干摩擦条件下3Cr13涂层的磨损寿命研究

在MM200摩擦磨损试验机上对高速电弧喷涂3Cr13涂层进行了干摩擦条件下的磨损寿命试验,通过恒定应力加速模型分别建立了载荷、涂层厚度、摩擦副转速与3Cr13涂层磨损寿命的关系图,并采用多元回归分析建立了预测3Cr13涂层磨损寿命的模型,对影响因素进行了相关度分析.结果表明:载荷的增大引起涂层内分层失效,涂层厚度的减小则引起涂层整层剥落,摩擦副的转速主要影响摩擦副间的犁沟和微切削程度.影响磨损寿命大小的因素依次顺序为:涂层厚度、载荷和摩擦副转速.     

超音速等离子与HVOF喷涂WC-Co涂层的冲蚀磨损性能研究

用超音速等离子喷涂(HEPJet)和两种进口高速氧燃气火焰喷涂(HVOF)设备(JP-5000 和DJ-2700)制备WC-Co涂层,进行了孔隙率、显微硬度、结合强度及30°和90°攻角的冲蚀磨损对比实验,分析了涂层的SEM磨损形貌.结果表明,超音速等离子喷涂WC-Co涂层综合性能与JP-5000喷涂WC-Co涂层相当,优于DJ-2700;在30°冲蚀磨损条件下,WC-Co涂层的失效行为表现为疲劳剥落和微切削两种特征;在90°冲蚀磨损时,涂层的失效主要是垂直表面的磨粒冲击力导致涂层疲劳剥落.     

粗糙度对热障涂层冲蚀失效的影响及模型建立

采用气体喷砂试验机研究了大气等离子喷涂(APS) ZrO₂-7%Y₂O₃(7YSZ)热障涂层的冲蚀失效机理, 分析了陶瓷层表面粗糙度对热障涂层冲蚀磨损率及失效行为的影响, 研究了基于多孔层状的热障涂层在常温高速粒子90°攻角下的冲蚀失效特征, 探讨了多孔层状结构对涂层冲蚀失效演变机制的作用, 此外, 建立了基于粗糙度的冲蚀失效数学模型。研究结果表明: 冲蚀磨损率与陶瓷层表面粗糙度呈线性递增关系; 涂层在高速粒子冲蚀下多孔层状结构加剧了涂层的冲蚀失效; 涂层表面在粒子冲蚀下承受着非均匀、非连续的压-压脉动循环载荷, 在微凸粗糙表面承载着正应力和切应力的相互作用; 正应力迫使涂层出现凹坑, 切应力易导致涂层出现沟槽, 并同时以原喷涂态表面网状裂纹为策源地诱发裂纹在粒子晶界和层间界面萌生扩展导致涂层产生粒子和片状剥落, 最终涂层显示出典型的磨粒磨损和低周疲劳失效形式。     

热障涂层应力产生机制及分布特征

热障涂层因优异的耐高温、耐磨损和耐腐蚀性等优点,被广泛应用在航空发动机等热端部件表面.热障涂层作为零件表面的服役载体,在外界热腐蚀、热梯度应力和机械载荷应力的作用下,易出现表面开裂及界面涂层剥落,这是限制热障涂层长时间使用的瓶颈问题.热障涂层由基体、粘接层、陶瓷层构成,涂层材料特性不同,界面处应力应变分布也不同,在外界载荷条件下,涂层与基体如何实现协同变形,应力如何传递等问题目前尚无明确解释.因此本文主要针对外加载荷作用下,热障涂层内部的应力传递及界面的应力分布问题进行研究.总结当前热障涂层的弹塑性应力模型和损伤应力模型,获得涂层界面应力分布规律,即弹塑性变形阶段,涂层界面应力于一端发生应力集中,并且基体与粘接层界面应力大约是陶瓷层与粘接层界面应力的四倍.随着载荷的增加,涂层表面损伤加剧,其剪滞模型的界面正应力更加符合四分之一椭圆函数,界面剪切应力呈反对称分布,应力分布特征为研究热障涂层在外载条件作用下对裂纹损伤演化行为的影响提供理论依据.     

空气超音速火焰喷涂、冷喷涂与电镀制备电触头银层的组织结构与摩擦磨损性能对比

电触头是电力输送系统中的关键元器件,其失效方式与触头表面涂层的磨损密切相关。采用空气超音速火焰喷涂工艺(HVAF)和冷喷涂工艺(CS)分别制备了银涂层;采用往复摩擦试验研究了涂层在不同载荷、频率条件下的摩擦磨损性能,并与电镀银镀层的性能进行了对比;采用扫描电镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)研究了涂层磨痕的表面形貌和成分,并对涂层的摩擦磨损机理进行了分析和讨论。结果表明：空气超音速火焰喷涂和冷喷涂工艺均可制备较厚的致密银涂层;冷喷涂制备的银涂层硬度较高,在高频、高载荷条件下具有较小的摩擦系数和较低的磨损量;空气超音速火焰喷涂和冷喷涂制备的银涂层的磨损机制主要为疲劳磨损。     

AlTiN涂层的高温摩擦与磨损行为

采用阴极离子镀方法在YT14硬质合金刀具表面制备了AlTiN涂层,用高温摩擦磨损试验机考察AlTiN涂层在800℃高温下摩擦-磨损行为。通过扫描电镜观察涂层磨损前后微观形貌,利用X射线衍射和X射线配谱仪分析了AlTiN涂层高温磨损后物相与表面化学元素变化,对AlTiN涂层在800℃下失效形式进行研究,并探讨其高温下摩擦磨损机理。结果表明,AlTi N涂层中Al原子促进了Ti原子的价电子态趋于稳定,在涂层表面形成一层致密的Al2O3薄膜,具有良好的抗高温氧化性能,阻止了O原子对涂层的进一步氧化;在800℃时涂层摩擦系数平均值为1.090,磨损机理为氧化磨损+磨粒磨损+疲劳磨损。     

环氧树脂粘接润滑涂层摩擦学特性

为研究环氧树脂粘接固体润滑涂层的摩擦磨损性能及机理,采用端面摩擦磨损试验机在干摩擦变载荷条件下进行了该涂层的摩擦磨损性能试验与分析,结果表明,试验初期涂层表面的环氧树脂与钢对偶件直接接触,减摩润滑效果不佳;随着载荷的增加与时间的延长,涂层表面逐渐形成固体润滑保护薄膜以及在对偶件表面形成转移润滑层,涂层进入稳定摩擦磨损阶段并显示出优异的减摩润滑性能;当载荷超过涂层承载能力时,涂层表面磨损加剧,直至涂层剥落、失效。     

超音速火焰喷涂WC涂层替代电镀硬铬：疲劳和摩擦磨损性能

以WC涂层在飞机起落架的应用作为研究背景,对300 M超高强钢基体上电镀硬铬和超音速火焰喷涂WC-17Co和WC-10C04Cr涂层的疲劳及与Al-Ni-Bronze合金的摩擦磨损性能进行了研究.结果表明,有WC涂层300 M钢的疲劳寿命与无涂层300 M钢的疲劳极限和过载下的疲劳寿命相当,WC涂层对300 M钢的疲劳寿命不会产生不良影响;而电镀硬铬使300 M钢的疲劳极限降低120 MPa,疲劳寿命则降低70%～90%.疲劳失效分析表明,WC涂层中的疲劳裂纹在界面上发生偏斜,转向沿界面扩展,因此对基体的疲劳寿命没有影响;而电镀硬铬中的的疲劳裂纹扩展到基体表面,显著降低基体的疲劳寿命.10#航空液压油润滑下涂层与Al-Ni-Bronze合金的摩擦磨损表明,与电镀硬铬对磨时,Al-Ni-Bronze合金发生明显的磨损.同时因质量转移而导致电镀硬铬的质量显著增加;而WC涂层仅略有失重,相应地Al-Ni-Bronze合金的失重仅为与电镀硬铬层磨损失重的1/50～1/100.WC涂层与Al-Ni-Bronze合金的磨损机理主要为磨粒磨损;电镀硬铬与Al-Ni-Bronze合金的磨损机理主要为黏着磨损.     

多功能复合陶瓷涂层的组织与性能研究

本工作试验研究了用于机械,尤其是石油化工机械中的具有耐磨、耐蚀和耐热等多功能的陶瓷涂层。以氧化铬为研究对象,采用等离子喷涂技术,研究解决热喷涂陶瓷涂层中的三个主要问题,即涂层中的残余应力、微孔洞和层间界面的弱结合。为此,系统研究了喷涂工艺参数波动、涂层结构和添加剂对氧化铬陶瓷涂层组织和性能的影响及其相互关系;涂层的热震、磨损和腐蚀失效规律和机制;建立了陶瓷涂层抗热震失效寿命的表达式。结果表明,影响涂层性能最重要的工艺参数为电弧电流,其次为涂层厚度。从基体到陶瓷层,通过涂层成分逐渐变化可以制备梯度涂层,并且多层复合涂层的综合性能优于双层涂层,其中,四层阶梯复合涂层的综合性能最佳,其次是五层梯度涂层。在氧化铬材料中,加入3.0％氧化铈,可降低涂层中的孔隙率和孔洞尺寸,从而提高氧化铬涂层的综合性能;陶瓷涂层热震失效的本质为热疲劳失效。在滑动磨损条件下,涂层的磨损失效主要是循环接触应力导致的疲劳磨损。涂层的腐蚀失效是陶瓷层自身的化学腐蚀和粘结结层/基体界面的电化学腐蚀。试验结果证实了涂层热震失效寿命定量表达式的有效性和适用性。首先提出并定义的临界热震温差范围可作为评价涂层抗热冲击性能的指标和使用依据。     

基于统计分析的等离子喷涂层接触疲劳寿命和失效模式

在不同应力水平下考察等离子喷涂镍基合金涂层的滚动接触疲劳寿命和失效模式。以R-3.1.1软件为平台,采用统计分析方法(方差分析、回归分析、判别分析等)对其进行分析和讨论。结果表明:涂层的滚动接触疲劳寿命呈正态分布;随着接触应力的增加,涂层的均值寿命和方差都减小,并且疲劳寿命的分布更加集中;方差分析表明,接触应力对涂层的滚动接触疲劳寿命有显著性影响,且寿命均值与接触应力具有高度的线性相关性;建立了涂层失效模式的判别准则,当指定接触应力和疲劳寿命时可以预测涂层的失效模式,且预测正确率在65%以上;疲劳寿命对失效模式的累积贡献率明显高于接触应力对失效模式的累积贡献率,因此疲劳寿命是决定涂层失效模式的主要因素。     

高速车轮钢表面激光熔覆铁基合金涂层的摩擦磨损性能

为了探究激光熔覆对高速车轮钢合金涂层摩擦与磨损性能的影响,利用LDM2500-60型半导体全固态激光器在高速车轮钢表面激光熔覆制备Fe基合金涂层。分别采用金相显微镜、能量色散X射线光谱仪、X射线衍射仪(XRD)分析了熔覆涂层的组织结构、元素分布以及物相,利用MM-2000高速摩擦试验机研究了高速车轮材料激光熔覆处理前后轮轨材料的摩擦磨损性能。结果表明:激光熔覆处理能有效改善车轮材料的抗磨损性能,熔覆涂层主要由γ-Fe、Cr7C3碳化物以及含铁固溶体等物相组成,涂层组织主要以树枝晶和共晶为主;车轮合金涂层的磨损速率相比基体材料降低了51%左右,车轮熔覆铁基合金后的轮轨磨损机制主要表现为轻微的磨粒磨损和氧化磨损。     

Characterization of mechanical properties of FeCrBSiMnNbY metallic glass coatings

This article investigates mechanical characteristics of Fe-based metallic glass coatings. A series of the coatings were fabricated by conventional wire-arc spray process. The microstructure of the coating was characterized by means of X-ray diffraction, scanning election microscopy equipped with energy dispersive X-ray analysis, transmission electron microscopy, and differential scanning calorimeter. The coating is very dense smooth, adhering well and with no cracking. The microstructure of the coating consists of amorphous phase and α(Fe,Cr) nanocrystalline phase. The nanocrystalline grains with a size of 30 to 60 nm are homogenously dispersed in the amorphous phase matrix. The crystallization temperature of the amorphous phase is about 545 °C. The mechanical properties, such as porosity, adhesive strength, microhardness, elastic modulus, and abrasive wear resistance, were analyzed in detail. The experimental results indicate that the coating has high microhardness (15.74 GPa), high elastic modulus (216.97 GPa), and low porosity (1.7%). The average adhesive strength value of the coating is 53.6 MPa. The relationship between abrasive wear behavior and structure of the coating is discussed. The relatively wear resistance of metallic glass coating is about 7 and 2.3 times higher than that of AISI 1045 steel and 3Cr13 martensite stainless steel coating, respectively. The main failure mechanism of metallic glass coating is brittle failure and fracture. The Fe-based metallic glass coating has excellent wear resistance.     

等离子喷涂Fe基合金涂层组织及接触疲劳损伤性能的研究

使用超音速等离子喷涂设备在45钢基体上制备了铁基合金涂层,采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪等设备对涂层的组织结构进行了表征,借助显微硬度仪测定了涂层截面的硬度分布,以球盘式接触疲劳试验机为平台,利用声发射技术实时监测涂层的接触疲劳损伤过程。结果表明,涂层组织主要是由α(Fe,Cr)相和网状的Cr7C3组成,纳米级α(Fe,Cr)相分布于裂纹周围。声发射特征参数RMS可以反映涂层的接触疲劳损伤程度,在转速为2500r/min和应力水平为1.8489GPa实验条件下,分层是涂层失效的最终形式。     

Fe-SiC复合电镀的工艺研究

为了提高镀铁层的硬度和耐磨性,进行了铁基复合镀的研究.利用自制的不对称交-直流电源,采用无刻蚀镀铁工艺,通过在镀液中加入不溶性非金属固体颗粒SiC,用电化学的方法使铁与这些颗粒共同沉积,可以获得沉积速度快、与基体结合牢固、硬度高、耐磨性好、厚度均匀的铁基复合镀层.结果表明,铁基复合镀对延长零部件的使用寿命具有明显的优越性.     

等离子喷涂铁基涂层的接触疲劳失效机理研究

对超音速等离子喷涂铁基涂层的接触疲劳失效机理进行了研究.使用球盘式接触疲劳试验机进行了涂层的接触疲劳实验,并通过对失效试样表面形貌的观察,总结出了涂层三种典型的失效形式,即点蚀、剥落和分层.分别研究了三种失效形式的相应的失效机理,结果表明:点蚀失效是由粗糙的表面引起的;剥落失效是由于表层与次表层的微观缺陷引起的;而分层失效则由涂层内部的剪切应力机制决定.     

激光熔覆原位生成Nb_2(C,N)及V_8C_7陶瓷粒子增强铁基金属涂层

采用5kW CO2激光设备,在42CrMo基体上制备出原位合成Nb2(C,N)及V8C7颗粒增强的铁基复合涂层,研究了熔覆层的组织及性能。结果表明:激光熔覆层主要组成相为α-Fe相、γ-Fe相、Nb2(C,N)及V8C7;增强相颗粒弥散分布在铁基复合涂层中,与母材相比,其磨损失重约为母材的1/8,显著提高了熔覆层的硬度和耐磨性。进一步的抗氧化性实验结果表明,氧化层结构连续致密,与42CrMo基体相比,在750℃/120h恒温氧化后的氧化层的厚度约为基体氧化层厚度的1/8。     

电流密度对Ni-W合金镀层摩擦磨损性能的影响

现有的Ni-W合金镀层摩擦磨损性能研究较少涉及镀层制备条件的影响。在不同电流密度下采用脉冲电沉积法在45钢表面制备了Ni-W合金镀层,测试了Ni-W合金镀层在干摩擦及油润滑摩擦条件下的摩擦磨损性能,并观察磨损形貌,分析其磨损机理。结果表明:在干摩擦状态下,随着电流密度增加,Ni-W合金镀层的磨损量逐渐降低,但摩擦系数逐渐升高,45钢的磨损主要是黏着磨损中的擦伤磨损,Ni-W合金镀层主要为磨粒磨损,个别存在少量疲劳磨损;在油润滑摩擦状态下,随着电流密度增加摩擦系数保持稳定,磨损量逐渐降低,Ni-W镀层与45钢的磨损形式均为磨粒磨损,45钢存在少量疲劳磨损。     

激光熔覆-活化屏等离子体复合处理层耐磨性能研究

为了研究激光熔覆层性能对活化屏等离子体氮化处理层耐磨性能的影响,采用两种铁基合金粉末(Fe90和Fe314)在45钢基体表面进行激光熔覆,然后进行等离子体氮化复合处理,测试涂层干摩擦条件下的磨损性能。研究结果表明:复合处理后,Fe90激光熔覆层的硬度由750HV提高到1350HV,Fe314激光熔覆层的硬度由540HV提高到927HV;在相同载荷(30N)下,Fe90复合处理层的耐磨性提高到1.2倍,而Fe314复合处理的耐磨性降低为原来的42%;复合处理耐磨性能提高的关键在于激光熔覆层与氮化层的合理搭配,熔覆层能够提供足够的支撑。     

高速轮轨钢超声振动辅助激光熔覆涂层的滚动摩擦磨损性能

目前有关高速轮轨钢超声振动辅助下的激光熔覆研究鲜有报道。在高速轮轨钢表面施加超声振动辅助激光熔覆制备了铁钴基复合涂层来改善其耐磨性能,借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能量色散谱仪(EDS)等手段分析熔覆层的微观结构、物相成分和元素分布,采用GPM-30轮轨滚动接触疲劳试验机对比研究轮轨钢超声振动辅助作用下激光熔覆前后涂层的滚动摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层主要由Fe-Cr的马氏体组织、Co-Cr的γ相固溶体、Fe-Ni固溶体以及弥散析出的含MxCy(M=Cr、W)的碳化物、硼化物、硅化物等硬质相组成;超声激光熔覆强化处理后,轮轨表面的平均显微硬度分别为539 HV3 N和582 HV3 N,磨损速率分别降低59.1%,37.3%,轮轨试环熔覆层的抗磨损性能大幅提高,磨损机制由剥落磨损和严重的疲劳磨损转变为轻微的磨粒磨损和疲劳磨损。     

Microstructure and wear properties of Fe–TiC surface composite coating by laser cladding

AISI 1045 steel surface was alloyed with pre-placed ferrotitanium and graphite powders by using a 5-kW CO₂ laser. In situ TiC particles reinforced Fe-based surface composite coating was fabricated. The microstructure and wear properties were investigated by means of scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and X-ray diffraction, as well as dry sliding wear test. The results showed that TiC carbides with cubic or flower-like dendritic form were synthesized via in situ reaction between ferrotitanium and graphite in the molten pool during laser cladding process. The TiC carbides were distributed uniformly in the composite coating. The TiC/matrix interface was found to be free from cracks and deleterious phase. The coatings reinforced by TiC particles revealed higher wear resistance than that of the substrate.