微滑动条件下PS304涂层与Si_3N_4配副的摩擦学性能研究

利用大气等离子喷涂在不锈钢表面制备PS304高温自润滑涂层。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜表征涂层的组成和结构;采用SRV微动摩擦磨损实验机研究PS304涂层和Si3N4摩擦副从室温到800℃的摩擦磨损性能;用扫描电子显微镜观察涂层和对偶球的磨损形貌,并分析涂层在室温和600℃的摩擦磨损机制。结果表明,常温下,涂层的摩擦因数和磨损率均较高,磨损表面伴随脆性断裂迹象,主要表现为磨粒磨损机制。在600℃下,涂层表现最低的摩擦因数和最小磨损率,其表面形成润滑膜并发生一定的塑性变形,磨损机制主要为黏着磨损。     

硬质合金刀具高能离子源增强多弧镀AlCrTiSiN梯度涂层制备及性能研究

采用离子源增强的多弧离子镀新技术,在硬质合金刀具表面制备了不同含Si层梯度结构的AlCrTiSiN梯度涂层,并对涂层组织结构、残余应力、结合强度、摩擦磨损以及铣削和钻削加工灰铸铁性能进行了详细的研究。结果表明：不同含Si层梯度结构的AlCrTiSiN涂层主要由固溶的(Al,Cr) N、(Al,Ti) N相和非晶态Si₃N₄相组成。其中,含Si层梯度变化最缓和的G3(Gradient 3)涂层具有较高的结合强度,较低的残余压应力、摩擦因数和磨损率。铣削和钻削试验显示,涂层刀具的切削磨损机理主要表现为磨粒磨损和粘着磨损。G3涂层降低了磨粒磨损,其刀具的铣削和钻削寿命均最高,这主要得益于其含Si层的梯度设计、适当的压应力(-3.8 GPa)以及良好的膜基结合强度。研究结果表明,通过对含Si层进行梯度设计可显著提高涂层刀具的切削性能。     

铝合金表面纳米Al2O3-40%TiO2复相陶瓷涂层力学与摩擦学性能

为提高铝合金零部件的耐磨性能,运用等离子喷涂技术在7005铝合金表面制备纳米Al2O3-40%TiO2(NAT40)复相陶瓷涂层,分析该涂层的微观结构,测试其主要力学性能,研究其在干摩擦和3.5%NaCl溶液中的摩擦行为与机制。结果表明:NAT40涂层的显微硬度为638.6 HV0.5,断裂韧度为13.3 MPa.m1/2,与基体的临界结合力达到80.35 N,均高于微米Al2O3-40%TiO2(MAT40)涂层。干摩擦时,随着载荷从3 N增大至12 N,NAT40涂层的摩擦因数从0.20上升至0.32,其磨损失重也从1.3 mg增大到2.2 mg;轻载3 N时,涂层以微观切削磨损为主,而在重载12 N条件下,磨损表面闪温计算值达到541.65℃,导致涂层的强度和硬度下降,磨损机理变为多次塑变磨损、粘着磨损和氧化磨损。在3.5%NaCl溶液摩擦环境中,NAT40涂层在相同载荷条件下的摩擦因数较干摩擦时显著降低,但重载(12 N)时,其磨损失重却比干摩擦时增加22.7%;随着载荷的增加,涂层的磨损机理由疲劳磨损转变为应力腐蚀磨损。     

离子镀沉积TiSiCN单层和TiSiCN/TiSiN多层涂层的微观形貌及摩擦学行为

采用多弧离子镀技术在钛合金表面制备了TiSiCN单层涂层和TiSiCN/TiSiN多层涂层,对比研究了两种涂层的微观形貌、硬度、结合性能和摩擦磨损性能。结果表明:两种涂层的组织结构均致密均匀;与TiSiCN单层涂层相比,TiSiCN/TiSiN多层涂层的硬度更高;TiSiCN/TiSiN多层涂层与基体的结合强度小于TiSiCN单层涂层的;TiSiCN/TiSiN多层涂层在大气中和人工海水中的摩擦因数分别为0.32和0.30,TiSiCN单层涂层在大气中和人工海水中的摩擦因数和磨损率均低于TiSiCN/TiSiN多层涂层的,TiSiCN单层涂层的耐磨性能更优。     

含氧量和退火处理对CrAlSiN涂层机械性能的影响

基于氧含量对纳米复合结构Cr Al Si N涂层性能的影响,采用电弧离子镀技术在3.0Pa气压下通入不同比例的氧氮气流沉积Cr Al Si ON涂层,并对涂层做不同温度的退火处理,对比涂层硬度和结合力的变化。800~950℃温度下退火后,可以释放涂层中的残余应力,提高涂层的硬度,且不影响涂层的结合力。但1100℃退火后,涂层的硬度降低明显,且通过划痕测试可以发现,涂层完全失效。     

铜基粉末冶金摩擦材料高温摩擦疲劳性能测试

在高温摩擦疲劳试验机上对铜基粉末冶金材料进行了性能测试。发现：(1)在100℃～350℃区间，随温度的升高，摩擦因数在降低；(2)在500℃时，摩擦因数最高，且发生了粘着磨损；(3)在450N，300℃时，磨痕表面出现了球状的石墨颗粒层，这起到了极好的润滑作用，使得300℃时，磨损较低。     

水润滑条件下聚丙烯/有机改性蒙脱土纳米复合材料摩擦磨损性能研究

针对2种有机改性蒙脱土(OMMT,TJ-2型和KH-V6型),研究了熔融插层法制备的聚丙烯(PP)/OMMT纳米复合材料在水润滑条件下的摩擦磨损性能,并用扫描电子显微镜观察分析了复合材料的磨损表面.结果表明:2种PP/OMMT纳米复合材料的摩擦因数和磨损率都随OMMT含量的增加先减小后增加.当TJ-2型OMMT质量分数为1.5%时,复合材料的摩擦因数和磨损率分别为纯PP的88%和48%;当KH-V6型OMMT质量分数为2%时,复合材料的摩擦因数和磨损率分别为纯PP的92%和50%.此外,在水介质中,随OMMT填充量的增加,PP/OMMT纳米复合材料的主要磨损形式依次是磨粒磨损、粘着磨损和磨粒磨损.     

沉积气压对氮化钒(VN)涂层微结构及其性能的影响*

为研究沉积气压对VN涂层力学性能和摩擦性能的影响,采用离子镀制备VN涂层,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等设备检测VN涂层的物相结构、表面形貌,采用划痕仪测试基体与涂层的膜基结合力,采用摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦因数。结果表明:随着沉积氮气气压的升高,VN衍射峰强度逐渐增强,具有(200)晶面择优取向,表面平整度高;随着沉积氮气气压变化,涂层显微硬度和膜基结合力呈抛物线变化趋势,在氮气气压为1.0 Pa时,涂层硬度最高为HV2284,结合力最大为45 N,并具有稳定的摩擦因数,平均摩擦因数为0.85。通过调控沉积气压,多弧离子镀技术可以制备出性能更优越的VN涂层。     

化学气相沉积Ti(CN)/TiC/Al_2O_3多层涂层的结构和耐磨性能

采用化学气相沉积技术在42CrMo钢基体表面制备了Ti(CN)/TiC/Al2O3多层涂层,分析了多层涂层的断面形貌、元素分布和物相组成,并研究了多层涂层的显微硬度及其与基体的界面结合力、耐磨性能。结果表明:Ti(CN)/TiC/Al2O3多层涂层的结构较致密,主要由TiC0.2N0.8、TiC、α-Al2O3和Ti2O3组成,厚度约10μm,其显微硬度约2 654HV,涂层与基体间的界面结合力可达62N;与基体相比,多层涂层的平均摩擦因数约降低了23%,磨损量约减少了50%,其磨损机制为疲劳磨损和磨粒磨损。     

不同环境气氛对高速干滑动钢/铜摩擦副磨损机制的影响

利用MMS-1G型高温高速销-盘摩擦磨损试验机,以钢/铜摩擦副为研究对象,研究了不同环境气氛对高速干滑动钢/铜摩擦副磨损机制的影响,应用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)对销试样磨损表面进行分析。结果表明:随着pv值的增加,氧气条件下的磨损机制由粘着磨损转变为氧化磨损;氮气条件下的磨损机制由粘着磨损转变为金属流变和磨粒磨损。氮气气氛条件下的摩擦因数和磨损率均高于氧气气氛条件下的摩擦因数和磨损率。     

纳米复合镍电镀层的摩擦学性能

采用纳米复合电沉积方法制备了纯镍、Ni-纳米CeO_2、Ni-纳米ZrO_2和Ni-纳米(CeO_2-ZrO_2)四种镍电镀层,研究了不同镀层的显微硬度及摩擦磨损性能,并用扫描电子显微镜分析了其磨损机理。结果表明:在干摩擦条件下,镀层中纳米颗粒含量相同时,上述四种镀层的显微硬度依次升高,摩擦因数依次降低,并且波动范围变小;磨损率也是依次降低;纯镍镀层呈现严重的粘着磨损特征,Ni-纳米CeO_2镀层表现为严重的磨粒磨损和粘着磨损,Ni-纳米ZrO_2镀层的磨损特征为粘着磨损;而Ni-纳米(CeO_2-ZrO_2)镀层的磨损形式以轻微磨粒磨损和粘着磨损为主。     

等离子体浸没离子注入与沉积TiN/Ti复合涂层高温微动磨损特性研究

采用等离子体浸没离子注入与沉积技术（PIII＆D）,在T225NG钛合金基材上制备了TiN/Ti复合涂层.对沉积涂层的组织和化学成分作了XPS和AES分析,用扫描电镜SEM、能谱仪EDS和激光共焦扫描显微镜（LCSM）对该涂层大气氛围中室温（25 ℃）,200 ℃和400 ℃的微动磨损特性与基材进行了对比研究.结果表明：复合涂层中的组织为TiN和TiO2;在部分滑移区和混合区,PIII＆D TiN/Ti复合涂层摩擦因数随温度升高而降低,在滑移区,涂层摩擦因数波动较大,温度对基材摩擦因数影响不明显.在部分滑移区磨损轻微,在混合区和滑移区,涂层磨损机制以剥层和氧化磨损为主,局部存在磨粒磨损.     

青铜-石墨热喷涂层在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能

在MM-200摩擦磨损试验机上研究了青铜-石墨热喷涂层在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能,采用扫描电镜(SEM)对磨损表面形貌进行了观测和采用X射线能谱分析(XPS)分析了涂层成分。结果表明,在水润滑条件下涂层摩擦因数和磨损率均低于干摩擦条件下;在水润滑条件下磨损机制为轻微磨粒磨损和犁削磨损,在干摩擦下主要是较为严重的粘着磨损和犁削。这是由于水润滑降低了摩擦副界面温度,提高了石墨润滑膜的韧性,改善了润滑效果,从而阻止了粘着磨损的发生,水还促进了钢偶件表面致密氧化膜的形成,从而减轻磨损。因此水润滑对涂层磨损性能有较大影响。     

表面纳米化纯钛的摩擦磨损性能

利用阳极氧化法在钛表面制备具有不同管径的TiO2纳米管层,分别在大气及润滑液环境里,以球/平面接触方式,在PLINT高精度液压伺服式微动磨损试验机上,对经阳极氧化处理的纯钛(对磨偶件为12mmGCr15钢球)在40N的法向载荷下进行微动磨损试验,对试样表面形貌和显微硬度进行分析,采用轮廓仪、扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪对磨斑进行分析。结果表明:润滑时,试样的摩擦因数和磨损深度均小于干摩擦时;大管径试样在润滑下的摩擦因数最低,磨损程度也最小,当管径增至一定值(如100nm)时磨损趋缓;干摩擦下,钛表面纳米管的存在降低了摩擦因数,减小了磨损,但纳米管径大小对其磨损过程没有明显影响;纳米管层的磨损的机制为磨粒磨损、疲劳磨损、黏着磨损及氧化磨损。     

石墨烯/MoS2复合涂层多环境下的摩擦学性能

以MoS2作为润滑剂,以石墨烯(GE)作为润滑添加剂,采用喷涂法在GCr15钢样片表面制备不同含量的GE/MoS2复合涂层。利用HSR-2M型高速往复式摩擦磨损试验机测试涂层在干摩擦及海水环境中的摩擦磨损性能,并分析了磨痕形貌及磨损机制。结果表明:添加适量石墨烯可明显改善MoS2涂层的摩擦磨损性能,且海水环境中涂层的摩擦因数、磨损率均低于干摩擦;在干摩擦和海水环境下,随着石墨烯含量的增加,GE/MoS2复合涂层的摩擦因数和磨损量均呈现先下降后上升的趋势,当石墨烯质量分数为0.8%时,摩擦磨损性能最优。干摩擦下MoS2涂层的磨损机制为疲劳磨损、黏着磨损和磨粒磨损,GE/MoS2复合涂层主要为磨粒磨损;而在海水环境下几种涂层均仅出现磨粒磨损。     

不锈钢纤维/碳纤维混杂增强聚醚醚酮基摩擦材料的制备与性能

研究了不锈钢纤维/碳纤维混杂增强聚醚醚酮(PEEK)树脂基半金属摩擦材料的配比、成型工艺对其摩擦磨损性能的影响,对其摩擦磨损机理进行了初步分析.结果表明:制备摩擦材料的优化工艺条件是热压温度320 ℃、压力35 MPa、保温时间3 min/mm,固化处理工艺为80 ℃×30 min 150 ℃×30 min 270 ℃×30 min 320 ℃×180 min;最佳配方为19.63%的PEEK、7.57%的不锈钢纤维、10.97%的碳纤维、6.51%的腰果壳油粉及55.33%的填料.经优化工艺制备的摩擦材料的摩擦因数稳定,磨损率低,摩擦材料的磨损在低温区主要属于磨粒磨损,在较高温度时属于粘着磨损和磨粒磨损的共同作用.     

CrAlSiN涂层的制备及其性能研究

利用电弧离子镀技术在硬质合金上涂覆CrAlSiN涂层,研究涂层的微观结构及纳米力学性能。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪分析了CrAlSiN涂层的微观结构,发现涂层由CrN过渡层和CrAlSiN涂层组成,涂层表面致密,截面呈致密结构,涂层物相主要以AlN、CrN的固溶相存在。通过纳米压痕和划痕实验研究了CrAlSiN涂层的力学性能,结果发现涂层的纳米硬度为31.445GPa,是涂层前的1.41倍,并且结合力为18.49 N。通过摩擦磨损实验发现涂层后的摩擦系数相对降低11%左右。     

不同温度下MoSi2的高温磨损行为研究

采用XP-5型高温摩擦磨损试验机考察了MoSi2/Al2O3配对副在700～1100℃间的摩擦学性能.利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪观察与分析了MoSi2的磨损表面与相组成.结果表明:MoSi2/Al2O3摩擦副低于900℃时摩擦因数随温度升高而增加,MoSi2的磨损率较低,氧化与粘着磨损是MoSi2的主要磨损形式;高于900℃时摩擦因数略有下降,但基本维持在0.6～0.8之间, MoSi2的磨损率却显著增加,这是由于塑脆转变特性的影响,MoSi2磨损表面还发生磨粒磨损、变形与断裂,粘着和氧化磨损加剧;偶件Al2O3的磨损形式为粘着磨损.     

含无机类富勒烯(IF)过渡族金属硫化物纳米复合涂层的环境摩擦磨损特性

采用固-气相反应、反应沉淀和溶剂热诱导法实现了IF-MoS2、IF-WS2纳米粉体的宏观量制备.分别用化学共沉积方法在硬铝基体上制备Ni-P-(IF-WS2)复合镀层,磁控溅射和激光溅射技术在硬铝合金和钛合金基体上制各(Ni,Mo)/IF-(Mo,W)S2梯度纳米复合涂层和IF-(Mo,W)S2/(Ni,Mo)-IF-(Mo,W)S2多层纳米复合涂层.用划痕仪、球-盘式摩擦仪评估纳米涂层的结合力及其在真空(10-2 Pa)和大气中的摩擦磨损性能.Ni-P-(IF-MoS2)化学复合镀层的硬度、摩擦因数和磨损率明显低于Ni-P化学镀层.梯度和多层复合结构有利于涂层与合金基体结合力的提高.(Ni,Mo)/IF-(Mo,W)S2纳米梯度复合涂层和(Ni,Mo)-IF-(Mo,W)S2/IF-(Mo,W)S2纳米多层复合涂层在不同环境下都有低的摩擦因数和磨损率.含无机类富勒烯(IF-)WS2或MoS2的纳米复合涂层具有优良的环境稳定性.     

钛合金与陶瓷配副干滑动摩擦磨损性能研究

采用摩擦磨损试验机、超景深显微镜和激光共聚焦显微镜,考察不同载荷和速度下不同硬度钛合金盘与陶瓷球配副的摩擦因数、磨损体积和表面形貌,并探讨其磨损机制。通过极差与方差分析发现:摩擦速度对摩擦因数的影响最大,载荷的影响次之,钛合金基体硬度的影响最小;当载荷为2 N,速度为300 r/min,硬度为HV480时,摩擦因数最小。基于正交试验的最优结果,开展控制变量试验,试验结果表明:载荷小于2 N时,钛合金以磨粒磨损为主,载荷为4 N时,钛合金的磨损形式为磨粒磨损和氧化磨损,载荷为6 N时,钛合金的磨损形式为剥层磨损并伴有严重的氧化现象;摩擦速度50 r/min时,钛合金以磨粒磨损为主,摩擦速度小于100 r/min时,钛合金以磨粒磨损为主,摩擦速度为250 r/min时,钛合金的磨损形式以剥层磨损为主。钛合金的磨损模式在载荷小于2 N时以磨粒磨损为主,在载荷为4N时为磨粒磨损和氧化磨损,在载荷为6 N时为剥层磨损并伴有严重的氧化现象。