,较之于Ti N涂层,Ti Si N涂层的腐蚀电流密度下降了一个数量级。在摩擦实验中,Ti N涂层的摩擦系数和磨损率分别为0.35和5.21×10-6 mm3/(N·m),而Ti Si N涂层的摩擦系数和磨损率均有明显下降,分别为0.24和1.96×10-6 mm3/(N·m)。结论 Si元素掺杂后能显著提高Ti N涂层在海水环境下的摩擦学性能,主要归因于结构的致密,硬度、韧性、抗腐蚀性的提高及润滑相的形成。     

氧的掺入对化学气相沉积TiCN涂层的影响

本文采用X射线衍射仪(XRD)、高分辨扫描电镜(HRSEM)、显微维氏硬度计、声发射划痕仪,研究了以化学气相沉积(CVD)法制备的TiCN和TiCNO涂层。通过对比涂层的相结构、组织形貌、硬度及结合强度,分析氧的掺入对TiCN涂层显微结构和力学性能,特别是结合强度的影响。结果表明:CVD制备的TiC0.81N0.48涂层截面呈柱状结构,硬度和结合强度分别为2 063 HV及127 N。掺入氧后的TiC0.61N0.44O0.15和TiC0.52N0.25O0.1涂层没有出现新的物相,为面心立方结构的TiCNO固溶体,具有(111)织构;氧的掺入细化了晶粒,使涂层转变为致密结构;其硬度分别提高至2 207 HV和2 753 HV,但与基体结合强度分别下降至88 N和63 N。     

Ni-P/Al2O3化学复合镀工艺研究

采用正交设计法对Ni-P/Al2O3化学复合镀工艺进行了优化。研究了镀液成分，工艺参数对复合镀层厚度，显微硬度，耐蚀性，耐磨性的影响，结果表明，Ni-P/Al2O3化学复合镀层的显微硬度，耐磨性优于Ni-P化学镀层的，弥散分布的Al2O3颗粒能显著减缓复合镀层在较高温度下的软化趋势。     

Al2O3/Mo复合材料的制备与性能

采用溶胶-凝胶法制备氧化铝颗粒增强的钼基复合材料.测定了钼基体的显微硬度;用SEM,TEM及XRD分别对混合粉体与坯体进行了微观分析;用销盘式摩擦磨损试验机测定了复合材料的滑动磨损性能.结果表明:在复合粉体及其材料中,Al2O3作为分散相具有细化晶粒的作用,随氧化铝体积分数增加,钼基体显微硬度增加,复合材料摩擦系数缓慢降低,磨损量先增加后减少,一定程度上改善了材料的磨损性能.     

Characterization and wear properties of nanoscaled TiN/TaN multilayer coatings

The structural, morphological, mechanical and tribological characterization of nanoscaled multilayer TiN/TaN coatings deposited by magnetron sputtering technology were investigated by low angle X-ray diffractometry, high angle X-ray diffractometry, atomic force microscopy, microhardness, pin-on-disc testing and 3-D surface profiler. The results show that the TiN/TaN coatings exhibit good modulation period and sharp interface between TiN and TaN layers. In mutilayered TiN/TaN coatings, TiN layers have cubic structure, but hexagonal structure emerged among TaN layers besides cubic structure as modulation period is beyond 8.5 nm. The mierohardness is affected by modulation period and the maximum hardness value of 31.5 GPa appears at a modulation period of 8.5 rim. The coefficient of friction is high and the wear resistance is improved for TiN/TaN coatings compared with those of TiN coating; the wear mechanism exhibits predominantly ploughing, material transfer and localized spallation.