热喷涂层滚动接触疲劳寿命演变规律研究进展

滚动接触疲劳寿命是评价热喷涂层性能的重要指标之一。目前,用于热喷涂层滚动接触疲劳寿命演变规律的研究方法主要可以分为三大类:理论模型法、疲劳试验法和有限元分析法。模型预测法侧重对失效机理的描述,主要通过理论推导建立模型公式,再通过试验获取模型所需参数,从而达到预测涂层寿命的目的。疲劳试验法侧重对疲劳数据的分析,通过疲劳试验机得到寿命数据,采用Weibull分布等统计模型对数据进行分析,建立不同寿命影响因素与涂层疲劳寿命之间的关系。有限元分析方法则是通过采用计算机软件模拟涂层实际工况的方法,对涂层工作中的部分参量进行科学估计,是上述两种方法的补充。从热喷涂层滚动疲劳寿命研究方法的角度出发,总结各种研究方法的研究成果,系统综述国内外学者对热喷涂层滚动接触疲劳寿命演变规律的研究现状,确定疲劳试验与有限元分析相结合的方法。     

脉冲偏压占空比对电弧离子镀TiAlN涂层的影响

通过优化电弧离子镀工艺参数改善TiAlN涂层结构及性能对TiAlN涂层应用具有重要的实用价值。本文利用脉冲偏压电弧离子镀制备了TiAlN涂层,研究了偏压占空比对TiAlN涂层结构及性能的影响,结果发现：随着占空比增加,涂层表面缺陷密度和表面粗糙度先降低后增大,占空比为70%时,制备的涂层表面缺陷密度和表面粗糙度最低。随着占空比增加,涂层的硬度和耐磨性得到明显改善,但占空比超过50%后继续增加占空比反而降低了涂层的硬度和耐磨性。TiAlN涂层与Si3N4球对磨时的主要磨损机制为黏着磨损和氧化磨损。     

表面自由能的计算方法及其对材料表面性能影响机制的研究现状

表面自由能是材料表面能量状态的一种描述,对材料的诸多性能有很大的影响。用于表面自由能计算的方法主要包括：Fowkes 法、Owens-Wendt-Kaelble 法、van Oss 法以及 Wu 法等,每种方法都有其特点和计算形式。目前,表面自由能的计算方法多数是基于 Young 方程推导而来,其中的基本物理量接触角θ是表征自由能的一个重要指标。对于接触角θ的测量,同样存在多种方式,如量角法、量高法以及测力法等。从表面自由能计算方法出发,系统地总结了表面自由能对材料结合强度、润湿性能及其他性能的影响,综述了国内外学者对材料表面自由能的研究现状。最后对表面自由能未来的研究方向提出了展望。     

聚合物抛光垫修整和抛光的研究

通过试验了解聚合物抛光垫的修整和抛光原理,分别用尼龙、聚碳酸酯和聚氨酯在含3 %氧化铝颗粒的抛光液中与铜销对磨,测定修整后的抛光垫的表面性能,测量抛光试验中抛光垫的磨损和摩擦因数.结果表明,聚碳酸酯和聚氨酯抛光垫的接触角随表面粗糙度的增大而增大,尼龙则趋向于相反的规律;修整后的表面粗糙度对尼龙和聚碳酸酯抛光垫磨损机制的影响要大于对聚氨酯抛光垫磨损机制的影响;之前的研究表明,在化学机械抛光过程中,摩擦会引起材料的转移,在研究中,更进一步地考察了修整和抛光过程中材料转移的效应;与尼龙和聚碳酸酯相比,聚氨酯的化学、材料和摩擦学性能更为稳定.这使得聚氨酯成为化学机械抛光中较独特的材料.     

分子动力学模拟及其在表面工程中的应用现状

分子动力学模拟是一种通过经典力学建立分子体系模型,利用数值求解分子体系运动方程,对分子和分子体系结构与性质进行研究的计算机模拟方法。分子动力学作为一种应用非常广泛的分子模拟技术,在物理、化学、生物、材料、医学等各种牵涉到微观世界的学科中,都起到了非常重要的作用。目前,分子动力学已被应用于模拟表面工程中表面涂层的沉积过程及其性质、表面改性过程、薄膜应力状态以及表面裂纹的萌生与扩展等方面。综述了分子动力学模拟技术的发展,介绍了分子动力学的基本原理及算法、原子间势函数的选取以及边界条件的选取,并且综述了分子动力学模拟技术在表面工程中的应用及其进一步的研究方向。     

层状固体润滑薄膜的研究进展

层状物固体润滑薄膜是固体润滑薄膜中最常用的形式.本文针对4种有代表性的层状物固体润滑薄膜(硫化亚铁、二硫化钼、石墨及二硫化钨薄膜)的制备方法及摩擦学性能进行了详细论述,这些薄膜都具有优良的减摩、耐磨、抗擦伤性能,但不同的薄膜其摩擦学性能有差异,适用工况也不尽相同.     

硫化亚铁固体润滑涂层的制备方法与摩擦学性能研究

描述了硫化亚铁固体润滑涂层的制备方法及摩擦学性能。结果表明,不同方法得到的硫化亚铁涂层都能具有优良的减摩、耐磨、抗擦伤性能,但其摩擦学性能有差异,适用工况条件也不同。并指出了制备方法中存在的缺陷,对其今后的发展作了展望。     

超声速等离子喷涂Ni60A涂层的滚动接触疲劳寿命

制备高质量的超声速等离子喷涂Ni60A涂层,并研究该涂层的滚动接触疲劳性能及寿命。通过正交试验对Ni60A涂层的4个主要喷涂工艺参数(喷涂电压、喷涂电流、Ar气流量和喷涂距离)进行优化设计,通过分析孔隙率和显微硬度值的大小,综合评价喷涂层质量。利用Image J2x孔隙率计算软件计算涂层孔隙率,利用扫描电镜分析Ni60A粉末和喷涂层的微观结构,采用显微硬度计测定涂层的显微硬度,利用RM-1接触疲劳/磨损多功能试验机对涂层进行不同载荷条件下的接触疲劳试验,并建立Weibull失效概率图。结果表明,通过正交试验可以获得高质量的超声速等离子喷涂Ni60A涂层,超声速等离子喷涂Ni60A涂层的最优喷涂工艺参数为:喷涂电压170 V,喷涂电流370 A,Ar气流量110 L/min,喷涂距离110 mm,通过最优参数制备得到的Ni60A涂层的孔隙率为1.05%,显微硬度为1 086 HV_(0.2);在不同接触应力水平下,Ni60A涂层的寿命服从Weibull分布,通过Weibull失效概率图可以在一定范围内预测某一工作载荷下涂层的接触疲劳寿命。     

超音速等离子喷涂的NiCr-Cr_3C_2粒子特性对涂层性能的影响

采用超音速等离子喷涂法在调质45钢表面制备NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层,利用Spray Watch系统对喷涂过程中NiCr-Cr3C2粒子的分布状态、温度及速度等特性进行短时短距离的监测;并通过改变喷涂距离来改变喷涂粒子的特性,研究粒子特性对涂层的孔隙率、硬度与摩擦性能的影响。结果表明,在喷涂距离为90~120mm范围内,粒子的速度与温度都相对较高,在喷涂距离为110mm时,粒子的最大速度达到530m/s,平均温度为2180℃。粒子温度过高或过低都不利于获得高质量涂层,但粒子速度越大,涂层质量越好。在喷涂距离为110mm时,由于粒子速度大(平均为452m/s)、温度适中(平均温度为2180℃),沉积的NiCr-Cr3C2涂层结构致密,显微缺陷较少,具有较高的显微硬度和较低的孔隙率,分别为986HV0.3和0.96%,并且摩擦性能较好,摩擦因数和磨损量都最小。     

超音速等离子转移弧喷涂铝涂层的响应曲面法工艺优化

采用超音速等离子转移弧喷涂铝涂层,通过响应曲面法中的 Box-Behnken 中心组合试验设计了三因素三水平的工艺优化试验,建立了主气流量、工作电流和喷涂距离与涂层孔隙率之间的数学模型。 对最优工艺参数条件下制备的铝涂层,利用 SEM、XRD 对涂层的微观形貌和组织成分进行表征;利用 HMV-2000 型维氏硬度计和 MTS 809 万能拉伸试验机对涂层的显微硬度和结合强度进行测试分析。 结果表明:随着主气流量增大、工作电流减小或者主气流量减小、 工作电流增大,孔隙率均呈减小趋势,得到的最优喷涂工艺为:主气流量:100 L/ min,工作电流:200 A,喷涂距离: 100 mm,丝与喷嘴的距离:10 mm,送丝速度:6 m/ min。 通过最优工艺制备的铝涂层,涂层致密,孔隙率为 2. 3%;涂层与基体的结合强度较高为 24. 4 MPa,显微硬度为 44. 5 HV_{0. 1} 。