载荷对重型车辆发动机活塞环-缸套摩擦学性能的影响

利用SRV实验机模拟重型车辆发动机活塞环-缸套摩擦副的工作状态,测试了静载荷和动载荷条件下摩擦副的摩擦学性能。采用扫描电镜、能谱仪分析了磨痕形貌和化学成分,研究了摩擦副的磨损机制。结果表明:随静载荷的增加,摩擦副的摩擦因数减小,总失重量增加。摩擦副的磨损机理以磨粒磨损为主,在400N条件下活塞环的磨损机理为综合的磨粒磨损和黏着磨损。在低强度和中等强度动载荷条件下,摩擦副的摩擦因数随载荷的变化而呈循环变化,磨损机理以磨粒磨损为主。在高强度动载荷条件下,摩擦副的摩擦因数保持稳定,活塞环的磨损机理是综合的磨粒磨损、黏着磨损、疲劳磨损,缸套的磨损机理是综合的磨粒磨损、黏着磨损。摩擦副的总失重量随动载荷强度的增大而增加。     

环境和法向载荷对(TiVCrAlMo)N高熵合金薄膜摩擦学性能的影响

本工作研究了(TiVCrAlMo)N高熵合金薄膜在干摩擦、16烷、去离子水及三种粘度润滑油(0W-20、10W-30及5W-40)下的摩擦学行为,并探究了不同载荷(1 N、2 N和3 N)对其摩擦学性能的影响。结果表明：1 N和2 N下,高熵合金薄膜在16烷和润滑油中的摩擦系数远低于在干摩擦和去离子水中的摩擦系数,但在3 N下,高熵合金薄膜在去离子水中的摩擦系数出现大幅下降。在油润滑下,高熵合金薄膜在低粘度润滑油(0W-20)中的磨损率随载荷的增加而增大,而在中粘度润滑油(10W-30)中的磨损率随载荷的增加而减小,但在高粘度润滑油(5W-40)中的磨损率与载荷之间无明显的线性关系。高熵合金薄膜在干摩擦中的磨损机制是磨粒磨损和分层磨损,但随载荷的增加还伴有氧化磨损;在16烷中的磨损机制是疲劳磨损和氧化磨损,但在1 N下仅为轻微磨粒磨损;在去离子水中的磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。高熵合金薄膜在低粘度润滑油(0W-20)中1 N下的磨损机制是轻微磨粒磨损,但随载荷的增加转为疲劳磨损;相反的是,在中粘度润滑油(10W-30)中的磨损机制是疲劳磨损,但随载荷的增加转为轻微磨粒磨损;此外,高熵...     

氮离子注入浓度对弹条钢基体Cr/CrSiN复合涂层的摩擦学性能影响研究

在轨道用扣件弹条钢(60Si2Cr)上注入不同浓度的氮离子,用电弧离子镀技术沉积了Cr过渡层,并在其上制备了CrSiN/Cr复合涂层。在UMT-3多功能摩擦磨损机上对复合层进行了法向载荷为20N的摩擦磨损实验,探讨了经不同氮离子注入浓度后Cr/CrSiN复合涂层摩擦磨损行为和损伤机理,研究发现,经氮离子注入后,复合涂层表面硬度明显的增加,随着离子注入浓度的升高涂层的耐磨性逐渐提高,其磨损机制主要为剥落和磨粒磨损。     

超音速火焰喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层的组织结构与摩擦学性能

为进一步提高超音速火焰喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层的性能,采用超音速火焰喷涂技术在AISI1045钢基体上制备NiCr-Cr_3C_2涂层。采用扫描电镜、X射线衍射仪分析了涂层的形貌、相结构及化学成分;测试了涂层的显微硬度、弹性模量、结合强度等;采用摩擦磨损试验探究了涂层的摩擦学性能,得出了摩擦系数随时间的变化曲线及涂层的摩擦磨损机理。结果表明:超音速火焰喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层晶体结构复杂,含有单晶、纳米晶,还含有少量非晶相,且涂层结构致密,孔隙率低,显微硬度为916 HV3 N,弹性模量为248.671 GPa,结合强度为63 MPa;在不同载荷条件下,涂层的摩擦系数随时间变化趋势大致相同,且载荷越大,摩擦系数越低,磨损体积越大;载荷为20 N时,涂层磨损机制表现为黏着磨损,载荷增大到60 N时,涂层磨损机制过渡到磨粒磨损。     

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。     

时效热处理对选区激光熔化成形18Ni300摩擦磨损性能的影响

目的 通过研究选区激光熔化(SLM)成形18Ni300时效热处理前后摩擦磨损性能及磨损机制,为SLM技术在模具中易磨损部位的应用提供理论支撑。方法 采用扫描电镜对热处理前后试样进行微观组织观察,采用X射线衍射仪对原始粉末和试样进行物相分析,并测试试样时效热处理前后的硬度、密度和抗拉强度,采用球盘摩擦磨损试验机测试在不同载荷下时效热处理前后试样的摩擦磨损行为,采用3D轮廓仪和扫描电镜对磨损后试样和磨球表面进行观察,并对磨损区域进行能谱分析。结果 时效热处理后试样“鱼鳞状”熔道组织弱化,主要为板条状马氏体组织。原始粉末及成形后试样的物相主要为马氏体,原始粉末和时效热处理后试样中含有少量残余奥氏体。时效热处理后试样硬度由37.6HRC升高到54.4HRC,密度变化不大,抗拉强度由1 107 MPa升高到2 031 MPa,伸长率由14.4%降低至4.5%。随着摩擦磨损试验载荷的增大,时效热处理后试样摩擦因数降低,体积磨损率增大,但均低于热处理前试样。结论 当载荷为10 N时,磨损机制主要为磨粒磨损;当载荷为15 N时,磨损机制过渡到氧化磨损和黏着磨损;当载荷为20 N时,主要为黏着磨损。     

核电反应堆压力容器支座减摩板往复摩擦磨损性能

采用专用往复滑动摩擦试验机及工装,通过台架试验模拟核电服役条件,测试了压力容器支座用高强石墨镶嵌减摩板的滑动摩擦磨损性能,并用扫描电子显微镜观察了石墨磨损形貌。结果表明:减摩板试验件在垂直载荷42.53MPa(承载3 603kN)和99MPa(承载8 386kN)作用下经800次循环摩擦试验的平均摩擦因数分别为0.12和0.11,满足核电设计技术要求;镶嵌于减摩板的高强石墨在干摩擦条件下的磨损机制以磨粒磨损为主,伴有疲劳磨损。     

脉冲电沉积Ni-P/BN(h)复合镀层的组织结构与性能

目前,鲜见对Ni-P/Bn(h)复合电沉积层的制备及其性能的研究报道。在Q235钢表面脉冲电沉积了Ni-P/BN(h)复合镀层,并于400℃热处理80 min,对热处理镀层的组织结构、显微硬度、耐蚀性能和摩擦学性能进行了分析测试。结果表明:镀态复合镀层为非晶态结构,400℃热处理后发生晶化,显微硬度显著提高,达到907.5 HV2 N;在3.5%NaCl和10%H2SO4腐蚀介质中,镀层几乎未发生全面腐蚀;镀层在干摩擦条件下表现出良好的减摩耐磨性能,低载时为轻微磨粒磨损,随载荷增大表现为磨粒磨损和黏着磨损的混合磨损机制。     

超音速等离子喷涂12Co-WC涂层在含沙油润滑条件下的摩擦学行为

为探讨含沙油润滑条件下材料的磨损问题,采用超音速等离子喷涂技术在45钢表面制备了12Co-WC涂层.使用T-11球-盘式摩擦磨损试验机考察了涂层在含沙油润滑条件下的摩擦磨损性能.结果表明.超音速等离子喷涂12Co-WC涂层具有致密的组织、高的强度和硬度,在含沙油润滑条件下的摩擦系数略低于灰铸铁,耐磨性比灰铸铁提高4～8倍,同时磨损体积对沙粒尺寸和沙粒含量的变化不敏感.超音速等离子喷涂12Co-WC涂层的失效以磨粒磨损及WC颗粒和喷涂粒子剥落为主.     

微弧氧化/磁控溅射复合涂层对镁微观结构与摩擦性能的影响

镁基材料表面进行微弧氧化处理(MAO)制备的多孔结构的陶瓷涂层在干摩擦环境下的摩擦系数较高,本文采用微弧氧化结合非平衡磁控溅射技术在纯镁基体表面制备出了MAO/CrN复合涂层。通过扫描电镜、显微硬度测试、X射线衍射仪能谱、摩擦磨损实验等手段研究了复合涂层的形貌、成分及摩擦磨损性能。结果表明:MAO/CrN复合涂层相比单层的MAO涂层力学与摩擦性能得到显著提高,其中硬度升高48%,载荷为1 N时的平均摩擦系数降低32.3%,转速为700 r/min时,磨损率降低达到74%。CrN/MAO复合涂层与WC硬质合金球在干摩擦过程中,在表层CrN涂层被磨穿之前,复合涂层磨损形式以黏着磨损和疲劳磨损为主。在表层CrN涂层被磨穿MAO涂层未被磨穿前,复合涂层的磨损形式以三体磨粒磨损为主。     

不同载荷下干磨Cr_2O_3涂层中金刚石微粒的作用研究

纯Cr_2O_3和含10%金刚石微粒的两种Cr_2O_3喷涂层与Si3N4陶瓷球组成摩擦副,用摩擦磨损试验机进行不同载荷下的摩擦磨损实验。用型号为Hitachi-4800的扫描电镜和Micro XAM-100白光干涉仪分析两对摩擦副在不同载荷下的磨损形貌。结果表明,添加10%金刚石微粒的Cr_2O_3喷涂层的表面硬度和截面硬度均比纯Cr_2O_3涂层的高;随着载荷的增加,两种喷涂层的摩擦系数均呈现出降低趋势,且无论何种载荷作用下,纯Cr_2O_3涂层的磨损率有增大的趋势,而添加10%金刚石微粒的Cr_2O_3喷涂层的磨损率则呈现出相反的规律,且磨损率逐渐降低,表现出良好的减摩性能。干磨低载下Cr_2O_3涂层的磨损机理主要为粘着磨损和轻微的涂层剥落,高载下伴随轻微磨粒磨损;而含10%金刚石微粒的Cr_2O_3涂层具有良好的减摩特性,降低了涂层发生粘着和剥落的可能性。     

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。     

精密喷射成形HM1钢摩擦磨损性能研究

为了探索提高HM1钢耐磨性能的制备新途径,采用往复式滑动干摩擦实验研究了精密喷射成形HM1钢摩擦磨损性能并对其磨损机制进行了分析,同时还与铸态材料进行了对比.结果表明:不同载荷下,喷射态和喷射回火态HM1钢摩擦系数均低于铸态;当载荷为100 N时,与铸态相比,喷射态磨损量比其低约34%,喷射回火态磨损量比其减少约48%.对磨痕形貌分析表明,当载荷为40 N时,铸态试样以粘着磨损为主,当载荷为100 N时,转换为粘着磨损与磨粒磨损共存,并伴随严重的氧化磨损;对于喷射态和喷射回火态试样,则以磨粒磨损为主,氧化磨损减轻.     

结晶器铜板等离子喷涂镍-石墨涂层的耐磨性

为提高连铸结晶器铜板的使用寿命和铸坯质量,采用超音速等离子喷涂技术在结晶器铜板材料Cr-Zr-Cu基体上制备镍-石墨自润滑涂层,利用扫描电镜(SEM)对喷涂粉末和涂层的组织形貌进行表征,通过球-盘式摩擦磨损实验研究载荷和温度对镍-石墨自润滑涂层、摩擦系数、磨损量的影响,并对涂层的磨损机制进行分析.结果表明:利用超音速等离子喷涂制备的镍-石墨涂层与基体结合良好,结构致密;涂层的摩擦系数和磨损量均随着载荷的增加而增加,不同载荷下涂层的磨损机制均是磨粒磨损,且随着载荷增加,磨粒磨损加剧;涂层的摩擦系数随着温度的增加而增加,且磨损机制均为氧化磨损,但是温度为225℃时,以石墨的润滑作用为主,温度为425℃时,石墨相被氧化镍覆盖,石墨的润滑作用降低,以氧化镍的润滑作用为主.镍-石墨涂层能显著降低Cr-Zr-Cu基体的摩擦系数和磨损量,提高结晶器的耐磨性能.     

QT600材料表面离子镀AlCrN涂层的耐磨性能研究

采用多弧离子镀膜的方法在空压机转子QT600表面制备AlCrN涂层,详细研究干滑动摩擦条件下,不同载荷对涂层和基体的滑动摩擦学特性。研究结果表明:转子基体的磨损形式主要为黏着与磨粒磨损,载荷越高,磨粒磨损越严重;AlCrN涂层在2N载荷下的磨损形式主要为黏着磨损,在8N载荷下主要为黏着与磨粒磨损。     

热处理对钛合金激光熔覆自润滑耐磨复合涂层组织和摩擦学性能的影响

为了进一步提高钛合金激光熔覆层的质量,以Ni Cr/Cr_3C_2-WS2复合粉末为原料,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V(TC4)钛合金表面制备了自润滑耐磨复合涂层,并将复合涂层在600℃下保温1 h,采用扫描电镜、X射线衍射仪、摩擦磨损试验系统地分析了涂层热处理前后的组织、显微硬度和摩擦学性能的变化及其机理,研究了热处理对自润滑耐磨复合涂层性能的影响。结果表明:自润滑耐磨复合涂层的主要物相为韧性相Ni Ti2,增强相Cr_3C_2、Cr7C_3、Ti C以及润滑相Ti_2SC、Cr S;热处理1 h后涂层的显微硬度(928.8 HV5 N)相对于未热处理涂层(1 076.1HV5 N)略有下降;相对于未热处理涂层,热处理1 h后的涂层表现出良好的耐磨减摩性能,其磨损机理为磨粒磨损。     

爆炸喷涂AlCuFeSc准晶涂层的摩擦学性能研究

采用爆炸喷涂制备了AlCuFeSc准晶涂层,借助扫描电镜、X射线衍射对准晶涂层的微观及物相结构进行了表征,通过显微硬度计测试了准晶涂层的表面硬度,结果表明涂层与基体间结合良好,其中涂层主要由准晶相和β-AlFe组成,室温下涂层的表面硬度为569.4HV0.3,经退火处理后涂层硬度最高可达到658.33HV0.3。同时开展了在室温和700 ℃高温环境中,5、15、25 N不同载荷下AlCuFeSc准晶涂层的摩擦磨损性能研究,利用白光干涉仪对磨痕进行三维形貌观测并计算磨损的磨痕宽度、磨痕深度、体积损失,得出磨损率;采用SEM分析了不同实验条件下磨痕形貌的特征。结果表明,AlCuFeSc准晶涂层在不同温度及不同载荷下的耐磨系数在0.500~0.656之间(均低于基体),室温环境下准晶涂层的磨损机制随载荷增加从磨粒磨损为主转变为粘着磨损为主;高温环境下磨损机制则都以粘着磨损为主,准晶涂层对2A12基体具有良好的减摩耐磨功能。     

AlTiXN/AlTiN(X=Cr,Si)纳米多层涂层的制备及铣削性能研究

采用电弧离子镀技术在硬质合金基体和立式面铣刀上分别沉积了AlTiN、AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN纳米多层涂层,采用扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪、能谱仪、纳米划痕、纳米压痕以及摩擦实验和切削实验等对AlTiN、AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN纳米多层涂层的结构、力学性能、摩擦性能和切削性能进行分析。结果表明,上述涂层表面形貌均较平整、大颗粒数量较少,涂层截面均较为致密。AlTiN涂层的膜基结合力为47 N,AlTiCrN/AlTiN在极限载荷为49.79 N时出现大块剥落,而AlTiSiN/AlTiN涂层的膜基结合力较大,为53.76 N。AlTiN、AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN涂层的硬度分别为24.9±3.42,26.24±2.36,32.74±4.21 GPa。在600℃高温摩擦磨损测试过程中,AlTiN涂层其磨损机制主要表现为磨粒磨损和氧化磨损,而AlTiCrN/AlTiN及AlTiSiN/AlTiN涂层磨损机制主要为粘着磨损和氧化磨损。涂层刀具铣削加工钛合金(Ti6Al4V)的寿命长短依次为AlTiNAlTiCrN/AlTiNAlTiSiN/AlTiN。AlTiN涂层刀具的磨损形式主要是粘着磨损氧化磨损,AlTiCrN/AlTiN涂层铣刀的磨损形式为磨粒磨损、粘着磨损及氧化磨损,AlTiSiN/AlTiN涂层的磨损形式为边界磨损、粘着磨损、氧化磨损。AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN多层涂层的硬度和膜基结合力较高且具有较低的磨损率,使得涂层在切削过程中具有更长的切削寿命。     

牛血清环境下等离子喷涂ZrO_2增强羟基磷灰石涂层的摩擦磨损性能

为了研究ZrO_2增强羟基磷灰石(HA)复合涂层在牛血清润滑环境下的摩擦磨损性能,首先,采用等离子喷涂技术在钛合金基体上制备了ZrO_2含量分别为0、15wt%和30wt%的HA生物陶瓷涂层;然后,分析了ZrO_2/HA复合涂层的物相成分和结合强度;最后,采用UMT-3销盘摩擦试验机研究了ZrO_2/HA复合涂层在牛血清润滑环境下的摩擦磨损性能,观察涂层磨损表面微观形貌并分析了磨损机制。结果表明:HA涂层的主要物相为HA,15wt%ZrO_2/HA复合涂层和30wt%ZrO_2/HA复合涂层中的ZrO_2以立方相形式存在,并且衍射峰强度高于HA的。随着ZrO_2含量增大,涂层的结合强度明显增大。ZrO_2/HA复合涂层与纯HA涂层相比,有更好的耐磨性和更低的摩擦系数。纯HA涂层的磨损机制以犁沟效应和磨粒磨损为主,而15wt%ZrO_2/HA复合涂层和30wt%ZrO_2/HA复合涂层的磨损机制为脆性剥落磨损。     

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。