NiTi合金表面改性及其微动磨损性能研究

采用多弧离子镀技术在NiTi形状记忆合金表面制备TiN涂层。利用SRVⅢ摩擦磨损试验机研究NiTi合金表面改性后在37℃Hank’s模拟体液中微动磨损性能,分析法向载荷对TiN合金磨损机制的影响规律。利用SEM扫描电镜及能谱考察磨损表面形貌,结果表明：制备的TiN涂层表面致密均匀,无明显缺陷。说明TiN涂层可有效提高基体的耐磨性能,其磨损机制主要表现为剥落损伤与磨粒磨损并存。TiN涂层显微硬度为784 HV,远高于基体,TiN/NiTi膜基硬度比缓慢下降,涂层与基体结合强度高。     

发动机活塞用ZL109铝合金表面等离子喷涂镍基合金涂层的耐磨性能

采用等离子喷涂技术在发动机活塞用ZL109铝合金表面制备Ni60CuMo合金涂层,研究了涂层的微观形貌、物相组成、显微硬度以及不同条件下的耐磨性能。结果表明：涂层由富铬区和富镍区交替重叠构成,与基体间的结合方式为机械结合;涂层的孔隙率为2.48%,平均显微硬度为792.91 HV,约为基体的6倍以上;随试验温度由25℃升高至450℃,涂层的摩擦因数和磨损质量损失均降低,450℃油润滑下涂层的平均摩擦因数为0.037,磨损质量损失为7.35 mg,仅为基体的1/4左右;随试验温度的升高,干摩擦下涂层的磨损机制由剥落失效转变为氧化磨损与黏着磨损,油润滑下由磨粒磨损转变为磨粒磨损和黏着磨损,最后转变为黏着磨损。     

高效铣削天然理石时TiCN/Al_2O_3涂层硬质合金刀具的磨损机制研究

采用TiCN/Al_2O_3涂层球头铣刀对天然理石进行高效铣削试验,利用扫描电子显微镜(SEM)观察涂层刀具的表面磨损形貌并基于能谱检测(EDS)分析刀具表面元素组成,并探讨刀具的磨损机制。研究结果表明,刀具磨损包括黏结磨损、磨粒磨损、氧化磨损和疲劳磨损;涂层刀具开始切削时,刀具后刀面出现粘结物和擦伤,在断续切削冲击的作用下造成后刀具材料的剥落;切削线速度较低时,切削系统振动增强,疲劳裂纹在基体内部的扩展降低了刀具基体强度,极易导致较大面积凿削式磨粒磨损,当切削线速度增大时,稳定阶段的磨损形式由凿削式磨粒磨损转变为擦伤式磨粒磨损,刀具磨损减轻;微振磨损的综合作用加剧了涂层刀具磨损,破坏涂层刀具的切削性能。     

氩弧熔覆TiCrCuFeNi高熵合金涂层的组织与性能

采用氩弧熔覆工艺在Q235钢基体上制备了TiCrCuFeNi高熵合金涂层,采用SEM、EDS、XRD等对该涂层的组织进行了分析,并对其硬度、耐磨性、耐蚀性进行研究。结果表明:高熵合金涂层主要由FCC固溶体、BCC固溶体及Laves相组成;涂层表面显微硬度可达754.5HV;涂层的耐磨性较好,优于熔覆钴基合金涂层的,干磨时主要磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损;涂层在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性比06Cr19Ni10不锈钢的优异。     

激光熔覆NiCrBSi/WC-Co复合涂层的组织与耐磨性能

采用同轴送粉激光熔覆技术在42CrMo合金钢基体表面制备WC-Co颗粒增强NiCrBSi复合涂层(NiCrBSi/WC-Co复合涂层),研究了复合涂层的物相组成、显微组织、显微硬度和耐磨性能。结果表明:复合涂层主要由γ-Ni固溶体、WC、FeNi_3、B_2Co_3、CoC_x、FeCr_(0.29)Ni_(0.16)C_(0.06)、W3_C、Co_3W_3C_6等物相组成;复合涂层顶部为方向杂乱的细小树枝晶,中部为较粗大的柱状树枝晶,底部为垂直于结合界面生长的胞状晶,涂层与基体形成了良好的冶金结合;复合涂层表面的平均硬度为810HV,远高于基体的(270HV),磨损质量损失为0.3mg,远低于基体的(1.9mg),其磨损机制主要为磨粒磨损;复合涂层可显著提高42CrMo钢基体的耐磨性能。     

超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层的显微组织与磨损性能

采用超音速火焰喷涂技术在H13钢基体上制备Cr_3C_2-NiCr涂层,研究了涂层的显微组织、物相组成及摩擦磨损性能,并探讨了磨损机理。结果表明:Cr_3C_2-NiCr涂层与H13钢基体结合紧密,厚度约为340μm;涂层由Cr_3C_2硬质相、NiCr黏结相及少量Cr7C3相组成,组织致密,孔隙率为0.63%;Cr_3C_2-NiCr涂层与H13钢的稳定摩擦因数分别为0.90,0.75,涂层磨痕深度及磨损率仅为H13钢的1/2,涂层耐磨性能较好;Cr_3C_2-NiCr涂层的磨损机理主要为磨粒磨损和疲劳磨损。     

ZrN涂层刀具的滑动磨损特性研究

山东大学摘要:采用电弧离子镀法在硬质合金刀具表面制备了厚度为2.19~5.23μm的ZrN系列涂层,测定了涂层的显微硬度,并通过划痕试验和摩擦磨损试验考察了涂层与基体的结合强度及其摩擦磨损性能。在扫描电镜下观察磨损表面形貌,结果表明:ZrN系列涂层能够显著提高硬质合金刀具的表面硬度;涂层与基体的结合强度较高,划痕临界载荷高于60N;与此同时,电弧离子镀法ZrN系列涂层可以显著改善硬质合金刀具的耐磨性能。磨损机理主要是磨粒磨损和涂层的微剥落。     

优化TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiN多层涂层摩擦磨损性能的研究

通过研究微喷砂处理和使用TiOCN、ZrCN替代TiN顶层对TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiN多层涂层摩擦磨损性能的影响,进一步提高TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiN涂层刀具的性能.采用化学气相沉积(CVD)在硬质合金基体上沉积TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiN、TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiOCN和TiN/MT-TiCN/Al2 O3/ZrCN多层涂层,并进行微喷砂处理.采用扫描电子显微镜(SEM)表征涂层的组织结构,采用显微硬度计、划痕测试仪和往复式多功能摩擦磨损实验机(UMT-3)分别对涂层的硬度、结合强度和摩擦磨损性能进行测试.结果 表明:微喷砂处理后,TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiN多层涂层的顶层TiN被完全去除,摩擦系数增大,且涂层发生剥落、疲劳磨损严重,耐磨性下降.经微喷砂处理的TiN/MT-TiCN/Al2 O3/TiOCN涂层硬度最高,磨粒磨损程度最轻,且无明显剥落,耐磨性最好.经微喷砂处理的TiN/MT-TiCN/ Al2O3/ZrCN涂层摩擦系数最小,但硬度低,磨粒磨损严重,且涂层存在明显剥落,耐磨性较差.     

氩弧熔覆Al1.5CrFeCoCuxNi高熵合金涂层的组织与性能

采用氩弧熔覆技术在45钢表面制备Al_1.5CrFeCoCu_xNi(x=0,0.2,0.4,0.6,物质的量比)高熵合金涂层，研究了涂层的组织和性能。结果表明：添加铜元素的Al_1.5CrFeCoCu_xNi高熵合金涂层的物相均主要由体心立方相和面心立方相构成；随着铜含量增加，涂层中面心立方相含量增加，并从晶界分布转变为晶内颗粒状分布；随着铜含量增加，涂层的显微硬度降低，磨损量先减小后增大，磨损机制由磨粒磨损转变为磨粒磨损+轻微黏着磨损；Al_1.5CrFeCoCu_0.2Ni高熵合金涂层的显微硬度较高，摩擦因数较低，磨损量最小，耐磨性能最好。     

高频感应熔覆NiTiFe合金涂层摩擦学性能研究

为增强金属材料表面的耐磨性能,采用高频感应熔覆技术,在HT300基底表面制备出NiTiFe合金涂层;利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计和X射线衍射仪(XRD)对NiTiFe合金涂层的微观组织、元素组成、硬度、相组成和与基底的结合情况进行表征与分析;通过摩擦磨损试验机对涂层的摩擦学性能进行测试,对其摩擦磨损机制进行分析。结果表明：涂层组织致密,无裂缝和空隙,成型质量良好,平均厚度达到0.7 mm,与HT300基底实现了冶金结合;涂层中主要包含Fe2Ti、Fe6.94Ti0.36和Ni3Fe三种相,Fe元素的加入使涂层的晶格发生畸变,硬度提高,平均硬度达到997.36HV,约为HT300基底平均硬度值的5倍。通过摩擦磨损试验发现,试验前期,NiTiFe合金涂层与对摩副之间的摩擦因数较低,维持在0.2左右,对摩副的失效导致摩擦副之间的接触形式发生改变,摩擦因数产生阶跃;随着载荷的增加,涂层上呈现的磨痕宽度在不断增加,对摩副由于磨损造成的材料去除后暴露出的面积也在不断增大。摩擦磨损试验后,NiTiFe合金涂层摩擦表面光滑平整,仅出现了轻微的磨粒磨损,磨损体积远小于对摩副...     

TC4合金表面双阴极等离子溅射沉积NbTiN2涂层的摩擦磨损性能

采用双阴极等离子溅射沉积技术在TC4合金表面制备了NbTiN₂涂层,研究了涂层的物相组成、微观形貌、硬度、与基体的结合情况以及摩擦磨损性能。结果表明:NbTiN₂涂层具有很强的(220)晶面择优取向特点;涂层表面质量良好,无明显缺陷,厚度约为10μm,平均硬度为2 478.46 HV,约为基体的6倍,涂层划痕试验的临界载荷为68.5 N,涂层与基体结合良好;在2～5 N载荷、室温下涂层的摩擦因数低于基体,磨痕比基体窄,磨损率比基体低一个数量级,涂层的主要磨损机制是疲劳磨损;500℃下涂层的摩擦因数较室温高,磨痕更窄更浅,磨损率较低,磨损机制为黏着磨损和氧化磨损,涂层表现出更好的耐磨性能。     

二硅化钼对镍铝涂层显微组织和性能的影响

在镍包铝粉体中添加MoSi2,采用等离子喷涂方法制备了镍铝涂层,研究了MoSi2对镍铝涂层的组织、显微硬度和摩擦磨损性能的影响,并分析了涂层的磨损机理。结果表明:加入MoSi2后,镍铝涂层主要由Ni3Al、NiAl、MoSi2和Mo5Si3相组成;随着MoSi2含量的增加,涂层中孔隙、微裂纹的数量及尺寸增加,显微硬度也逐渐增大;加入质量分数为20%的MoSi2后涂层的耐磨性最好;纯镍铝涂层的磨损机理为磨粒造成的犁削,加入20%MoSi2后涂层的磨损机理为碾压作用和少量的脆性断裂,加入50%MoSi2后涂层主要为脆性断裂。     

涂层Si_3N_4陶瓷刀具切削性能研究

研究了不同切削参数对TiN+Al2O3涂层氮化硅陶瓷刀具切削灰铸铁的切削性能的影响,使用工具显微镜、SEM/EDS手段分析了涂层氮化硅刀具的磨损机理,实验还采用相同基体氮化硅陶瓷刀具做了对比分析。研究结果显示TiN+Al2O3涂层氮化硅刀具可以承受比较大的切削用量,对提高加工效率有重大意义;还发现涂层氮化硅陶瓷刀具主要失效形式为磨粒磨损,粘结磨损,在较高切削速度条件下前刀面还会出现因化学磨损形成的月牙洼。     

不同工艺制备镍基合金涂层的耐高温磨损性能

以商用Ni60合金粉为涂层材料,采用火焰重熔、等离子堆焊、中频感应重熔等3种工艺在45钢基体上制备镍基合金涂层,研究了其物相组成、显微组织、显微硬度和耐高温磨损性能。结果表明:制备的镍基合金涂层的孔隙率均较低;火焰重熔和中频感应重熔涂层中的硬质相主要为均匀分布的碳化物,但中频感应重熔涂层的晶粒较小,显微硬度较高;等离子堆焊涂层的晶粒粗大,硬质相以粗大的硼化物为主,且偏聚严重,显微硬度最低;中频感应重熔涂层的耐高温磨损性能最好,其磨损形式为黏着磨损和磨粒磨损,火焰重熔涂层的耐高温磨损性能稍差,其磨损形式主要为黏着磨损,等离子堆焊涂层的耐高温磨损性能最差,其磨损形式为黏着磨损和疲劳磨损。     

镍包SiC_p增强Ni35合金激光熔覆层的显微组织及摩擦磨损性能

采用激光熔覆工艺在H13模具钢基体表面制备镍包SiC_p增强Ni35合金熔覆层,研究了熔覆层的显微组织以及在25,600℃下的摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层由γ-Ni(Fe)+M_3(B,Si)共晶相、M_(23)C_6型碳化物、M_7C_3型碳化物、Ni_(31)Si_(12)镍硅化物和石墨组成;在不同温度下摩擦磨损后,熔覆层表面的显微硬度均高于基体的,磨损体积小于基体的;25℃下熔覆层的耐磨性能较基体的明显提高,且提高效果高于600℃下的;25℃下熔覆层的磨损机制主要为微磨粒磨损和黏着磨损,600℃下的则主要为磨粒磨损、黏着磨损以及轻微的氧化磨损。     

Cr/x/DLC复合涂层刀具切削铝硅合金切削性能研究

类金刚石(Diamond-Like Carbon,DLC)涂层刀具结合了基体强度高、韧性好以及涂层硬度高、耐磨性高的优点,可以有效降低刀-屑间摩擦,提高刀具切削寿命和加工效率。采用直流磁控溅射和等离子体辅助化学气相沉积(Plasma-Assisted Chemical Vapor Deposition,PACVD)法分别在硬质合金刀具基体上制备了单一DLC涂层、Cr/W-DLC/DLC复合涂层和Cr/CrN/DLC复合涂层。对比研究了具有不同Cr/x/DLC过渡层的DLC复合涂层硬质合金刀具加工过共晶结构铝硅合金AC9B的切削性能。研究结果表明:切削铝硅合金时,相对于无涂层硬质合金刀具,DLC涂层硬质合金刀具可以明显降低切削力和切削温度,并且具有更长的刀具切削寿命;Cr/W-DLC/DLC复合涂层硬质合金刀具的切削力最小,切削寿命最长。经显微分析,发现DLC涂层硬质合金刀具切削铝硅合金时的磨损机理主要是黏结磨损和硬质点磨损。     

钽对激光熔覆镍基涂层的裂纹敏感性及力学性能的影响

研究钽(Ta)元素对激光熔覆Ni60镍基涂层的显微组织、裂纹敏感性、硬度和耐磨粒磨损性能的影响。扫描电镜结果显示镍基涂层的裂纹多为沿粗大硬质相晶界开裂,具有典型的热裂纹特征。镍基涂层中加入Ta后,TaC颗粒首先在熔池中形核长大,抑制了M7C3碳化物长大。随着Ta质量分数的增加,涂层表面裂纹的数量和长度明显减少,这得益于初生M7C3碳化物颗粒的细化以及涂层韧性的增加。加入Ta后,尽管涂层硬度有所下降,但是磨粒磨损试验结果显示涂层耐磨粒磨损性能比纯Ni60镍基粉末大幅提高,原因如下:Ta通过固溶强化γ-Ni基体相提高其支撑硬质相的能力;Ta减小M7C3碳化物的高宽比,降低碳化物的脆裂性;此外,原位生成的细小TaC颗粒在摩擦过程中不易脱落,更好地抵御磨粒对材料的切削。     

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。     

采煤机滑靴激光熔覆铁镍基涂层的抗磨性能*

为提高采煤机滑靴在无油工况下的耐磨性,采用激光熔覆技术在45钢为基体上分别制备FeNiMo和FeNiMoSi涂层,并对其物相组成及硬度等进行分析。结果发现：制备的涂层结构致密,与基底保持了良好的冶金结合;FeNiMoSi涂层的平均硬度为438HV,分别约为基体（153HV）的2.8倍以及FeNiMo涂层（385HV）的1.1倍。通过往复式摩擦磨损试验机研究涂层的干摩擦磨损性能,并探讨其磨损机制。结果表明：随着载荷和滑动速度的增大,涂层的摩擦因数均呈现出减小的趋势;随着载荷的增大,涂层的磨损率逐渐升高;随着滑动速度的增大,FeNiMo涂层的磨损率出现先下降后上升的趋势,而FeNiMoSi涂层的磨损率则逐渐下降;涂层的磨损机制主要为磨粒磨损、塑性变形以及轻微的氧化磨损。总体来说,FeNiMoSi涂层相比FeNiMo涂层表现出更好的耐磨性能,这是因为涂层中Si元素的添加,不仅起到细晶强化作用,而且促进了FeSi金属间化合物相的生成。     

湿式高速车铣时TiN涂层刀具的磨损机理研究

研究了在水溶性冷却液浇注冷却条件下，用TiN涂层刀具高速车铣D60钢时刀具的磨损机理和磨损特性。切削过程中涂层剥落是造成刀具损坏的主要原因。涂层剥落后，切削区产生的瞬时热量聚集使基体粘结相软化，从而导致硬质相颗粒脱落和基体的剧烈磨损。