PVD NiAl化合物涂层的滑动磨损特性研究

用射频磁控溅射法及一个由纯Ni和纯Al复合的特制靶材制备NiAl涂,层该涂层厚约10μm,硬度和弹性模量分别为11．52GPa和143．42GPa。研究表明,涂层的高硬度、低的表面粗糙度、较好的抗氧化性能及与基体间良好的粘附性能是涂层具有良好耐磨性能的主要原因。     

45钢表面电火花沉积TiB_2涂层的结构及性能

在45钢表面通过电火花沉积制备了TiB2陶瓷涂层,通过光学显微镜和扫描电镜及其附带的能谱仪分析了涂层微观形貌及元素分布,并测试了涂层横截面的硬度分布及涂层的耐磨性。结果表明:45钢表面电火花沉积的TiB2涂层具有明显的四个区域,涂层连续、均匀且致密,界面上无分层,热影响区内铁素体晶粒被大大细化;基体中的铁元素显著扩散到涂层中,涂层与基体形成了牢固的冶金结合;涂层的硬度高达1 600 HV以上,其耐磨性优于淬火态Cr12MoV钢的耐磨性。     

TiAlN／SiO2纳米多层刀具涂层的微观结构和超硬效应研究

通过磁控溅射方法制取了一系列不同SiO2厚度的TiAlN／SiO2纳米多层涂层,并用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）和纳米压痕仪分别对该涂层的微观结构和力学性能进行了表征和测量。研究表明：当非晶态的SiO2厚度约小于1nm时,SiO2在TiAlN模板作用下转变为晶体结构,并与TiAlN呈共格外延生长,出现超硬效应;当SiO2厚度为0．6nm时,其硬度和弹性模量分别高达37GPa和393GPa;当SiO2厚度超过lnm时,SiO2逐渐转变为非晶结构并且破坏了多层涂层的共格外延生长,硬度随之降低。因此,可以利用该方法制备出机械性能好且耐高温氧化性的刀具涂层,以满足现代切削的需要。     

轮胎模具DLC涂层摩擦学性能研究

为了探究高性能轮胎模具DLC涂层的应用前景,提升轮胎模具耐磨减摩性,采用化学气相沉积法在35#钢基体上制备了厚约1.6μm的DLC涂层,利用SEM、AFM、Raman光谱仪、纳米压痕仪、端面摩擦磨损试验机对DLC涂层的表面微观结构和摩擦学性能进行了研究,试验及测试结果表明,用化学气相沉积法制备的DLC涂层表面光滑致密,颗粒细小均匀,粗糙度小;DLC涂层具有极好的抗磨减摩特性,比35#钢耐磨,纳米硬度和弹性模量高达20.27 GPa和184.63 GPa;在140℃高温条件下,摩擦系数低至0.454 4。DLC涂层优异的抗磨减摩特性可有效提高轮胎模具的工作性能-抗粘胶、易脱模、寿命长,为制造高性能DLC轮胎模具提供摩擦学方面理论依据。     

磁控溅射制备高熵碳化物(AlTiVCrNb)C涂层摩擦学性能

为改善高熵合金涂层的摩擦学性能,通过石墨与AlTiVCrNb高熵合金靶共溅射制备(AlTiVCrNb)C涂层,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)分析涂层的成分、表截面形貌和物相,采用纳米压痕仪、球盘式摩擦磨损试验机测试涂层的硬度、弹性模量和摩擦学性能,采用白光干涉三维形貌仪表征涂层的磨损情况。试验结果表明：随着涂层中碳含量增加,高熵组分从BCC/FCC双相向单一FCC结构转变,且涂层的微观组织结构也随之变化;由于碳化物的形成和固溶强化,涂层呈现良好的摩擦学性能;在涂层碳原子分数为20.83%时,涂层的摩擦性能和力学性能达到最优,此时摩擦因数最低,为0.35,涂层硬度与弹性模量最高,分别为17.84、182.72 GPa。研究表明,在磁控溅射工艺中石墨与AlTiVCrNb高熵合金共溅射,可以获得摩擦学性能良好的高熵碳化物(AlTiVCrNb)C涂层。     

纳米压痕法测试电刷镀镍镀层的硬度和弹性模量

介绍一种新型的多功能纳米材料性能测试仪,阐述仪器工作原理和压痕数据分析法。应用该仪器对钢基体上的电刷镀镍镀层的硬度、弹性模量以及抗压痕形变能力等微观力学性能进行测试,并研究镀层力学性能随镀层厚度的分布规律。结果显示,镀层表层和亚表层存在硬度和弹性模量较高的区域,镀层内部存在缺陷区域的硬度和弹性模量降低,在镀层与基体的界面处存在过渡区。除此以外,整个镀层的力学性能较为一致,没有明显的梯度分布,其平均硬度和弹性模量分别为7.02GPa和183GPa,其中硬度为钢基体的2.9倍。在试验载荷下镍镀层具有比钢更好的抗压痕形变能力。为改进镀层工艺、开发新型体系材料以及扩大镀层应用领域提供了有效数据。     

等离子喷涂Cr3C2/MoS2复合自润滑涂层的摩擦学性能

等离子喷涂工艺作为一种表面强化方法,已广泛应用于耐磨、减摩、耐蚀和耐高温等功能涂层的制备.采用等离子喷涂技术,在Q235钢表面制备Cr3C2和Cr3C2/MoS2复合自润滑涂层.对涂层的耐磨特性进行摩擦磨损实验研究,测定显微硬度,并分析涂层的微观结构和物相组成.结果表明,Cr3C2及Cr3C2/MoS2复合涂层的表面硬度平均提高近9倍;在室温干摩擦条件下,Cr3C2型喷涂层的抗磨性能比Q235基体有大幅度提高,加入一定量的MoS2即可维持Cr3C2型涂层的高硬度和抗磨损性能,又可有效降低摩擦因数.     

不同喷涂工艺制备的Al_2O_3-13%TiO_2涂层表面自由能与冲蚀磨损性能研究

采用接触角测量仪和冲蚀磨损试验机等设备,研究超声速等离子喷涂与普通大气等离子喷涂两种技术制备的Al_2O_3-13%TiO_2涂层的表面自由能和冲蚀磨损性能,并对涂层的显微硬度、孔隙率及成分进行检测分析。研究结果表明,普通大气等离子喷涂技术制备的涂层,其表面和内部结构疏松,孔隙率及显微硬度分别为6.653%和836.93 HV0.1。而超声速等离子喷涂技术制备的涂层,孔隙率及显微硬度分别为3.467%和1 078.68 HV0.1,相比普通大气等离子喷涂而言,超声速等离子喷涂制备的涂层整体性能较为优异。通过对两种涂层的结构和表面自由能分析发现,超声速等离子喷涂Al_2O_3-13%TiO_2涂层由于结构致密、表面自由能较低而具有较为出色的冲蚀磨损性能。     

TiAlN/AlON纳米多层涂层的微观结构和力学性能研究

通过磁控溅射制取一系列不同AlON厚度的TiAlN/AlON纳米多层涂层,并用X射线衍射、扫描电镜、高分辨透射电镜和纳米压痕仪分别对微观结构和力学性能进行表征和测量。研究表明:非晶态的AlON在厚度约小于1 nm时,在TiAlN模板作用下转变为晶体结构,并与TiAlN呈共格外延生长,出现超硬效应,当AlON厚度为0.7 nm时,硬度和弹性模量分别最高可达38.1 GPa和385.6 GPa。当AlON厚度超过1 nm时,逐渐转变为非晶结构并且破坏了多层涂层的共格外延生长,硬度随之降低。因此利用这种机制可以制备出力学性能好、耐高温氧化性的刀具涂层,满足现代切削的需要。     

等离子喷涂NiAl/Al2O3梯度陶瓷涂层的结构与组织特征

利用等离子喷涂方法制备了NiAl/Al2O3梯度陶瓷涂层,并对涂层的组织分布、相结构、硬度和孔隙率进行了研究.结果表明:梯度涂层的组织表现出宏观不均匀性和微观连续性的分布特征,是由α-Al2O3、γ-Al2O3、δ-Al2O3、Ni、NiO以及镍铝金属间化合物等多种相组成的复合材料;梯度涂层中NiAl合金层的孔隙最少,表面纯陶瓷层孔隙率最高;随着Al2O3含量的增加,涂层的硬度逐渐增大.     

Chemical Structure and Micro-Mechanical Properties of Ultra-Thin Films of Boron Carbide Prepared by Pulsed-Laser Deposition

Ultra-thin boron carbide films with a thickness of about 40 nm were deposited on silicon substrates by means of pulsed-laser ablation of a sintered B₄C target in vacuum. Together with the determination of the film composition by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and the observation of the surface topography by atomic force microscopy (AFM), the chemical structure of the films was studied by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. Mechanical characterization of the films was performed on the micron and sub-micron scales by means of nano-indentation and micro-scratch tests, from which the hardness, Young's modulus and micro mar resistance of the films were determined. The optimal values were obtained for the films prepared at elevated temperature of 600 °C, with hardness of 39 GPa, Young's modulus of 348 GPa and micro mar resistance (MMR) of 5.0 × 10³ GPa, in comparison with those of 23, 252, and 7.1 × 10² GPa, respectively, for the films prepared at room temperature.     

Carbon coating of Ti-6Al-4V for reduced wear in combined impact and sliding applications

A range of carbon coatings with different hardness and modulus was compared for wear and frictional behaviours using one-side-carbon-coated Ti-6Al-4V alloy couples tested under conditions of combined impact and sliding contact. Carbon films with hardness over 10 GPa were found to cause far greater volume loss of the uncoated counterpart, and the volume loss was approximately proportional to the extent of hardness deviation above 10 GPa. The coefficient of friction was shown to correlate positively with coating hardness. The tendency of a softer coating to possess a greater sp² or graphite-like content provides more effective solid lubrication in a wet environment, hence minimising both wear and friction. The corresponding low film modulus also provides an optimal structural integrity of the composite system by minimising the elastic modulus mismatch between the film and the underlying substrate.     

Tribological and physical-mechanical properties of protective coatings from Ni-Cr-B-Si-Fe/WC-Co-Cr before and after fission with a plasma jet

A new type of coating is developed, which is a mechanical mixture of two different powders, namely, Ni-Cr-B-Si-Fe (PG-19N-01) and WC-Co (hard alloy). After the coatings from this mixture are deposited, their surface layer is fused with a plasma jet using an eroding electrode made of W. The additional treatment of the coatings with the plasma jet yields new phases and causes the redistribution of elements in the layer 45–60 μm deep; the percentage ratio of the phases WC, α-CoCr, Co, and Ni, as well as Cr₃Ni₂ + γ-(Fe, Ni) appearing during coating deposition also changes. The redistribution of elements occurs in the upper coating layer owing to fusion with the plasma jet. These processes yield variations in the physical-mechanical properties of the coatings, such as the hardness and elastic modulus; the coating wear rate decreases severalfold. It is found that with increasing load applied to the Berkovich pyramid the elastic modulus of the coating drops from 240 (at an indentation depth of 50 nm) to 175 GPa (at 150 nm). The elastic modulus of the substrate rises from 25 to 42 GPa. The coating hardness calculated from the loading-unloading curves is 15.3 to 10.6 GPa under increased load applied to the indentor. Specimens covered with the coating fused with the plasma jet in three passes demonstrate the lowest material wear.     

镀液中La_2O_3含量对Ni-W-La_2O_3复合镀层组织和性能的影响

本文对在镀液中添加不同含量La2O3微粒对Ni-W-La2O3复合镀层组织和性能的影响进行研究。结果表明,镀液中La2O3微粒含量为4 g/L时,Ni-W-La2O3复合镀层组织均匀致密、表面平整,硬度高,耐高温和耐腐蚀性能好。     

耐热钢表面等离子喷涂热障涂层性能研究

利用等离子喷涂法在耐热钢1Cr18Ni9Ti基体表面喷涂NiCrAl＋（ZrO2＋Y2O3）陶瓷热障涂层，并进行高温隔热性能试验。试验结果表明，1Cr18Ni9Ti经等离子喷涂处理后表面形成陶瓷热障涂层且与基体结合紧密；经等离子喷涂处理后，表面陶瓷层的硬度显著增高，耐磨性能提高；经高温隔热性能试验，NiCrAl＋（ZrO2＋Y2O3）热障涂层隔热效果较为明显。用XRD，SEM检测了试样的金相组织、结构及形貌。     

稀土Y_2O_3对激光熔覆Al/Fe基合金涂层的影响

采用激光熔覆技术在低碳钢表面制备了Al/Fe基合金涂层。通过Olympus金相显微镜、SEM、EDS和显微硬度测试研究了稀土Y2O3的添加对熔覆层组织结构和显微硬度的影响。结果表明:稀土Y2O3的添加,加剧了激光熔覆过程中的铝热反应,提高熔覆层凝固温度,增大熔覆层及结合区白亮带的厚度。通过与合金元素的交互作用改变了熔覆层中合金元素的分布,使合金元素含量自结合区至熔覆层表层呈增加趋势,细化了晶粒,提高熔覆层整体硬度。同时Y2O3在熔覆过程中可部分代替C的还原作用,减少C的损失,并使C和Cr大量富集于熔覆层表层,极大地提高熔覆层表层硬度。     

高速电弧喷涂Al-Ni-Mm-Co涂层在脂润滑下的摩擦磨损性能

针对铝合金硬度低、耐磨性差的问题,采用电弧喷涂分别在6061铝合金基体表面喷涂Al和Al-Ni-Mm-Co涂层,采用显微硬度计、扫描电子显微镜、X射线衍射仪分别对涂层硬度、涂层显微结构、涂层成分进行分析。采用球-盘式往复摩擦试验机考察涂层在脂润滑下的摩擦学性能,并对磨痕形貌和表面主要元素进行观察。结果表明,Al-Ni-Mm-Co涂层的减摩性和抗磨性能均优于6061铝合金和Al涂层,其优异的摩擦学性能归结为摩擦表面形成的Al2O3、NiO、CoO等氧化保护层,主要的磨损形式为疲劳磨损。     

Ti表面高承载摩擦学SiC薄膜的研究

采用室温磁控溅射技术在金属钛表面制备出碳化硅(SiC)薄膜。研究了SiC薄膜的组织结构、纳米压痕行为和摩擦磨损性能。实验结果表明:SiC薄膜呈非晶态,含有较多Si-C键;膜-基间结合很好,具有明显的且呈梯度的相互元素扩散;薄膜的硬度(H)为12.1 GPa,杨氏弹性模量(E)为166.2 GPa,硬度与弹性模量比值(H/E)为0.073;在以氮化硅球为对摩件,初始Hertzian接触应力约为685~930 MPa的室温Kokubo人体模拟体液条件下,其磨损速率在10-5 mm3/Nm级,摩擦系数约为0.215,且不出现薄膜的破裂及剥落现象。分析表明,该薄膜在高载荷下仍具有很好的摩擦磨损性能,其原因是薄膜具有高的韧性和很好的界面结合;高的韧性与H及H/E相对较低有关,而好的界面结合与膜-基间弹性模量的差值较小有关。