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 本文研究了Mo、Co、Nb等元素离子注入及薄膜沉积方法对TiN薄膜性能的影响。采用SRV磨损实验、表面形貌轮廓等方法研究分析了离子注入对TiN薄膜的摩擦系数、耐磨性能、显微硬度的影响规律。实验结果表明：磁过滤电弧镀的TiN薄膜的摩擦系数曲线与常规电弧镀TiN薄膜的摩擦系数曲线相差很大,且耐磨性能优于电弧镀TiN薄膜。采用离子注入可降低TiN薄膜的摩擦系数。在5N载荷磨损条件下,随注入剂量和注入元素的不同其摩擦系数变化较大。在30N载荷磨损条件下,样品摩擦系数均接近0.5。离子注入Mo、Co、Nb均可显著提高TiN薄膜的耐磨性,其中注入Mo的试样耐磨性最好。     

W、Mo离子注入对离子镀TiN薄膜表面结构和性能的影响

目的进一步改善氮化钛薄膜的摩擦学性能。方法利用金属蒸汽真空弧源(MEVVA)在离子镀TiN薄膜表面进行等剂量W、Mo离子注入。采用扫描俄歇系统、光学三维形貌仪、X射线衍射仪和纳米压痕仪,分别分析了TiN薄膜的离子注入深度、表面形貌及粗糙度、相结构和不同压入深度的薄膜硬度。在球盘滑动摩擦磨损试验机上考察了TiN薄膜的摩擦学性能,并利用扫描电子显微镜和三维形貌仪对其磨损形貌进行分析。结果等剂量离子注入后,TiN表面注入层中W离子的含量明显大于Mo离子,两种离子注入对TiN薄膜的表面形貌和硬度的影响较小。XRD结果表明,W离子和Mo离子注入后均发现了Ti_2N硬质相。两种离子注入均可以不同程度地降低TiN薄膜的摩擦系数和磨损率。结论 W、Mo离子注入均可显著改善TiN薄膜的摩擦学性能,但Mo离子更有利于其摩擦系数的降低,而W离子注入更有利于TiN薄膜磨损率的降低。     

IBED Si3N4和TiN薄膜的成份、结构与摩擦学性能

本文考察了工艺参数对离子束增强沉积(IBED)氮化硅、氮化钛薄膜的成分和徽观组织的影响。测定了薄膜的硬度以及薄膜与基体之间结合力，分析了成分和结构与薄膜的硬度和结合力的关系。考察了在不同载荷和速度条件下Si3N4、TiN薄膜和52100钢试样的摩擦系数和耐磨性。结果显示，与无膜的52100相比，IBED Si3N4和IBED TiN的耐磨性成倍提高，探讨了薄膜的磨损机理。     

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 利用磁过滤阴极电弧镀分别在硬质合金和高速钢基体上沉积厚度约2～3μm的TiN薄膜,并用MEVVA源离子注入装置对TiN薄膜注入金属离子V+和Nb+。应用北京同步辐射装置（BSRF）的同步辐射光源,采用掠入射X射线衍射（GIXRD）的方法对TiN薄膜表面离子注入层的微观结构进行了分析研究。结果表明：未经过离子注入的TiN薄膜均存在特定方向的择优取向,而较小剂量(1×10ˇ17ions/cm2)的离子注入可以使晶粒细化、择优取向减弱或改变;当离子注入的剂量达到5×10ˇ17ions/cm2时,TiN薄膜表面离子注入层被非晶化。结合透射电镜的研究结果,观察到TiN薄膜表面非晶层的厚度约为50～100nm,并简要地讨论了离子注入过程对微观结构的影响机制。     

Mo+C离子注入多弧离子镀TiN薄膜研究

Mo+C离子注入TiN薄膜后,在TiN薄膜注入层形成纳米纤维结构.纳米纤维丛排列整齐,结构完整,长度较长,均匀弥散在TiN晶体中.在距离表面深度为50～150 nm的区域,也能够产生TiN纳米纤维,但长度较短,排列基本规则.能谱分析显示,注入能量为80 keV的Mo离子注入TiN薄膜表面内的注人投影射程为50 Tim左右,但离子注入的影响区域远大于投影射程;新生成的纳米纤维丛为富Mo相,Mo含量为17%～25%.Mo+C二元注入的表面强化效果优于Mo一元注入,较高剂量的Mo+C注入条件下,TiN薄膜表面显微硬度更高.     

应用复合离子注入法改善W9Cr4V2Mo轴承钢力学性能

应用复合离子注入法改善了W9Cr4V2Mo轴承钢的耐磨性能。试验结果表明，试样经复合离子注入N Ti，N Ta，N Nb，N Ta C处理后，摩擦系数明显降低，显微硬度和耐磨性有所提高。微观分析表明，表层硬相化合物的形成及晶粒细化是材料表面耐磨性提高的主要原因，残余压应力的增加也表明抗疲劳性得到提高。     

铝合金表面多弧离子镀TiN涂层的耐磨性能

采用多弧离子镀在ZL109铝合金表面进行了TiN涂层处理,并对涂层的载荷耐磨性进行了分析和讨论.结果表明,ZL109铝合金表面多弧离子镀TiN涂层后,其耐磨性得到明显提高.在1 N的载荷下,连续磨损90 min时,未镀膜试样的磨痕宽度几乎是TiN试样的2倍,镀有TiN膜试样的平均摩擦因数几乎是未镀样的50%.在2 N的载荷下,由磨痕的形貌和宽度随时间的变化可见,镀有TiN涂层的试样在磨损前期,主要以粘着磨损为主,在磨损后期以磨粒磨损为主.     

合金元素对新型Co-Al-W合金摩擦磨损性能的影响

Co-Al-W合金是由γ′-Co3(Al,W)相沉淀强化的新型钴基高温合金。为了研究合金元素Mo、Nb、Ta和Ti对Co-Al-W合金摩擦磨损性能的影响,采用THT07-135型摩擦磨损试验机、SEM等方法研究合金化Co-Al-W合金的室温摩擦磨损性能,并与钴基Stellite6合金相比较。研究发现,9.8W合金的摩擦系数比钴基Stellite6的小。合金元素Mo、Nb、Ti可适度降低9.8W合金的磨损失重和摩擦系数,提高其耐磨性能。Mo、Ti和Nb元素对提高9.8W合金的耐磨性能效果较好;Ta的效果不明显。Co-Al-W合金主要发生氧化磨损和磨粒磨损,但Stellite6合金主要发生剥层和磨粒磨损。     

脉冲偏压磁过滤电弧离子镀TiN薄膜的组织结构及耐磨性研究

利用脉冲偏压磁过滤电弧离子镀在高速钢(M2)基底上沉积了厚约2.5μm的TiN薄膜;分别采用FESEM、GDOES、XRD和划痕试验法观察薄膜表面和断面形貌、测试薄膜成分及相结构,分析膜基结合强度,通过显微硬度计和球盘摩擦磨损试验机对比考察TiN薄膜和M2高速钢基体的硬度和耐磨性。结果表明,TiN薄膜表面光滑致密,呈现致密柱状晶结构和明显的(111)择优取向,膜基结合强度大于60 N,薄膜硬度约为26 GPa;脉冲偏压磁过滤电弧离子镀制备的TiN薄膜表现出很好的减摩和耐磨性能。     

离子注入对TC4钛合金TiN/Ti涂层结合力和抗砂尘冲蚀性能的影响

目的通过离子注入提高TiN/Ti涂层的结合力和抗冲蚀性能。方法先采用金属蒸气真空弧(MEVVA)离子源在TC4基体上分别注入四种离子(Mo、Ti、Nb、Co),再用磁过滤真空阴极弧(FCVA)技术制备TiN/Ti涂层。采用非球面测量仪、AFM、XRD和纳米压痕仪,对四种离子注入的TC4基体表面粗糙度、表面形貌、物相结构、纳米硬度和弹性模量进行表征,采用划痕仪测量涂层的结合力,采用涂层冲蚀考核平台对不同试样进行砂尘冲蚀性能试验。结果经过Mo、Ti、Nb离子注入的TiN/Ti涂层的结合力和抗冲蚀性能都有提高,其中Mo离子注入的TiN/Ti涂层的结合力达71 N、耐冲蚀时间为80 min,与未离子注入涂层相比,分别增加31.5%和77.8%,而平均冲蚀率降低39.5%,仅为0.0078mg/g。Co离子注入的TiN/Ti涂层的结合力仅为40 N,平均冲蚀率增大了19.0%,达0.0433 mg/g,其抗砂尘冲蚀性能明显下降。结论离子注入涂层的抗砂尘冲蚀性能与结合力密切相关,随着结合力的增大,TiN/Ti涂层的平均冲蚀率减小,其耐冲蚀时间增加,选择合适的离子注入可提高TiN/Ti涂层的抗冲蚀性能。     

电弧熔敷用高熵合金粉芯丝材熔敷层的摩擦磨损行为

通过研究电弧熔敷不锈钢高熵合金粉芯丝材在不同摩擦条件下的摩擦磨损行为,为实现电弧现场快速修复和成形在耐磨性能方面提供可靠的保证。将高熵合金组成的Fe、Co、Ni、Cu四种金属元素以粉末按等原子比制成不锈钢高熵合金粉芯丝材,通过电弧熔敷方式熔敷在不锈钢表面。采用Nanovea Tribometer摩擦磨损仪和Nanovea PS50表面轮廓仪测试和分析焊道表面的耐磨性。高熵合金以FCC相不均匀散布在不锈钢焊层中,焊道耐磨损性能高于不锈钢基材,焊道磨损体积和磨损率均比基材及308粉芯焊丝降低30%,高熵合金的FCC相对不锈钢耐磨性能有强化作用。随着磨损载荷和速率的增加,高熵合金焊道的摩擦系数均逐渐降低,磨痕的深度、宽度、磨损体积均在增加;在当载荷为2 N、4 N,磨损速率为100 r/min、200 r/min时,焊层的耐磨性是不锈钢基材及JQ-308不锈钢粉芯丝材的1.5倍,主要表现为磨粒磨损和粘着磨损;当载荷为6 N、8 N,速率为300 r/min、400 r/min时,焊层的耐磨性是不锈钢基材及JQ-308不锈钢粉芯丝材的2倍,主要表现为粘着剥落磨损。将性能优异的高熵合金应以粉芯方式应用于电弧熔敷中,可实现实际环境下关键零部件现场电弧快速修复或表面强化。     

同步辐射掠入射X射线衍射法研究TiA1N薄膜离子注入层的微观结构

利用磁过滤阴极电弧镀在硬质合金上沉积厚度约2～3μm的TiA1N薄膜,并用MEVVA源离子对TiA1N薄膜注入金属离子V+和Nb+.应用北京同步辐射装置(BSRF)的同步辐射光源,采用掠入射X射线衍射(GIXRD)的方法对TiA1N薄膜表面离子注入层的微观结构进行分析研究.结果表明:未经过离子注入的TiA1N薄膜主要组成相是没有择优取向的Ti3AlN伴有少量A1N,而较小剂量(1×1017ions/cm2)的离子注入都可以使Ti3AlN产生(111)上的择优取向和细化晶粒,且A1N消失;当离子注入的剂量达到5×1017ions/cm2时,注入V+的Ti3AlN择优取向变为(210),并产生TiN相;注入Nb+的各个衍射峰完全消失,说明TiA1N薄膜表面离子注入层被非晶化,结合透射电镜的研究结果,观察到非晶层的厚度约为80～100 nm.     

N / Ti / Al 离子注入 304 不锈钢的耐磨性

目的研究N,Ti,Al离子注入对304不锈钢耐磨性的影响规律,为304不锈钢材料的改良提供参考。方法采用等离子注入技术,在不同剂量下对304不锈钢分别进行N,Ti,Al离子注入,对离子注入后的试样进行表面微观形貌观测、表面硬度测试、摩擦磨损性能测试,并与304不锈钢基材进行对比。结果 304不锈钢经3种离子注入后,均能获得平整、致密,没有裂纹,具有一定光洁度的表面组织,但是注入剂量增大会引起表面起泡现象,形成多孔形貌,光洁度降低。此外,3种离子注入均能提高304不锈钢的表面硬度,且高剂量注入试样的硬度比低剂量注入试样更高,相较而言,N离子注入使表面硬度的提高更明显。相比未注入基材,注N与注Ti表面层的摩擦系数均变小,注Al表面层的摩擦系数反而变大,但磨损量都明显降低。高剂量注N、注Al试样的耐磨性均高于低剂量注入试样,而高剂量注Ti试样的耐磨性低于低剂量注入试样,但仍好于注N、注Al试样。结论在相同实验条件与注入工艺下,N离子注入对表面硬度提高最显著(剂量为5.0×1017ions/cm2),约提高41%;Ti离子注入对耐磨性提高最显著(剂量为3.0×1017ions/cm2),约提高6倍。     

电弧离子镀(Ti,Nb)N硬质薄膜断裂韧性对摩擦学性能的影响

利用电弧离子镀方法，对独立的Ti靶和Nb靶的弧电流进行控制，在高速钢（HSS）基体上制备了不同成分配比的（Ti，Nb）N薄膜。采用压痕试验和滑动摩擦磨损对（Ti，Nb）N薄膜的断裂行为与摩擦学性能进行了研究。试验结果显示：在较小的载荷条件下（F=300N），膜层的显微硬度起主要作用；而在较高的载荷条件下（凡=60HDN），膜层的断裂性能起主要作用。梯度薄膜在较大的载荷条件下，具有良好的滑动摩擦性能。     

IBED Si_3N_4和TiN薄膜的成份、结构与摩擦学性能

本文考察了工艺参数对离子束增强沉积（IBED）氮化硅、氮化钛薄膜的成分和微观组织的影响。测定了薄膜的硬度以及薄膜与基体之间结合力，分析了成分和结构与薄膜的硬度和结合力的关系。考察了在不同载荷和速度条件下St_3N_4、TiN薄膜和52100钢试样的摩擦系数和耐磨性。结果显示，与无膜的52100相比，IBEDSt_3N_4和IBEDTiN的耐磨性成倍提高。探讨了薄膜的磨损机理。     

钛合金表面原位合成TiN渗镀层摩擦性能研究

采用双层辉光离子渗金属技术在钛合金TC11表面原位合成TiN渗镀层以提高其耐磨性。利用OM、SEM、EDS、XRD对TiN渗镀层的形貌、组织成分、相结构进行分析;通过显微硬度、划痕试验对TiN层力学性能进行研究;通过常温磨损试验研究了TC11合金表面TiN渗镀层摩擦磨损行为及机理。结果表明,在常温磨损试验条件下TiN层摩擦系数下降一半,表现出较好的减磨耐磨性能;渗镀层显微硬度达到1400HV0.2;渗镀层与基体结合力为45N,结合强度高。     

Tribological Behavior of Plasma Mo-Alloyed Layer on TC11 Alloy under Different Loads

采用双辉等离子冶金技术制备渗Mo层,并研究其不同载荷下的摩擦行为和磨损机制。采用SEM、EDS和XRD表征渗Mo层的微观形貌、成分分布以及相结构。结果表明:渗Mo层厚度为20μm,致密均匀,其相主要为Mo、Al3Ti和Al8(Ti3-x Mox)。为了研究渗Mo层的摩擦行为,分别在载荷1.3,5.3和9.3 N对其进行滑动磨损试验。随着载荷的增加,渗Mo层的平均摩擦系数和磨损率都呈上升趋势。根据载荷1.3 N条件下的三维形貌、SEM照片和能谱分析,得出其磨损机制为轻微磨粒磨损和氧化磨损;在载荷5.3 N条件下,氧化磨损和磨粒磨损为主要磨损机制;在载荷9.3 N条件下,主要磨损机制为氧化磨损、磨粒磨损和粘着磨损。     

不同载荷下TC11合金等离子表面渗Mo层的摩擦磨损性能(英文)

采用双辉等离子冶金技术制备渗Mo层,并研究其不同载荷下的摩擦行为和磨损机制。采用SEM、EDS和XRD表征渗Mo层的微观形貌、成分分布以及相结构。结果表明:渗Mo层厚度为20μm,致密均匀,其相主要为Mo、Al3Ti和Al8(Ti3-x Mox)。为了研究渗Mo层的摩擦行为,分别在载荷1.3,5.3和9.3 N对其进行滑动磨损试验。随着载荷的增加,渗Mo层的平均摩擦系数和磨损率都呈上升趋势。根据载荷1.3 N条件下的三维形貌、SEM照片和能谱分析,得出其磨损机制为轻微磨粒磨损和氧化磨损;在载荷5.3 N条件下,氧化磨损和磨粒磨损为主要磨损机制;在载荷9.3 N条件下,主要磨损机制为氧化磨损、磨粒磨损和粘着磨损。     

α+β型生物钛合金磁控溅射TiN涂层磨损性能

为提高Ti6Al7Nb合金耐磨性,采用磁控溅射技术在合金表面制备了TiN涂层,通过扫描电镜、光学显微镜、X射线衍射仪和销-盘式磨损实验研究了涂层的相结构和磨损性能.结果表明:涂层与基材结合良好,涂层的成分与结构随溅射时间而变化.溅射3 h时,涂层由表及里的相组成依次为TiN、TiN+Ti2N、Ti2N,其中TiN层硬度提高至基材的3倍.在10～40 N载荷下涂层明显改善了合金的抗磨损性.表面改性后合金的磨损机制由原来的氧化磨损+粘着磨损转变为以磨粒磨损为主.     

合金元素对耐热球墨铸铁耐磨性能的影响

研究了合金元素对耐热球墨铸铁耐磨性能的影响。结果表明,球墨铸铁的磨损失重随Mn、Mo、Cr含量的增加而下降。Mn、Cr的加入均可以提高材料的硬度,并且在共析转变过程中,促进珠光体转变,稳定和细化珠光体,提高球墨铸铁的耐磨性;Mo能提高球墨铸铁组织的稳定性,细化珠光体,从而提高球墨铸铁的耐磨性。适量加入Si(4.5%)可减少铸态组织中的碳化物,提高球墨铸铁的耐磨性,但Si含量过多(5.0%)则会减少珠光体数量,降低球墨铸铁的耐磨性。球墨铸铁磨损失重和摩擦系数均随载荷的增加而增加,但低耐磨性的球墨铸铁试样磨损失重和摩擦系数的增加幅度明显高于高耐磨性的球墨铸铁试样。