TiCrAlSiCN薄膜微观结构与性能

采用工业化多弧离子镀在H13钢表面制备高硬度、高结合强度和低摩擦耐磨的TiCrAlSiCN硬质薄膜,以便改善H13钢的力学和摩擦学性能。借助扫描电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱仪、透射电子显微镜、维氏显微硬度计、膜划痕试验法、摩擦磨损仪对TiCrAlSiCN薄膜的结构特征、力学性能和摩擦磨损性能进行测试与分析。结果表明,TiCrAlSiCN薄膜结构为纳米晶/非晶复合结构。高Si含量的TiCrAlSiCN薄膜200晶面呈择优取向、硬度为3934 HV0.01和2536 HV0.025、摩擦因数为0.65、磨损率为7.36×10-6 mm3·N-1·m-1、膜基结合力为62.4 N。随Si含量降低,Cr和C含量增大,薄膜无明显的择优取向,开始向各向同性转变,硬度为3613 HV0.01和2815 HV0.025、摩擦因数为0.48、磨损率为7.28×10-6 mm3·N-1·m-1、膜基结合力为68.2 N。低Si含量TiCrAlSiCN薄膜力学和摩擦学性能优异。     

Cr_3C_2-Ni-Ti_3SiC_2新型减摩复合材料的高温摩擦学行为

采用粉末冶金工艺制备一种新型Cr3C2-Ni-Ti3SiC2减摩材料,并研究Ti3SiC2添加量对其与GCr15摩擦副在400℃大气环境下摩擦学行为的影响。结果表明:在高温摩擦场的作用下,复合材料中的Ti3SiC2能够诱发形成具有良好减摩作用的摩擦氧化膜,不仅可以降低摩擦副的摩擦因数,避免摩擦因数的较大波动,而且能够显著降低摩擦系统的总磨损率,对摩擦偶件起到极好的保护作用。当Ti3SiC2含量(质量分数)分别为2.5%、5.0%、7.5%和10%时,复合材料的摩擦因数比未添加Ti3SiC2的Cr3C2-Ni金属陶瓷的摩擦因数分别下降5.3%、15.8%、26.3%和13.2%,摩擦副的总磨损率也下降了一个数量级;同时,摩擦偶件的磨损率也由3.5×10-5 mm3/(N·m)逐步下降到9.8×10-7 mm3/(N·m)。     

氟含量对类金刚石薄膜结构及摩擦学性能的影响

采用直流等离子体沉积的方法制备了具有不同氟含量的类金刚石薄膜。并利用多功能X射线光电子能谱仪(XPS)、拉曼光谱仪、纳米压痕仪、应力测试仪和摩擦磨损试验机等手段分析和研究了含氟类金刚石薄膜的结构、力学性能以及摩擦学性能,并利用场发射扫描电镜(SEM)观察了薄膜断面形貌。结果表明:所制备薄膜的力学性能和摩擦学性能均受到薄膜中氟含量的影响,当F含量(原子数分数)为5.92%时,薄膜显示了优异的力学性能及摩擦学性能,硬度值高达21GPa,压应力低至0.75GPa,摩擦因数为0.013,磨损率为9×10-19 m3/(N.m)。     

氧化石墨烯接枝碳纤维及其树脂涂层在不同载荷下的摩擦学性能

目的 提升碳纤维(CF)在水性聚酰胺酰亚胺(PAI)树脂涂层中的界面性能,从而使PAI复合涂层获得优异的摩擦学性能.方法 以硅烷(KH550)为偶联剂,制备氧化石墨烯(GO)化学接枝CF增强体(CF&GO),研究CF接枝前后的热稳定性和添加CF&GO的PAI复合涂层在不同载荷下的摩擦学行为和磨损机理.利用红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的官能团、成分和表面形貌进行表征;利用热失重仪(TGA)对接枝前后CF的热稳定进行表征;利用SEM、摩擦磨损试验机和白光干涉仪分别对CF&GO在PAI复合涂层中的分布和摩擦学性能进行表征.结果 GO通过与硅烷改性后的CF形成酰胺键成功接枝,接枝后,CF形成多尺度增强体,且表面形貌粗糙.此外,接枝后,CF的热稳定性降低,热稳定性规律为GO相似文献   

H_2/CH_4流量比对含氢DLC薄膜结构及摩擦学性能的影响

利用等离子体增强化学气相沉积法在Si(100)基体上制备不同H2/CH4流量比下的类金刚石薄膜,采用拉曼光谱、红外光谱、扫描电子显微镜(SEM)、纳米力学性能综合测试仪以及摩擦磨损试验机对薄膜的组织结构、力学以及摩擦学性能进行了分析。结果表明:该条件下制备的薄膜具有典型的类金刚石结构且膜中氢含量较高,薄膜表面光滑,膜层致密且均匀,薄膜的硬度及与基底的附着力均随着H2/CH4流量比的增加而降低。薄膜在大气环境下具有优异的摩擦学性能,在相同的载荷及转速条件下,H2/CH4流量比对薄膜的摩擦因数影响不大。当载荷为5N时,随着转速的增加,摩擦因数降低;而载荷为10N时,摩擦因数约为0.05,转速对其影响较小。薄膜的磨损率在10-8~10-7 mm3/Nm之间变化,且随H2/CH4流量比的增加而增大。     

Cr基过渡层对钛合金表面类金刚石薄膜摩擦学性能的影响

采用磁控溅射技术在钛合金(Ti6Al4V)表面制备Cr、Cr/Cr N和Cr/Cr N/Cr NC过渡层结构的类金刚石(DLC)薄膜。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪与原子力显微镜分析薄膜的结构和表面形貌,利用纳米压痕仪、薄膜内应力测试仪、划痕测试仪、摩擦试验机和二维轮廓仪研究薄膜的硬度、内应力、结合力和摩擦磨损性能。结果表明:随着Cr基梯度过渡层的引入,DLC薄膜的内应力逐渐下降,结合力逐渐上升。Cr/Cr N/Cr NC/DLC薄膜具有优异减摩抗磨性能,摩擦因数和磨损率低至0.09±0.02和(1.89±0.15)×10-7 mm3/N·m。试验结果对钛合金表面高性能DLC薄膜制备及应用具有一定的参考价值和指导意义。     

掺杂Ti对Ni基复合材料摩擦学性能的影响

目的 通过在NiCr-WS2自润滑体系中掺杂纳米Ti,提升自润滑复合材料在不同环境中的摩擦学性能。方法 通过放电等离子烧结(SPS)技术制备了NiCr(N)、NiCr-WS2(NW)、NiCr-WS2-Ti(NW15T)3种复合材料。采用SEM 和EDS分析了复合材料的微观性能。通过摩擦磨损试验机分别测试了3种材料在干摩擦、去离子水和3.5%NaCl溶液中的摩擦学性能,并借助RAMAN分析磨痕的化学成分。结果 在干摩擦条件下,NW15T的摩擦因数和磨损率分别为0.38和4.2×10^?5 mm³/(N.m)。相较于传统的NW,NW15T的摩擦因数和磨损率分别降低了22.4%和83.7%;当在去离子水中摩擦时,虽然NW15T也具有较好的摩擦学性能,但是与NW相比优势不明显;在3.5%NaCl溶液中摩擦时,NW15T产生的腐蚀产物避免了摩擦副的直接接触,并使摩擦因数降低至0.16,磨损量降低为0.4×10^?5 mm³/(N.m)。与NW相比,NW15T在3.5%NaCl溶液中的摩擦因数和磨损率分别降低了38.5%和81.8%。结论 在NW传统自润滑复合材料体系中掺入Ti,原位生成了TiS和Ni3Ti,不仅提高了材料的力学性能,同时提高了复合材料在不同环境下的摩擦学性能。尤其是在NaCl溶液中,在TiS和腐蚀产物的共同作用下,NW15T的摩擦因数和磨损率大幅下降。     

溅射功率对La-Ti/WS2 复合薄膜高温摩擦学行为的影响

高温条件下WS₂易于氧化生成WO3,导致WS₂固体润滑薄膜的摩擦学性能受到较大影响。为改善WS₂固体润滑薄膜在高温条件下的摩擦学性能,采用非平衡磁控溅射技术制备了共掺杂La-Ti/WS₂复合薄膜,研究了靶功率对磁控溅射La-Ti/WS₂复合薄膜结构和高温摩擦学性能的影响。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了薄膜微观形貌、成分、力学性能、微观结构。利用高温摩擦磨损试验机研究了复合薄膜的高温摩擦学性能。结果表明,高温环境下,靶功率为20W时La-Ti/WS₂复合薄膜表现出优异的摩擦学性能。此时,复合薄膜H/E值最大,摩擦系数最小,平均为0.012,磨损率最低为1.56×10^-8mm³/N·m,这主要归因于高温下摩擦界面产生的稀土氧化物,促使La-Ti/WS₂复合薄膜的摩擦磨损机制发生了改变,使得WS₂在高温受破坏的情...     

45#钢激光熔覆Ni60/Cu自润滑复合涂层组织演变及摩擦学性能EI北大核心CSCD

为改进45#钢表面硬度低、耐磨性差的缺点,拓宽其在工业生产中应用范围,选择激光熔覆技术在其表面制备Ni60(N1)、Ni60-10%Cu(N2)、Ni60-20%Cu(N3)(wt.%)三种耐磨复合涂层,研究三种涂层的微观组织、显微硬度及摩擦学性能。结果表明:N1涂层主要包括γy~Ni固溶体、Cr_(7)C_(3)硬质相、FeNis金属间化合物,N2、N3涂层额外含有固体润滑相Cu。性能上N1(730.41 HVo,s)、N2(653.04 HV_(0.5))和N3(592.29 HV_(0.5))涂层的显微硬度均高于基体,分别达到基体(299.20HV_(0.5))的2.44、2.18和1.98倍;室温下N3涂层表现出优异的减摩性能,摩擦因数比N1涂层降低8.5%,N2涂层表现出优异的耐磨性能,磨损率为1.74×10^(-5)mm^(3)(N·m),而添加20%Cu后,涂层对硬质相的支撑下降,导致硬质相剥离涂层,进而破坏润滑膜,导致磨损率上升。然而在600 C下,N1涂层的减摩性能最佳,摩擦因数比基体下降50.7%,N2涂层耐磨性最高,磨损.率为5.99×10^(-5)mm^(3)(N·m),低于N3涂层的磨损率9.02×10^(-5)mm^(3)(N·m),这是因为添加固体润滑相Cu对涂层的保护作用不足以抵消涂层硬度下降的负面影响。为固体润滑相Cu改进Ni60复合粉末,进而制备成自润滑复合涂层提供了添加量参考范围。     

气缸套表面耐磨热障涂层制备与性能研究

柴油机气缸套表面热障涂层是协同提升其阻热、耐磨、减摩性能的有效方法。利用超音速高能等离子弧喷涂设备,在38CrMoAlA基体表面制备了厚度为1.5 mm的NiCoCrAlY-YSZ双层结构的热障涂层,并对其微观结构、力学性能与高温摩擦学行为进行了研究。结果发现,涂层孔隙率约为(9.62±2.23)%,与基体结合强度为(30.33±1.89) MPa;当环境温度为200℃时,38CrMoAlA基体的磨损率约为1.96×10^-4 mm³/(N·m),高于250℃油润滑条件下YSZ涂层的1.14×10^-4 mm³/(N·m);涂层在油润滑时的摩擦磨损性能较为优异,无润滑时的摩擦因数与磨损率分别由0.05和0.54×10^-4 mm³/(N·m)增加至0.70和2.97×10^-4 mm³/(N·m),其磨损形式以磨粒磨损为主。该研究为低散热柴油机关键部件的设计与防护提供了理论与技术支撑。     

Microstructures and mechanical properties of FeCoCrNi high entropy alloy/WC reinforcing particles composite coatings prepared by laser cladding and plasma cladding

FeCoCrNi HEA coatings with 20% mass fraction of WC reinforcing particles were prepared by two different cladding methods, laser cladding (LC) and plasma cladding (PC). The microstructure of HEA matrix and WC particles of LC and PC coatings were discussed respectively. For HEA matrix, dendritic morphology was observed in both coatings. For WC particles, a few granular (Cr,W)₂C carbides around WC particles in LC coatings, and a large number of crystal and fishbone Fe₃W₃C carbides around WC particles in PC coatings. Mechanical properties as hardness and wear resistance of the two kinds of coatings were also investigated. The interstitial solution strengthening effect of C element is stronger in PC coating, and the hardness of HEA matrix in LC coatings is twice that of in PC coating, which shows a strong retention force on WC particles. The friction coefficient of LC coating is lower and stable, with the volume wear rate of 0.7 × 10⁻⁵ mm⁻³/N·m, showing high wear resistance. PC coatings have poor wear resistance due to decarbonization and oxidation of WC particles and reduction of retention force of HEA matrix, with the volume wear rate of 8.29 × 10⁻⁵ mm⁻³/N·m. The wear mechanism of both coatings were also discussed.     

钢表面离子束改性类金刚石膜层性能

离子束沉积类金刚石膜是钢表面改性的一项新技术。类金刚石改性膜层显微硬度和表面电阻率在特定轰击能量下出现峰值 ;双离子束轰击混合界面可以提高膜层显微硬度 ,并使峰值向低能量方向偏移 ,而且大大增强膜基结合强度。在大气环境中 ,改性膜层对钢的摩擦系数达到 0 0 80～ 0 1 80 ,在摩擦过程中起减摩作用。另一方面 ,类金刚石膜层显著提高钢的耐磨性 ,试验表明 ,40Cr钢表面镀膜后其磨损量是镀膜前的 1 /2 74。类金刚石膜由于使 2Cr1 3不锈钢在 3 5%NaCl溶液中的自然电位Ecorr和点蚀击穿电位Eb 增大 ,因而明显增强钢的抗点蚀能力。     

溅射靶功率对W-C:H薄膜结构与摩擦学性能的影响

目的研究不同溅射功率对W-C:H涂层结构与摩擦学性能的影响。方法用非平衡磁控溅射(UBMS)+等离子体增强化学气相沉积法(PECVD),以WC靶作为溅射靶,C2H2为反应气体,通过调制溅射靶功率,在316不锈钢与Si(100)基体上制备了W-C:H系列薄膜。通过场发射电镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱对薄膜的微观结构和成分进行了表征。用UMT-3MT多功能摩擦机对薄膜的摩擦学性能进行了分析。结果 W-C主要以β-WC1-x纳米晶的形式均匀分布在非晶碳中,并表现出(200)面择优生长。随着溅射靶功率的上升,薄膜内W含量逐渐升高,(200)面衍射峰逐渐增强,sp2含量先降低后升高。靶功率在1.4 k W时具有较好的摩擦学性能,摩擦系数为0.15,磨损率为3.92×10-7 mm~3/(N·m)。结论随着溅射靶功率逐渐升高,柱状晶逐渐变粗,涂层的致密性逐渐降低,薄膜摩擦学性能与WC含量密切相关。     

恒电位对TiAlN涂层在海水环境中磨蚀性能的影响

目的研究不同恒电位对TiAlN涂层在海水环境中磨蚀性能的影响,分析其腐蚀磨损行为。方法用PVD多弧离子镀技术在316不锈钢上沉积TiAlN涂层。通过XRD测试、硬度测试、结合力测试、电化学工作站测试、不同恒电位下磨蚀测试及磨痕截面轮廓测试,分别评价TiAlN涂层的相结构、表面硬度、结合力、电化学性能、摩擦系数和磨损率,通过扫描电子显微镜观察涂层磨痕形貌并分析其磨蚀损伤机理。结果 TiAlN涂层在海水环境下的抗腐蚀性优于基体316不锈钢。在阴极电位下,恒电位增加使涂层的摩擦系数逐渐降低。阳极电位为0.5 V时,摩擦形成的TiO_2基含水化合物颗粒可作为润滑剂,使涂层的摩擦系数迅速降低至0.45。TiAlN涂层在干摩擦条件下的磨损率为5.5678×10-5 mm3/(N·m),在阴极保护电位为-1 V下的磨损率为2.2909×10-6 mm3/(N·m),在开路电位(OCP)下的磨损率为7.4881×10-5 mm3/(N·m)。结论随着加载电位(SCE)的升高,涂层的腐蚀效应愈发明显。涂层在阴极电位下的磨蚀机理主要为塑性变形,在阳极电位下的磨蚀机理主要为疲劳点蚀。     

DLC and UHMWPE as hard/soft composite film on Si for improved tribological performance

The main purpose of this study is to explore the advantages of using a composite thin film of ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) on a hard diamond like carbon (DLC) coating deposited on Si, for high wear life and low coefficient of friction. The experiments are carried out using a ball-on-disc tribometer at a constant linear speed of 0.052 m/s. A 4 mm diameter silicon nitride ball with a normal load of 40 mN is used as the counterface. The tribological results are discussed on the basis of hardness, elastic modulus, contact area, contact pressure and optical images of surface films. As a result of higher load carrying capacity (high hardness and elastic modulus), the wear life of Si/DLC/UHMWPE coated layer is approximately five times greater than that of Si/UHMWPE. Looking at the film thickness effect, UHMWPE film shows maximum wear resistance when the film is of optimum thickness (6.2 μm-12.3 μm) on DLC. Wear mechanisms of different UHMWPE thicknesses for Si/DLC/UHMWPE film are explained using optical microscopy of worn surfaces. Further, the use of perfluoropolyether (PFPE) ultra-thin film as the top layer on the composite coatings reduces the coefficient of friction to very low values (0.06-0.07) and increases the wear life of the films by several folds.     

TiN及TiSiN涂层在海水环境下的摩擦学行为研究

目的对比研究海水环境下Ti N及Ti Si N涂层与Al2O3对磨的摩擦磨损行为。方法采用多弧离子镀技术在316L不锈钢及单晶硅片上制备Ti N及Ti Si N涂层。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及X射线光电子能谱仪(XPS)分析了涂层的截面形貌及化学组织成分。选择纳米压痕仪测量了Ti N及Ti Si N涂层的硬度及弹性模量,使用UMT-3往复式摩擦试验机研究了人工模拟海水环境下Al2O3与Ti N及Ti Si N涂层对磨后的摩擦磨损行为,并采用扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)及表面轮廓仪来深入分析了磨痕的摩擦磨损情况。结果研究表明,Ti N涂层的硬度为32.5 GPa,当Si元素掺入涂层以后,Ti Si N涂层的硬度提高到了37 GPa。同时,较之于Ti N涂层,Ti Si N涂层的腐蚀电流密度下降了一个数量级。在摩擦实验中,Ti N涂层的摩擦系数和磨损率分别为0.35和5.21×10-6 mm3/(N·m),而Ti Si N涂层的摩擦系数和磨损率均有明显下降,分别为0.24和1.96×10-6 mm3/(N·m)。结论 Si元素掺杂后能显著提高Ti N涂层在海水环境下的摩擦学性能,主要归因于结构的致密,硬度、韧性、抗腐蚀性的提高及润滑相的形成。     

Effect of WS2 particle size on mechanical properties and tribological behaviors of Cu-WS2 composites sintered by SPS

The mechanical properties and tribological behaviors of Cu-WS₂ composites fabricated by spark plasma sintering (SPS) using two different WS₂ particle sizes of 0.6 and 5.0 µm and Cu powders as raw materials were investigated. The results indicate that the bending strength and tribological behavior of Cu-WS₂ composites are greatly affected by the size of WS₂ particles. The bending strength of Cu-WS₂ composites with the WS₂ particle size of 5.0 μm is 292.2 MPa. As the size of WS₂ particle decreases to 0.6 µm, the bending strength also decreases to 181.5 MPa. Moreover, as the WS₂ particle size decreases from 5.0 to 0.6 µm, the wear rate of Cu-WS₂ composite sharply increases from 2.99×10^?14 to 6.13×10^?14 m³/(N·m) and its friction coefficient increases from 0.158 to 0.172. The size of WS₂ particle (5.0 μm) plays an important role in forming transfer film formed on the counter-face. The sample with 5.0 μm WS₂ particle forms smoother and more continuous transfer film, which results in a low wear rate and friction coefficient of the Cu-WS₂ composites.     

TC4钛合金微弧氧化-SiC复合膜的膜层结构及摩擦磨损行为

目的通过微弧氧化共沉积工艺,获得摩擦磨损性能优良的微弧氧化-SiC复合膜。方法在硅酸钠-六偏磷酸钠-钨酸钠-多聚磷酸钠体系的微弧氧化电解液中加入2.0 g/L SiC微粒,以直流脉冲模式制备TC4钛合金微弧氧化-SiC复合膜。利用KH-7700型三维视频显微镜、XRD、SEM,对复合膜的表面、截面微观形貌和结构进行了观察分析,采用CFT-1型显微磨损试验仪检测了其在室温干摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果 SiC复合膜层中的微孔数量明显少于不含SiC相的氧化膜层,复合膜表面分布着SiC相、金红石、锐钛矿TiO_2相、Al2Ti O5相以及非晶态的P、Si、W化合物。在干摩擦磨损条件下,微弧氧化-SiC复合膜的摩擦系数为0.26,比磨损率为0.72×10~(-6) mm~3/(N·m),微弧氧化-SiC复合膜只发生轻微的粘着磨损和磨粒磨损。结论得到了摩擦磨损性能优良的复合膜,复合膜中的SiC新相改变了氧化膜的表面形貌,降低了复合膜的摩擦系数和磨损率。     

Tribological Performances of Molded Micro-Cratered Surface of Superelasticity TiNi Alloy

采用模压法在TiNi合金表面获得了微凹坑织构,通过织构几何参数的变化调控材料的摩擦学性能。结果表明,周向和径向间距增大,TiNi合金的摩擦系数和比磨损率均呈现先减小后增大的趋势,而深/径比逐渐增大,使得TiNi合金的摩擦系数和比磨损率呈现先增大后减小的趋势。滑动速度增加,TiNi合金试盘的摩擦系数几乎都呈现先减小后增大的趋势,与Stribeck曲线描述的一致。织构参数微坑深/径比为0.06,径向间距为1.5 mm,周向间距为15°时,表现出较优的摩擦学性能,摩擦系数为0.098,比磨损率为0.87 × 10-5 mm3/(N·m)。由此可见,合适的织构参数和形貌可以降低摩擦系数和减小磨损,因为摩擦过程中微坑会产生动压和捕捉磨屑而减少表面损伤,增强耐磨性。