化学共沉积Ni-P-(IF-WS2)复合镀层的制备及其摩擦磨损性能

用化学共沉积技术制备了Ni-P-(IF-WS2)复合镀层,利用销-盘式磨损试验机在干摩擦、滑动速度0.0623 m/s、接触载荷20～160 N条件下评价了Ni-P-(IF-WS2)复合镀层的摩擦磨损性能.研究结果表明Ni-P-(IFWS2)复合镀层比Ni-P镀层具有更高的耐磨性能和更低的摩擦系数.分析了无机类富勒烯纳米材料改善镀层摩擦学性能的机理.     

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。     

WC硬质合金表面涂层摩擦磨损特性及其铣削性能研究

为了研究WC硬质合金表面氮化物涂层的摩擦磨损特性及其对刀具铣削性能的影响,采用物理气相沉积法(PVD)在WC硬质合金表面分别沉积了TiN、CrN和TiAlN 3种氮化物涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、摩擦磨损试验机分析了WC硬质合金及3种氮化物涂层的组织和摩擦磨损性能。以45钢为被铣削材料,研究了WC硬质合金及3种氮化物涂层刀具的铣削性能。结果表明：氮化物涂层能有效提高WC硬质合金的表面硬度和耐磨性能,3种氮化物涂层中,TiAlN涂层的硬度最高,相比WC基体提高了26.5%,TiAlN涂层能显著提高WC硬质合金的耐磨性能,其磨损特征为较小的磨粒磨损和轻微氧化磨损。TiAlN涂层的高硬度和高耐磨性能更有利于铣削45钢,铣削过程中产生的氧化膜易覆盖在刀尖表面,起到保护刀具表面的作用,进而显著提高刀具的铣削性能。同时相比其他涂层,TiAlN涂层刀具后刀面的磨屑的黏附少,表现出较强的排屑能力,这对于提高刀具的铣削性能具有重要意义。     

Ni-金刚石复合涂层的结构优化及基础磨削性能

采用电沉积技术在304不锈钢基体上制备了Ni-金刚石复合涂层。通过金刚石掺入量、加厚镀时间优化了金刚石复合涂层结构,利用球-盘式摩擦磨损试验仪研究了优化后的金刚石复合涂层对不同材料偶件(GCr15、SiC、304不锈钢)的磨削性能。结果表明:金刚石掺入量为1.5g/L时,金刚石上砂均匀且密集;加厚镀15min时,金刚石埋入率约为2/3,附着强度较好,适合磨削加工;GCr15、SiC、304不锈钢3种材料偶件的磨损体积依次减小,分别为:0.353 76mm~3、0.315 90 mm~3、0.194 01 mm~3,金刚石复合涂层对GCr15有较好的磨削性能;金刚石复合涂层磨削GCr15、SiC、304不锈钢均发生了磨粒磨损,此外,GCr15还发生了微弱的化学磨损,不锈钢发生了较明显的化学磨损和粘着磨损。     

钛合金表面电弧离子镀TiAlN涂层的抗高温氧化性能研究

运用电弧离子镀技术,采用热等静压Ti05Al0.5合金靶在航空用钛合金TC11基片上制备了TiAlN防护涂层,并采用SEM、AES、XPS等方法研究了涂层在空气中的抗高温氧化性能.结果表明,涂层发生了选择性氧化,外层生成富Al层而内层形成富Ti层;同时进行了涂层的室温干摩擦试验,结果表明,TC11钛合金基体同GCr15钢珠的磨损表现出黏着磨损的特征,磨痕宽度约100 μm,而TiAlN涂层通过提高表面硬度改善了钛合金的黏着磨损状况.     

Ni-P过渡层厚度对不锈钢表面制备Ni/Ni-P/Ni-P-PTFE梯度涂层性能的影响

为了探究Ni-P过渡层厚度对不锈钢表面制备Ni-P-PTFE涂层的影响。采用电镀结合化学镀的方法,在不锈钢表面制备了Ni/Ni-P/Ni-P-PTFE三层结构梯度涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪、纳米压痕仪、摩擦磨损试验机、划痕仪、接触角测试仪分别对梯度涂层的微观结构、机械性能、结合力、抗粘连性能进行表征和测试。结果发现,随着Ni-P过渡层沉积时间的增加,过渡层逐渐增厚,Ni-P-PTFE涂层中PTFE含量先下降后上升,硬度与结合力先上升后下降;在20 min时硬度、结合力分别达到最大值4.18 GPa和13.49 N;在25 min时,摩擦系数达到最小值0.17,Ni-P-PTFE层表面与水性、油性介质的接触角分别达到最大值101.1°和60.06°,此时Ni-P-PTFE涂层表现出优异的抗粘连性能。     

Ni-P-纳米金刚石化学复合镀新技术研究

在Ni-P-化学复合镀工艺的基础上,探索加入纳米金刚石粒子作为硬质点的Ni-P-纳米金刚石共沉积复合镀新工艺技术.进行Ni-P-纳米金刚石非晶态复合镀层的晶化转变过程、及其硬度和耐磨性等的研究,并与Ni-P化学镀层、Ni-P-微米金刚石复合镀层的性能进行比较.结果表明,Ni-P-纳米金刚石共沉积复合镀中,最佳的金刚石添加量为12g/l.复合镀层为非晶态,300℃时镀层开始晶化.随时效温度升高,镀层的显微硬度逐渐升高,到400℃达到峰值,而后因弥散相聚集长大粗化导致硬度下降,复合镀层的耐磨性也随着硬度的变化而变化.     

金刚石表面激光熔覆Cu-金刚石超硬涂层的组织及摩擦性能

为了提高金刚石刀具的耐摩擦性能,利用激光熔覆在其表面制得Cu-金刚石的涂层,实验测试分析了涂层的组织及摩擦性能。研究结果表明:涂层形成了清晰的断面结构,涂层能够和硬质合金形成紧密结合状态,并没有发生剥落。经测试发现单层涂层的厚度约30μm,双层涂层厚度约50μm,并且双层涂层形成了更致密的上砂量。大部分金刚石颗粒都是沉积在涂层的(101)晶面,添加金刚石颗粒后并没有引起Cu晶体组织的改变。单层涂层形成了宽度较大而深度较小的众多表面犁沟结构,双层涂层在磨损表面形成了许多深度较大并且密集分布犁沟,表现出更优的耐磨特性。双层结构涂层摩擦测试也表现为先减小后到达3 min之后则表现为规律变化的特征。     

镁合金表面Ni-P-纳米SiC复合化学镀层的耐腐蚀性能

为了提高AZ91D镁合金的应用性能,将纳米SiC引入Ni-P镀液,采用化学镀的方法制备了Ni-P-纳米SiC复合镀层,研究了Ni-P-纳米SiC镀层的孔隙率、盐雾性能以及阳极极化曲线,并与Ni-P化学镀层的耐蚀性进行了对比.结果表明:Ni-P-纳米SiC镀层均匀、致密,纳米SiC在镀层表面呈弥散分布;当纳米SiC浓度为4 g/L时,复合镀层的孔隙率最小,为1个/cm,耐蚀时间(90 h)明显长于Ni-P镀层(60 h),腐蚀电位为-0.58 V,略高于Ni-P镀层(-0.59 V).     

真空阴极电弧制备TiAlN涂层的硬度及摩擦学性能研究

采用真空阴极电弧制备了TiAlN涂层,研究了N2气压和基体负偏压对涂层硬度的影响规律,分析了涂层的致硬机理,探讨了硬度对摩擦学性能的影响。结果表明,N2降低入射离子能量,降低增原子扩散,导致晶粒细化;基体负偏压增大入射离子能量,导致涂层致密化并依次出现(200)、(111)、(220)、(200)择优取向。TiAlN涂层的硬度受Ti、Al、N原子间键能,生长面择优取向及晶粒显微组织的影响,其中最薄弱因素起决定作用。摩擦学性能研究表明,高硬度TiAlN涂层易形成磨粒磨损,摩擦系数和磨损率高;低硬度TiAlN涂层易发生粘着磨损,摩擦系数和磨损率低。     

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。     

氮化物硬质涂层中Cr、Ti和Al元素对摩擦磨损特性的影响

利用四靶闭合场非平衡磁控溅射(CFUBMS)技术在石英玻璃和抛光不锈钢片两种基底上制备含有Cr、Ti和Al元素组合的各种氮化物涂层.采用摩擦磨损仪测试涂层摩擦系数,应用金相显微镜对各个涂层磨痕形态进行分析,结果表明TiN、CrN、TiAlN、CrAlN以及CrTiAlN涂层的摩擦系数依次减小,耐磨特性依次提高;结合涂层的X射线光电子能谱分析,可以得到含有Al元素涂层中形成了AlN的结构,提高涂层的硬度,增加耐磨特性;在涂层中含有Cr元素形成了氧化物Cr2O3可以提高涂层自排屑能力,减小摩擦系数,增加耐磨特性,含Ti元素形成的氧化物TiO2则不利于涂层的摩擦磨损特性;由于CrTiAlN本身具有比三元氮化物更高的涂层硬度,且含有Al和Cr元素,因此该涂层具有最好的摩擦磨损性能.     

反应等离子喷涂TiC/Fe涂层的摩擦磨损性能研究

采用等离子喷涂前驱体热分解技术制备的Fe-Ti-C系反应热喷涂粉末,在低碳钢基体上沉积TiC/Fe金属陶瓷复合涂层.利用SEM和X射线衍射仪对涂层的显微组织结构、磨损表面及其相组成进行分析;采用SRV型往复式摩擦磨损试验机评价喷涂涂层的摩擦磨损性能.结果表明: TiC理论含量为53%(质量分数)TiC/Fe金属陶瓷涂层的耐磨粒磨损性能较好,相比基体提高了约25倍;反应等离子喷涂TiC/Fe陶瓷涂层的磨损机制主要为粘着磨损和轻微的剥落.     

TiAlN/VN纳米多层膜的微结构与力学和摩擦学性能

采用反应磁控溅射制备了TiAlN/VN纳米多层膜, 并使用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、纳米压痕仪和多功能摩擦磨损试验机对多层膜的微结构与力学和摩擦学性能进行了表征和分析。研究结果表明: 不同调制周期的TiAlN/VN多层膜均呈典型的柱状晶生长结构, 插入VN层并没有打断TiAlN涂层柱状晶的生长。在一定调制周期下, TiAlN/VN纳米多层膜中的TiAlN和VN层之间能够形成共格生长结构, 其硬度和弹性模量相比于TiAlN单层膜均有显著提升, 其中, TiAlN (10 nm)/VN (10 nm)的硬度和弹性模量最大增量分别达到39.3%和40.9%。TiAlN/VN纳米多层膜的强化主要与其共格界面生长结构有关。另外, TiAlN单层膜的摩擦系数较高(~0.9), 通过周期性地插入摩擦系数较低的VN层能够使得TiAlN的摩擦系数大大降低, TiAlN/VN纳米多层膜的摩擦系数最低为0.4。     

35CrMo钢表面化学气相沉积多层硬质涂层的结构与性能研究

采用化学气相沉积法在35CrMo钢基表面制备TiC/TiN双层、TiC(CN)/TiN和TiC/Ti(CN)/TiN/Al2O3多层硬质涂层,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、多功能表面力学性能试验仪和摩擦磨损试验仪测试分析了涂层的组成结构、粗糙度和表面力学性能.结果表明:三种硬质涂层表面较均匀、致密,具有高硬度、低摩擦系数等特点,较大提高了35CrMo钢的耐磨擦磨损性能.相比TiC/TiN双层,多层涂层具有更好的力学和耐磨性能,其中多层TiC/Ti(CN)/TiN的摩擦系数最小,耐磨损性能最好,原因主要归于TC/Ti(CN)/TiN涂层具有较高的显微硬度(2559HV)和良好的膜基界面结合力(70N).     

甘油环境下不同涂层配副摩擦力矩的对比研究

利用磁控溅射技术在单晶硅P(111)、不锈钢表面分别制备了类金刚石(DLC)、CrN、TiN涂层。采用CSM球-盘摩擦磨损试验机,对比研究高接触应力下在甘油环境中三种涂层摩擦学性能,采用Falex-6多样品试验机对比分析了不同涂层配副在不同的载荷下摩擦力矩的变化规律。结果表明,在甘油环境下三种涂层摩擦系数均低于0.1,DLC和CrN涂层磨损较小;DLC-CrN涂层配副在不同接触应力下的整个测试过程中最大摩擦力矩均比较小,且样块表面均无明显的磨损及划痕,为甘油环境中的最优配副。     

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。     

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。     

轮胎模具DLC涂层应用的可行性分析

为了探究类金刚石(DLC)涂层在轮胎模具上应用的可行性,以35钢为基体,采用等离子辅助增强化学气相沉积(PECVD)的方法分别制备出了含氢类金刚石(DLC)涂层和氟化类金刚石(F-DLC)涂层,并对涂层表面形貌、Raman光谱、表面粗糙度、结合强度、力学性能、摩擦磨损性能进行了研究分析。结果表明:所制备的含氢DLC涂层和F-DLC涂层表面粗糙度分别为53.2 nm和54.6 nm,表面光滑,致密性好;涂层接触角分别为81.2°和98.5°,符合脱模要求;纳米硬度分别为23.9 GPa和14.3 GPa,弹性模量分别为177.0 GPa和118.5 GPa,拥有较高的结合强度和力学性能;在140℃下进行摩擦磨损试验时的摩擦系数分别为0.448 7和0.263 1,磨损不明显,具有良好的抗磨减摩特性。采用该工艺方法来制备轮胎模具DLC涂层具有应用的可行性。     

等离子喷涂NiCrMo-NiCrBSi合金减摩涂层的摩擦磨损性能

内燃机在工作时活塞环与缸套发生摩擦,将造成能量损失与缸体的磨损损伤。针对缸套与活塞环的摩擦磨损问题,采用复合材料理论设计了成分为NiCrMo-30%NiCrBSi的复合减摩涂层。利用大气等离子喷涂技术,采用NiCrMo-NiCrBSi混合粉末制备了减摩涂层,研究了该涂层的断面组织、硬度及其在模拟缸套-活塞环摩擦磨损条件下的摩擦磨损行为。试验结果表明,采用混合粉末喷涂,可以获得结合良好、硬度适中(564 HV_{3 N})的复合涂层。在干摩擦磨损条件下,NiCrMo-NiCrBSi复合涂层表现出优异的综合耐磨损性能,涂层自身与对磨件(销)的磨损量都较小,且表面可生成MoO₂,降低摩擦系数;在油润滑磨损条件下,由于表面生成MoS₂,摩擦系数显著降低(稳定后约为0.1),复合涂层与摩擦副的磨损几乎可以忽略。