表面织构与DLC涂层复合处理影响材料摩擦特性的研究进展

近些年来表面织构化与表面涂覆技术在提高摩擦学性能方面取得了良好的进展,有越来越多的研究将表面织构技术与涂覆技术进行融合,发现在适当的外界环境下合适的织构化参数与DLC涂层复合处理后显现出优异的摩擦学特性,两者间做到了1+1大于2的效果。表面织构化已经广泛的应用在改善材料摩擦性能等方面,然而其在干摩擦条件下可能并不能起到很好的润滑效果。DLC涂层被世间公认为是有效的固体润滑剂,它具有良好的减摩、抗磨性,但涂层却有着吸附力差的缺点,表面织构可以增大涂层与基材之间的有效结合强度,增加表面的腐蚀能力,进而可以提高涂层的摩擦学性能、腐蚀性能、生物相容性。织构化与DLC涂层的结合可以在航空、汽车、机械等领域得到广泛应用,进而提高产品的性能和可靠性。主要介绍表面织构化与DLC涂层复合改性处理后材料的摩擦磨损特性。并从织构的几何参数、实验条件、接触方式、摄入元素、涂层厚度以及仿真分析等几方面进行阐述。为帮助后续的研究方向提供参考。最后对织构与涂层复合改性方面的发展趋势进行展望。     

PTFE复合涂层的摩擦学性能及疏水性能研究现状

聚四氟乙烯(PTFE)具有优良的自润滑性能、耐化学腐蚀性能和介电性能,以及优异的高低温稳定性和化学稳定性。此外,PTFE还具有优异的超疏水性能,人工制备的超疏水表面在诸多领域有着广阔的应用前景,但单一的PTFE硬度较低、耐磨性差。本文综述了国内外近些年使用碳材料或聚合物对PTFE进行填充改性,并利用表面工程技术制备复合涂层以改善摩擦学性能及疏水性能方面的研究进展,并对未来PTFE复合涂层的研究方向进行了展望。     

材料表面摩擦学设计新方法——纳米结构耐磨涂层的组装

总结了组装纳米耐磨结构涂层的产生背景、材料学基础、意义及国内外研究现状，介绍了间接法组装纳米结构耐磨涂层所需纳米结构喂料的组成、构筑方法和加工步骤，综述了直接法和间接法组装纳米结构耐磨涂层的技术路线及工艺条件，并首次提出了将纳米低维材料的制备与纳米喂料的构筑有机的结合在一起的研究思想，进而设计了固相反应构筑法、液相反应原位喷雾干燥法等加工纳米结构喂料的新方法。     

40Cr钢离子氮化与离子镀TiN复合涂层与苜蓿草粉之间的摩擦学特性

在橡胶轮磨料磨损实验机上考察了40Cr钢基体上离子氮化与离子镀TiN复合涂层在苜蓿草粉软磨料下的摩擦学特性。采用划痕法测定了涂层的结合力,利用XRD分析了涂层的相结构,应用扫描电子显微镜观察分析了涂层磨损表面形貌和磨损机理。结果表明:离子氮化与离子镀TiN复合涂层的膜基结合力和硬度均高于TiN涂层;其对于苜蓿草粉软磨料的耐磨性也高于TiN涂层和渗氮层;离子氮化过渡层能显著提高TiN涂层的膜基结合力并改善薄膜的韧性;涂层能有效限制硬质颗粒对基体的压嵌和切削。涂层在苜蓿草粉软磨料下的磨损机制既包括硬质颗粒磨料条件下的切削磨损,也包括软磨料条件下的多次塑性变形和周期疲劳磨损。涂层硬度和韧性的共增可以提高其对软磨料的耐磨性。     

金属-陶瓷复合涂层摩擦学特性的SEM和SEAM研究

在ＳＲＶ摩擦磨损试验机上进行常温干摩擦试验,比较了ＣｏＣｒＭｏＳｉ＋Ａｌ_２Ｏ_３ＺｒＯ_２和ＣｏＣｒＭｏＳｉ＋Ｆｅ_３Ｏ_４两种大气等离子喷涂金属－陶瓷复合涂层以及Ｃ１Ｍｎ１Ｃｒ１碳钢涂层与３５＃中碳钢对磨的摩擦学特性;利用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）和扫描电声显微镜（ＳＥＡＭ）观察了磨损表面和亚表层的显微结构,分析了金属－陶瓷复合涂层的磨损机理．结果表明,粘着磨损占主导地位,同时存在微切削和微裂纹的扩展、连接．     

不同温度下Fe-Al/Cr3C2复合涂层的摩擦学特性研究

使用THT07-135高温磨损实验机对不同温度下高速火焰喷涂Fe-Al/Cr3C2复合涂层进行滑动摩擦特性研究.运用扫描电镜及能谱仪对磨痕的形貌和不同区域的成分进行观察测试,运用透射电镜对涂层内部硬质相的存在状态进行观察分析.结果表明:高速火焰喷涂Fe-Al/Cr3C2复合涂层具有良好的抗摩擦磨损性能,随着滑动距离的增...     

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.     

不同方法制备的微弧氧化涂层摩擦磨损特性的研究现状

镁、铝、钛及其合金具有比强度高、资源丰富、加工性能好等优点,在机械、航空航天、生物医药等领域得到广泛应用,但由于镁、铝、钛及其合金的耐磨性较差,严重限制了其在各个领域的应用。从微弧氧化复合涂层的形成原理和制备方法出发,系统综述了在镁合金、铝合金、钛合金等轻质合金材料表面采用各种微弧氧化复合技术制备的涂层的摩擦磨损性能方面的研究现状,指出目前微弧氧化技术存在的问题与未来发展方向,为后续研究提供一定参考。     

MgO/SiO2复合纳米的摩擦自修复性能研究

为研究MgO/SiO2复合纳米的磨损自修复作用及摩擦条件对修复的影响，将MgO/SiO2复合纳米作为添加剂加入350SN基础油中，在HQ-1环块摩擦磨损试验机上考察了MgO/SiO2复合纳米对磨损表面的修复作用，在不同的载荷、转速、修复时间条件下进行了修复试验，并探讨了摩擦条件对纳米MgO/SiO2自修复性能的影响机理。结果表明，MgO/SiO2复合纳米添加剂对磨损表面具有良好的修复作用，其自修复性能受载荷、速度、摩擦时间影响。在适当的摩擦条件下，试块有明显的增重，修复后表面粗糙度Ra降低了11.2％，表明MgO/SiO2有摩擦自修复功能。     

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。     

纯钛表面激光硼化及其摩擦学性能

利用激光合金化技术在纯钛表面制备了TiB2合金化层。用XRD和SEM分析了合金化层的组成和组织结构。在CSM栓-盘摩擦磨损试验机上对钛及合金化层的摩擦磨损性能进行测试。结果表明:合金化层的主要成份是TiB2,合金化层表层的组织结构主要为柱状晶,合金化层的显微硬度达到1600HV0.1,TiB2合金化层的耐磨性能优于纯钛。     

超声处理对建筑用EVM表面离子镀DLC涂层组织和摩擦性的影响

通过超声方法处理聚氨基甲酸酯表面,选择脉冲碳离子源,结合阴极放电等离子方法在EVM表面完成DLC涂层的沉积过程,对超声处理过程中温度与时间参数引起的DLC涂层摩擦特性改变进行分析。实验测试研究结果表明:当超声处理的时间延长或者温度升高后,在试样表面形成了更深的条纹,能够显著增强EVM表面发生溶解的能力。DLC涂层在拉曼光谱测试过程中都形成低波数区间中的肩部结构,可以推断其光谱曲线都包含了D峰与G峰,在DLC膜内形成了跟高比例的石墨相。DLC涂层后的表面相对于EVM发生了摩擦系数稳定性下降,该结果表明DLC涂层可以使EVM获得更优耐磨性。当超声温度升高以及时间延长后,试样先发生摩擦系数的略微减小,之后发生逐渐升高。进行超声超声后,试样发生了磨损量的大幅降低,可以获得更致密的DLC涂层。     

铝合金微弧氧化陶瓷膜的性能研究

利用扫描电子显微镜SEM、透射电子显微镜TEM等手段分析了LY12铝合金微弧氧化膜的组织形貌,对氧化膜硬度、成膜合金的弯曲强度以及油润滑条件下氧化膜的摩擦学行为进行了研究.结果表明,微弧氧化膜的致密层由单晶和多晶的γ-Al2O3构成,晶粒大小可达几百纳米.氧化膜具有很好的韧性,其弹性恢复可达45%,远高于铝合金.随着氧化膜厚度的增加,成膜合金的弯曲强度逐渐升高,电流密度对弯曲强度的影响不大.在油浸泡条件下,氧化膜摩擦系数和磨损量较干摩擦条件下显著降低.     

CrTiAlN薄膜的微观结构及其高温摩擦磨损性能

采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术,在M2高速钢表面制备CrTiAlN多层薄膜。利用XRD、SEM、EDS和球-盘式摩擦磨损试验机研究薄膜微观结构和高温摩擦磨损性能。结果表明:CrTiAlN薄膜均匀致密,呈FCC结构。高温摩擦磨损试验表明:从室温到600℃,随着温度升高,薄膜摩擦系数先增大后减小,磨损量和磨损率随着温度升高而增加,CrTiAlN薄膜在600℃环境下的磨损形式主要是氧化磨损和磨粒磨损。     

Cr基过渡层对CrWN涂层摩擦学性能的影响

本文探究了 Cr过渡层及Cr-CrN过渡层对CrWN涂层耐磨性能的影响,制备具有良好的减磨耐磨性能的CrWN涂层.采用等离子增强磁控溅射工艺,在碳化钨基体表面制备CrWN涂层,Cr-CrWN涂层、Cr-CrN-CrWN涂层.通过扫描电子显微镜,X射线光电子能谱仪,X射线衍射仪,纳米压痕仪,洛氏硬度计和摩擦磨损实验机对涂...     

几种等离子涂层在蒸馏水润滑下的摩擦学特性

研究了等离子喷涂Cr₃C₂-NiCr、WC-Co和Cr₂O₃涂层自配对以及Cr₂O₃涂层与WC＋Co硬质合金和增韧SiC陶瓷配对在蒸馏水润滑下的摩擦学特性．结果发现：三种涂层自配对组成摩擦副在水润滑下,以Cr₂O₃涂层的耐磨性能最好,显示出＜10^-6mm³N^-1m^-1的磨损系数;三种涂层的磨损机理均主要表现为裂纹扩展和颗粒断裂,涂层的断裂韧性越高,气孔率和微裂纹长度越低,其耐磨性能越好．异质材料配对能有效地改善Cr₂O₃涂层的摩擦学特性,这主要与摩擦副材料的表面状态及摩擦化学反应有关．     

等离子喷涂TiC-Graphite复合涂层摩擦磨损性能

等离子喷涂TiC涂层具有良好的综合性能, 在极端环境能起到较好的耐磨保护作用, 而石墨是一种优异的自润滑材料。通过喷雾干燥与真空烧结技术制备不同石墨添加量(1.25%、2.5%、5%和10%, 质量分数)的TiC-Graphite球形粉体, 并采用大气等离子喷涂技术制备TiC-Graphite复合涂层。对涂层的相组成、显微结构和力学性能进行了表征, 并对涂层的摩擦磨损性能进行了比较研究。结果发现, TiC-Graphite涂层主要由TiC和石墨相组成。随石墨添加量增大, TiC-Graphite涂层截面微裂纹增多, 表面粗糙度增大, 硬度下降。石墨对TiC涂层在高载荷的磨损性能影响更显著。在50 N高载荷条件, 随石墨添加量增大, TiC-Graphite涂层磨损率降低后急剧增大, 而摩擦系数持续减小。当石墨添加量为2.5%时, 涂层获得最低的磨损率为0.67×10^-5 mm³/(N·m), 同时具有较低的摩擦系数(0.35), 与不添加石墨的TiC涂层相比, 分别降低了72.4%和27.8%。     

Tribological Properties of TiN-Cr Electric-Spark Coatings after Solar Treatment

We show the prospects of using TiN-Cr electrode materials for the formation of wear-resistant electric-spark coatings under the influence of concentrated sunrays, which increase the wear resistance of the coatings two to three times. Electric-spark coating made of 40% TiN and 60% Cr possesses optimal tribotechnical and physicomechanical properties. __________ Translated from Fizyko-Khimichna Mekhanika Materialiv, Vol. 41, No. 4, pp. 116–120, July–August, 2005.