304不锈钢表面激光制备Ti3SiC2-Ni基自润滑复合涂层的高温摩擦学性能

目的提高304不锈钢减摩耐磨性能。方法使用LDM-8060型半导体激光加工系统,制备出三种不同配比的Ti_3SiC_2-Ni基自润滑耐磨复合涂层。使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及其自带的能谱仪(EDS)对304不锈钢与Ti_3SiC_2-Ni基涂层进行表征,并系统地分析其在室温和600℃下的摩擦学性能和磨损机理。结果复合涂层主要由Cr0.19Fe0.7Ni0.11固溶体,硬质相Fe_2C、Cr_7C_3和Ti C,润滑相Ti_3SiC_2组成。其平均显微硬度分别为451.14、419.33、359.92HV0.5,明显高于304不锈钢基体的平均显微硬度(238.91HV0.5)。室温下,Ti_3SiC_2-Ni基复合涂层摩擦系数的平均值分别为0.41,0.46和0.48,磨损率分别为6.37×10~(-5)、16.52×10~(-5)、4.16×10~(-5) mm~3/(N·m),均低于304不锈钢(0.56、46.35×10~(-5) mm~3/(N·m))。在600℃下,Ti_3SiC_2-Ni基复合涂层的平均摩擦系数分别为0.38,0.43和0.41,磨损率分别为12.51×10~(-5)、7.58×10~(-5)、7.79×10~(-5)mm~3/(N·m),也均低于304不锈钢(0.66,24.25×10~(-5)mm~3/(N·m))。结论在室温和600℃下,Ti_3SiC_2-Ni基复合涂层能有效地提高304不锈钢的显微硬度,进而提升其摩擦学性能。其中添加10%Ti_3SiC_2的Ti_3SiC_2-Ni基复合涂层在600℃下表现出最好的耐磨性,而添加5%Ti_3SiC_2的Ti_3SiC_2-Ni基复合涂层在室温和600℃下表现出最好的减摩性能。     

镍基和钴基碳化钨颗粒增强复合涂层的组织与性能

借助超音速火焰喷涂和火焰重熔方法在H13钢基材上分别制备Ni60+30%WC和Co50+30%WC复合涂层,采用扫描电镜(SEM)、微区X射线能谱(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析了涂层表面的物相、涂层与基材的结合情况、涂层内部增强相的形貌、分布,显微硬度、摩擦因数和磨损率。结果表明:涂层与基体具有良好的冶金结合,涂层由γ-Ni/Co相、WC、Cr_3Ni_2、Cr_(23)C_6、W_2C相组成,这些硬质相为多边形;Ni基体相硬度为716~943 HV0.1,硬质相为1183~1263 HV0.1,高于Co基涂层和基材;Ni60+30%WC涂层摩擦因数为0.35,磨损率为1.21×10~(-7)mm~3·N~(-1)·m~(-1);Ni基涂层的硬化和耐磨减摩效果优于Co基涂层和基材。     

热处理对TA2合金表面激光熔覆Ti2SC/TiS涂层组织和力学性能的影响

目的对激光熔覆自润滑耐磨涂层进行热处理,获得具有较好摩擦学性能的复合涂层。方法采用激光熔覆技术在TA2合金表面熔覆40%Ti-25.2%TiC-34.8%WS_2复合粉末制备自润滑耐磨复合涂层。将涂层置于500℃真空中分别保温1、2 h,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、摩擦磨损试验机以及原子力显微镜(AFM)系统地分析了热处理前后涂层的物相、组织、显微硬度及摩擦学性能。结果未经过热处理和经过热处理涂层的主要物相均为α-Ti、(Ti,W)C_(1-x)、TiC、Ti_2SC和TiS。相比未经热处理涂层的显微硬度(1049.8 HV_(0.5)),经过热处理1 h和2 h涂层的显微硬度(1143.3 HV_(0.5)和1162.7 HV_(0.5))有所上升。热处理1 h和2 h涂层的摩擦系数和磨损率分别为0.29和6.66×10~(-5) mm~3/(N·m)以及0.29和5.65×10~(-5) mm~3/(N·m),比未热处理涂层(0.32和18.92×10~(-5) mm~3/(N·m))的耐磨减摩性能有所提升。经过热处理1 h和2 h涂层的磨损机理均主要表现为磨粒磨损,未经热处理涂层的磨损机理主要为塑性变形和粘着磨损。结论相比未经热处理的涂层,经过热处理1 h和2 h的涂层显微硬度有所升高,摩擦学性能得到提升,但在两种热处理时间条件下,涂层显微硬度和摩擦学性能变化较小。     

TC4钛合金表面激光熔覆Ni60+Cu/Mo涂层的显微组织和性能

在TC4钛合金表面激光熔覆Ni60A、Ni60CuMo复合粉末,研究Cu和Mo元素对熔覆层显微组织、硬度及耐磨性的影响。结果表明,在相同激光熔覆工艺参数下,Ni60CuMo熔覆层中除含有Ni60A熔覆层所含有的Ti₂Ni、TiNi、TiB₂和TiC相外,还含有Cu_0.81Ni_0.19、Ti₂Cu、MoSi₂等硬质相。在硬质相的作用下,Ni60CuMo熔覆层的显微硬度平均值(HV_0.1)为826,是Ni60A熔覆层硬度的1.2倍。在相同条件下,Ni60CuMo熔覆层的磨损率为3.30×10^-6 mm³/(N·m),约为Ni60A熔覆层磨损率的16.42%,是TC4钛合金基体磨损率的4.23%。添加Cu和Mo能显著提升TC4钛合金表面激光熔覆层的耐磨性。     

TA2合金激光熔 α-Ti/TiC+(Ti,W)C1-x/Ti2SC+TiS自润滑耐磨复合涂层

目的提高TA2钛合金的耐磨减摩性能,并研究添加WS_2对激光熔覆Ti/TiC耐磨复合涂层的影响。方法以Ti+TiC和Ti+TiC+WS_2两种复合粉末为预置原料,采用激光熔覆技术在TA2合金表面制备出两类复合涂层,并采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、硬度计和摩擦磨损试验机,系统地分析了添加WS_2前后涂层的物相、组织、显微硬度及摩擦学性能。结果 Ti+TiC复合粉末的激光熔覆涂层的主要物相包含α-Ti和TiC,涂层的显微硬度为1162HV0.5。WS_2添加后,涂层中生成了新增强相(Ti,W)C_(1-x)及自润滑相Ti2SC和少量的TiS,涂层的显微硬度为1052.3HV0.5,约为TA2基体(180HV0.5)的5倍;此外,涂层的磨损率由未添加WS_2时的5.38×10~(-5) mm~3/(N·m)上升到15.98×10-5 mm~3/(N·m),耐磨性能有所下降但仍远低于基体(磨损率为66.63×10~(-5)mm~3/(N·m)),同时摩擦系数显著下降,由之前的0.49下降到0.34;同时,Si_3N_4对磨球磨损表面光滑,没有明显塑性变形,其磨损机理为轻微的塑性变形和粘着磨损。结论添加WS_2的复合涂层相对于基体依然具有良好的耐磨性能,同时由于新生的自润滑相Ti_2SC、TiS的润滑效果,涂层表现出良好的自润滑耐磨性能。     

Ti6Al4V合金激光熔覆Co-Cu/Ti3SiC2复合涂层组织与摩擦学性能∗

为突破 Ti6Al4V 合金在关键运动零部件的应用限制,提高其耐磨减摩性能并延长稳定服役周期,采用激光熔覆技术成功在其表面制备 Co-5%Ti ₃ SiC₂ 、Co-5%Ti ₃ SiC₂ -10%Cu、Co-5%Ti ₃ SiC₂ -20%Cu (wt. %) 三种配比的复合涂层,系统分析三种复合涂层的微观组织、物相、显微硬度以及室温和 600 ℃ 下的摩擦学性能和磨损机理。 研究发现:Co-5%Ti 3 SiC2 涂层主要由γ-Co 固溶体、润滑相 Ti ₃ SiC₂ 、硬质相 TiC 和金属间化合物 CoTi _x 构成,含 Cu 涂层出现新物相 Cu 及 CuTi _x。 性能上,复合涂层的显微硬度均得到大幅提高,达到 Ti6Al4V 基体(370 HV_{0. 5} )的 2. 1 ~ 2. 4 倍。 室温下,Co-5%Ti ₃ SiC₂ -10%Cu 涂层表现出最好的减摩性能,摩擦因数降低了 68. 7%;而在 600 ℃ 下,复合涂层发生严重氧化,形成氧化膜使磨损率降低,其中 Co-5%Ti ₃ SiC₂-20%Cu 涂层磨损率为 2. 5×10^-7 mm ³ / N·m,表现出最好的耐磨性。 探索了一类新的耐磨减摩涂层体系,表现出良好的提升效果,并揭示了 MAX 相与传统软金属之间的协同润滑过程。     

基于Cu和WS2改性的镍基涂层制备及摩擦性能

为提升装载机铲斗的耐磨性,在30CrMnSi锰钢表面使用激光熔覆技术分别制备NiCr/TiC,NiCr/TiC-Cu和NiCr/TiC-Cu-WS_2 3种复合涂层。通过扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪对涂层的显微组织及物相进行了分析。采用摩擦磨损试验及显微硬度测试对涂层的耐磨性能及硬度进行了综合评估。NiCr/TiC涂层中没有发现明显的裂纹及气孔,涂层组织结构足够致密,主要由γ-(Ni, Fe)固溶体、硬质相TiC及单质Cr组成,涂层的硬度相较于基体提升了大约2.5倍,涂层与对偶件磨损形成了大量犁沟,磨损机制以磨粒磨损及疲劳磨损为主。由于加入了软金属Cu使得NiCr/TiC-Cu复合涂层的显微硬度下降,涂层的摩擦系数和磨损量均有所降低,仅有少量的犁沟存在于磨损表面,磨损机制主要为黏着磨损。NiCr/TiC-Cu-WS_2涂层除了含有γ-(Ni, Fe)固溶体、硬质增强TiC和润滑相Cu以外还存在TiWC_2复合碳化物和少量的Cr_xS_y润滑相,仅有很微弱的犁沟存在于涂层磨损表面,黏着磨损和微犁磨损为其磨损机制。激光熔覆制备镍基复合涂层中TiC的存在显著提高了涂层的硬度,单一金属Cu的加入使得涂层的润滑性能有所改善,Cr_xS_y,Cu和TiWC_2的协同润滑作用使得涂层的减摩抗磨性能进一步提高。所制备的3种复合涂层中,NiCr/TiC-Cu-WS_2涂层具有最佳的减摩抗磨性能。     

Cu含量对Ni基定向合金涂层组织与摩擦学性能的影响

采用火焰喷涂+感应重熔+强制冷却复合技术制备了Cu添加的Ni60/Cu定向结构复合涂层。系统研究了Cu含量对Ni60/Cu定向结构涂层微观组织、物相演变、微观硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明：在定向结构涂层形成过程中,Cu元素持续向晶粒内部扩散,导致涂层随着Cu含量增加,涂层硬度持续降低。Cu含量对涂层显微组织产生重要影响,当Cu含量为15%时,涂层定向结构组织呈垂直于界面生长特征,微观结构细密规整。当Cu含量为15%时,涂层以磨粒磨损为主,显示出最低的摩擦系数和最小的磨损率,充分发挥了Cu元素的减摩效果,但过量的Cu元素添加反而使涂层耐磨性能变差。     

镍基碳化钨颗粒增强复合熔覆层的组织结构与摩擦学性能

借助激光熔覆方法在H13钢基材上制备不同WC含量的Ni基WC复合熔覆层,采用扫描电子显微镜(SEM)、微区X射线能谱(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析了熔覆层表面的物相、熔覆层与基材的结合情况、熔覆层内部增强相的形貌、成分与分布;在室温下测试显微硬度、摩擦因数和磨损率。结果表明:基体和熔覆层之间为冶金结合,熔覆层物相为γ-Ni相、WC、Cr23C6、W2C相,这些碳化物呈现近圆形;激光熔覆层中Ni基体的显微硬度为550-700 HV0.1,硬质相颗粒的显微硬度为2700~3500 HV0.1,是基材显微硬度的5~7倍;Ni基+30%WC熔覆层的摩擦因数为0.7,磨损率为1.92×10~(-8)mm~3/(N·m)。随着WC含量增多45%,耐磨性进一步提高、摩擦因数约为0.4,磨损率为8.32×10~(-9)mm~3/(N·m),WC含量达到60%,摩擦因数为0.5、磨损率与45%WC熔覆层磨损率接近;综合比较,45%WC激光溶层耐磨减摩效果最佳。     

激光熔覆FeCoCrNiCux高熵合金涂层的显微组织和摩擦性能

利用激光熔覆技术制备了FeCoCrNiCu_x(x=0,0.5,1)高熵合金涂层,系统地分析了不同Cu含量涂层的微观组织、摩擦性能与磨损机制。结果表明：制备的FeCoCrNiCu_x高熵合金均为单一FCC相固溶体,并存在Cr、Ni(x=0)和Cu(x=0.5,1)偏析。室温下,三种涂层的摩擦因数均略高于基材的;FeCoCrNiCu涂层的加工硬化作用和延展性的提升使得其磨损率相较基材有显著下降。600℃下,FeCoCrNiCu_0.5和FeCoCrNiCu涂层的摩擦性能均有显著提升;FeCoCrNiCu_0.5涂层形成了平整致密的氧化层使得涂层磨损率仅为1.29×10^-4 mm³/N·m;FeCoCrNiCu涂层形成了由硬质氧化物和高韧性合金构成的机械混合层,使得涂层表现出较好的减摩耐磨性能,其摩擦因数仅为0.24。