缸套/活塞摩擦副激光束织构处理镀层的组织及摩擦学性能分析

为提高发动机用缸套/活塞摩擦副的润滑磨损性能,对缸套/活塞摩擦副进行激光束织构处理,之后于含颗粒质MoS2和Al2O3的镍基镀液中在其表面制备镀层,利用MoS2和Al2O3的自润滑功能降低活摩擦副的摩擦作用力,采用扫描电镜、X射线衍射仪及磨损试验研究了镀层的微观组织、成分及摩擦学性能。结果表明:镀层内形成了致密组织结构,其厚度约为35μm;在颗粒质浓度为6 g/L时制得了硬度最大的镀层;随着颗粒质浓度不断上升,制得的镀层内也形成了更高含量的MoS2和Al2O3;在颗粒质浓度6 g/L时,镀层达到最大硬度,磨损率也明显减小;没有经过激光束织构处理的镀层磨损得很严重,划痕较为密集,犁沟也较深,而且犁沟之间存在一定的黏连;经过激光束织构处理所得镀层的划痕深度明显降低,基本看不到犁沟现象。     

汽车发动机用ZL114合金表面涂层制备与性能研究

以Cr作为中间过渡层,采用磁控溅射的方法在ZL114合金表面制备了类金刚石(DLC)硬质涂层,对比分析了母材与涂层的硬度、耐蚀性能和干/湿摩擦学性能。结果表明:在ZL114合金表面制备了Cr过渡层厚度约为2μm、表面DLC涂层约为10μm的Cr-DLC涂层;Cr-DLC涂层具有DLC薄膜的特性,显微硬度和纳米硬度分别为母材的3.73倍和3.96倍;Cr-DLC涂层的腐蚀倾向和腐蚀速率都要小于ZL114合金母材,ZL114合金表面沉积Cr-DLC涂层后耐腐蚀性能得到提高;母材和Cr-DLC涂层在湿摩擦条件下的摩擦系数和磨损率低于干摩擦条件下,且干/湿摩擦条件下Cr-DLC涂层的磨损率都要低于ZL114合金母材;Cr-DLC涂层在湿摩擦(3.5%NaCl溶液)条件下仍然具有较好的耐磨性。     

加工7075航空铝合金用金刚石涂层刀具的制备及其切削性能

采用热丝化学气相沉积(HFCVD)技术在WC-Co8%硬质合金刀具表面制备金刚石涂层,调节甲烷浓度等沉积工艺制备了单层金刚石涂层刀具和微米金刚石涂层(1.2 μm)、纳米金刚石涂层(200 nm)交替多层金刚石涂层刀具。以7075航空铝合金作为切削工件,在无润滑干切条件下测试了单层金刚石涂层刀具和多层金刚石涂层刀具的切削性能。实验结果表明,切削2 h后单层金刚石涂层刀具涂层脱落宽度达到35 μm,刀刃钝化;有多层金刚石涂层刀具的刃型保持完整,涂层无脱落。对单层金刚石涂层和多层金刚石涂层平面样品进行了洛氏压痕实验。结果表明,多层金刚石涂层的脱落面积约为单层金刚石涂层脱落面积的1/5到1/10,进一步说明多层金刚石涂层有更强的抵抗裂纹产生的能力。这些结果表明,金刚石多层结构能提高涂层与基体的界面结合力,延长金刚石涂层刀具的使用寿命。     

Ni-P-金刚石/TiAlN双层涂层的耐磨性能研究

采用化学复合镀和多弧离子镀的方法,在304不锈钢基材表面制备Ni-P-金刚石/TiAlN双层涂层,采用SEM、磨损试验机、电子天平、光学显微镜研究涂层的摩擦磨损性能,并与相同条件下制备的Ni-P、Ni-P-金刚石、TiAlN涂层进行对比。结果表明,Ni-P-金刚石/TiAlN双层涂层的摩擦系数比Ni-P-金刚石涂层略高,但明显低于Ni-P涂层和TiAlN涂层,摩擦副的质量损失最大,具有最好的抗磨损性能。     

改性石墨烯/环氧涂层厚度对其性能影响研究

为研究7A52铝合金表面有机涂层厚度对其性能的影响,采用刮涂棒控制涂层厚度,制备了5种不同厚度的改性石墨烯环氧涂层。通过耐冲击测试、柔韧性测试、摩擦磨损测试、交流阻抗谱及极化曲线测试,分别对不同厚度涂层的耐冲击性能、柔韧性、耐摩擦性能、耐腐蚀性能进行评价,并与未添加改性石墨烯涂层进行对比。改性石墨烯涂层的厚度70μm时,涂层的机械性能均高于未添加改性石墨烯涂层,正冲、反冲测试均达到50kg·cm,且并未出现裂纹;同样条件下的摩擦磨损测试,未改性石墨烯涂层已经磨穿,大于70μm改性石墨烯涂层仍能保持良好的耐磨性能;交流阻抗测试同样表明,改性石墨烯涂层的耐腐蚀性能得到提高,但当厚度减少至60μm后,涂层耐腐蚀性能下降;大于70μm改性石墨烯涂层较未添加改性石墨烯涂层的腐蚀电流减小,腐蚀电位增加,耐腐蚀性能强于100μm未改性石墨烯涂层。     

界面反应对Cu35Ni25Co25Cr15多主元合金/金刚石复合材料磨损性能的影响

金刚石超硬磨具在高端芯片加工、3C陶瓷等领域发挥的作用日益重要,粘结相与金刚石的界面结合情况在很大程度上影响了金刚石超硬复合材料的力学和磨损性能。为了研究粘结相和金刚石的界面结合情况,采用放电等离子烧结方法制备了Cu₃₅Ni₂₅Co₂₅Cr₁₅多主元合金/金刚石复合材料,通过热力学计算和实验研究了粘结相和金刚石颗粒的界面反应。结果表明：烧结过程中,金属粘结相中的Cr元素与金刚石在界面处发生了化学反应,生成Cr-C化合物,且Cr-C化合物层的厚度随着烧结温度的升高而增加。当烧结温度达到950℃时,Cr-C化合物反应层均匀连续,厚度大约为1.1μm。复合材料粘结相与金刚石颗粒的粘结系数随着Cr-C化合物层厚度的增加而增大。摩擦磨损测试表明,在900℃和950℃烧结的样品表面,粘结相在摩擦过程中首先被磨除,金刚石随后露出,而Cr-C界面反应层有助于保持对金刚石颗粒的把持能力,提高复合材料的磨削性能。因此,适当的界面反应可提升金刚石复合材料的服役性能。     

多层式金刚石薄膜的制备工艺研究

利用热丝化学气相沉积(HFCVD)技术,通过逐次调整气压、碳源浓度等生长参数,沉积了晶粒尺寸逐层减小的多层式金刚石薄膜.场发射扫描电镜(FE-SEM)和原子力显微镜(AFM)测试显示其表层晶粒平均尺寸约为20nm,厚度和表面平均粗糙度分别为35.81μm和18.8nm(2μm×2μm),皆能满足高频声表面波器件用衬底的要求.实验结果表明,多层式生长方法是制备声表面波器件用金刚石衬底的理想方法.     

消失模铸造镁合金表面陶瓷化研究

利用消失模铸造工艺,以PbO-ZnO系低温玻璃粉作为主要的陶瓷化材料,进行了镁合金表面陶瓷化研究。利用SEM、XRD、线能谱分析和极化曲线等手段研究了镁合金表面陶瓷涂层的组织结构、相组成和元素的分布,测试了陶瓷层的耐腐蚀性能。结果表明,在基体的表面形成厚度为40～80μm左右的陶瓷涂层,涂层的主要成分有低温玻璃粉组成,并且成分组成由表层到基体变化明显,与基体之间形成了良好的结合界面。通过电化学性能测试表明,表面陶瓷层的腐蚀电位大幅度的提高,腐蚀电流密度降低,经过表面陶瓷化的镁合金耐腐蚀性能得到了提高。     

等离子喷涂含金刚石微粉的Cr_2O_3涂层干摩擦磨损性能研究

用等离子喷涂方法分别制备纯Cr_2O_3以及添加金刚石微粉的Cr_2O_3/C复合涂层,并比较分析了复合涂层的微观结构、力学和摩擦学性能。采用光学显微镜和扫描电镜分析涂层微观结构;用阿基米德原理计算涂层致密度;用高速线性往复磨损试验测试了涂层的磨损性能。结果表明,添加粒度为10μm金刚石微粉后的Cr_2O_3喷涂层的密度、硬度和耐磨性均有提高,其中含10%金刚石微粉的涂层磨损性能最佳,摩擦系数最小为0.06,磨损率最低,仅为9×10-16m3/N·m;适量添加金刚石能够提高Cr_2O_3涂层的摩擦磨损性能;涂层磨损机制是轻微磨粒磨损机制并伴有物质转移。     

类金刚石涂层结构对活塞销耐磨特性的影响

为了提高活塞销表面类金刚石(DLC)涂层的结合力及抗磨损性能,使用扫描电子显微镜、圆度仪、粗糙度仪等检测设备对2种活塞销DLC涂层表面、截面及涂层结合处的微观形貌、组成元素和成分进行了对比分析,并对2种活塞销进行了发动机台架耐久试验。结果表明:原样件活塞销耐久试验后涂层大面积脱落且磨损严重,通过改变工艺参数将原样件活塞销进行优化,优化后的活塞销DLC涂层表面的均匀性、平整性及光滑度都有了明显改善,涂层厚度由1.08μm增加到了1.49μm,且粗糙度Ra值由原样件的0.369μm减小为0.144μm,同时圆柱度也明显减小,耐久试验后涂层完好,没有发生脱落。此研究为提高活塞销表面质量,改善活塞销在工作中的磨损及失效提供了参考。     

"金刚石涂层技术"成果简介

“863”新材料领域项目金刚石涂层技术包含了涂层刀具和涂层拉丝模二部分研究工作,这些研究工作同时得到了上海市科技发展基金的资助。 以氢气和丙酮(或乙醇)为原料,采用化学气相法(简称CVD法)在硬质合金(WC-Co)刀具表面或拉丝模内孔涂覆一层金刚石薄膜,就可制备得到金刚石涂层刀具或涂层拉丝模。金刚石涂层呈多晶状,厚10～30μm,它具有硬度高、导热性好、抗冲击、自润滑性能好、化学性能稳定等特点。我们研制的涂层刀具,其抗冲击性能优于PCD刀具,与硬质合金刀具相近,特别适用于非     

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北大核心CSCD

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。     

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。     

镍基高温合金表面激光熔覆CoCrAlYSiHf_x涂层组织性能分析

选择激光熔覆技术在GH586镍基高温合金表面上制得了不同Hf含量的CoCrAlYSiHf涂层,并对涂层微观组织形态与涂层耐高温性能进行实验测试分析。研究结果表明:采用激光熔覆方法得到的涂层表面上形成了许多网状组织,在未添加Hf涂层的晶界部位产生了许多孔隙结构;在Hf含量0.1和0.3涂层内形成了更多的孔隙,同时沿晶区域产生了众多显微裂纹。在涂层的表面形成了许多具有致密结构的Cr_2O_3膜。涂层经过100h高温氧化处理依然由致密Cr_2O_3膜组成。未添加Hf涂层表面生成了约6μm厚的致密氧化膜,并且沿晶界处发生了一定成对内氧化。当Hf含量0.1和0.3涂层经过100 h高温氧化之后,其表面生成了厚度约12μm的氧化膜并含有较多孔隙。     

镍基高温合金表面激光熔覆CoCrAlYSiHf_x涂层组织性能分析北大核心CSCD

选择激光熔覆技术在GH586镍基高温合金表面上制得了不同Hf含量的CoCrAlYSiHf涂层,并对涂层微观组织形态与涂层耐高温性能进行实验测试分析。研究结果表明:采用激光熔覆方法得到的涂层表面上形成了许多网状组织,在未添加Hf涂层的晶界部位产生了许多孔隙结构;在Hf含量0.1和0.3涂层内形成了更多的孔隙,同时沿晶区域产生了众多显微裂纹。在涂层的表面形成了许多具有致密结构的Cr2O3膜。涂层经过100h高温氧化处理依然由致密Cr2O3膜组成。未添加Hf涂层表面生成了约6μm厚的致密氧化膜,并且沿晶界处发生了一定成对内氧化。当Hf含量0.1和0.3涂层经过100 h高温氧化之后,其表面生成了厚度约12μm的氧化膜并含有较多孔隙。     

Ni-Al包覆增强Fe基非晶涂层的结构与耐磨性

为了降低Fe基非晶涂层的孔隙率,并提高其耐摩擦性能,采用机械球磨法在铁基非晶颗粒表面包覆Ni-Al颗粒,得到具有壳-核结构的涂层复合喷涂粉末,并采用等离子喷涂法将其在45钢表面制备铁基非晶涂层;分析了包覆型复合粉末和Fe基复合涂层的相组成和微观结构,测试了复合涂层的孔隙率、非晶相比例和干摩擦性能,研究了Ni-Al粒子包覆前后涂层的微观结构与摩擦机理变化。结果表明:Ni-Al粒子成功包覆在Fe基非晶表面形成了结构致密的壳-核结构复合粉末,粉末粒径小于50μm,包覆层厚度1～3μm。涂层孔隙率下降5%左右,由于Ni-Al稀释作用,非晶含量由72.5%降低为64.8%,复合涂层的结构显示为Ni3Al相和Fe基非晶形成的层片状。相对于传统涂层结构,复合涂层更能够强化非晶涂层的层状堆积的优点。相比Fe基非晶涂层,复合涂层的摩擦系数由0.412 3降低到0.256 1,磨损量为原涂层的1/2左右。Ni-Al粒子通过改进Fe基非晶粒子的熔解形态和延展能力,有效提高了非晶涂层的致密度,涂层非晶含量降低不明显,耐磨性显著增强。     

SiC纳米颗粒对TC4钛合金微弧氧化涂层组织结构及耐蚀性能的影响

在基础电解液中加入SiC纳米颗粒,利用微弧氧化技术在TC4钛合金表面制备微弧氧化陶瓷涂层,研究纳米颗粒的添加对微弧氧化涂层组织结构及耐蚀性能的影响。结果表明:550,600V及650V条件下,基础电解液中SiC的加入,使TC4微弧氧化涂层的厚度由9.2,12.8μm和12.4μm分别增大到12.0,14.9μm和20.0μm。随着电压的升高,微弧氧化涂层的表面粗糙度逐渐增大,分别为2.65, 3.34μm和3.61μm。SiC的加入有效抑制微弧氧化涂层表面裂纹的产生,增加涂层厚度从而降低涂层的阳极电流密度,提高微弧氧化涂层的耐蚀性能。微弧氧化涂层增加了TC4的开路电位及自腐蚀电位。     

三种锡摩擦涂层的表面分析和摩擦学特性研究

针对钢一铜摩擦副类机械零件表面的磨损,研制了有减摩抗磨功能的锡类和锡锌复合类自修复添加剂.在摩擦试验中,润滑剂中的软金属微粒在机械作用下均能转移至铜表面上形成金属涂层.用俄歇能谱仪和扫描电镜分析了涂层表面的主要元素、涂层的形貌和厚度.测试结果表明,当润滑剂中的锡含量为20%时,涂层中锡的原子浓度接近80%,涂层厚度为10 μm;若在润滑剂中同时加入锡和锌两种微粒,经摩擦形成的锡锌涂层厚度为20 μm.锡脂和锡锌复合脂有较好的稳定性和防颗粒沉降性能.在MS-800摩擦磨损试验机上分别进行了纳米锡润滑剂、锡半流体脂和锡锌复合半流体脂的摩擦磨损特性,含锡量较高的涂层减摩抗磨性能较好,而加入锡锌两种添加剂形成的复合涂层具有更为优越的减摩特性.     

涂层组分对磁控溅射制备Ti600合金表面Ti-Al-N涂层组织微观结构的影响

以电弧复合磁控溅射沉积工艺在Ti600合金基体上沉积得到Ti-Al-N涂层,通过控制公转速度的方式来获得不同涂层组分,实验研究涂层组分对涂层组织微观结构的影响。研究结果表明:随着公转速度的增加,涂层内Ti/Al比表现出减小的变化。在涂层表面上形成了许多尺寸较大的颗粒与一些凹坑结构,较小Ti/Al比试样形成了少量的表面大颗粒,并得到致密组织结构。退火态和沉积态涂层形成了相近的表面形貌。涂层厚度发生了先升高后降低,2#试样达到了最大的沉积速率。随着深度的增加,Al,O元素的含量表现出先增加后降低的变化规律,在涂层6μm之后Ti和N元素含量得到明显的增加。当涂层内Ti/Al比例减小后,形成的Ti_2AlN特征峰发生了先增大后降低的变化现象。为了提高Ti_2AlN涂层的纯度与结晶度,应选择2#试样的制备工艺。     

暖通用6061铝合金表面Ni基等离子喷涂CoCrTaAlY/PEO涂层性能分析北大核心CSCD

利用冷喷涂技术在暖通用6061铝合金表面依次制备Ni基打底涂层,CoCrTaAlY和PEO涂层,并进行组织和耐热以及腐蚀性能测试分析,研究结果表明:CoCrTaAlY层形成了众多密实堆积颗粒,获得具有均匀分布结构的涂层;PEO层形成粗糙表面结构,表面形成了一些破碎颗粒以及不规则外形的颗粒,致密CoCrTaAlY层跟Ni基体形成了良好结合状态。试样都是在涂层和基体交界面部位发生断裂,涂层形成了比涂层和基体结合强度更大的内聚作用力。经过热震后,涂层表面并没有出现显著变化,同样存在粗糙区于光滑区两种类型的形貌,并且还有一些网状的微裂纹。经过热冲刷处理后,试样表面颜色只发生了轻度改变,涂层质量发生了先减小后增大的变化现象,涂层具备良好的耐高温氧化特性。