表面微织构复合固体润滑材料的摩擦学性能研究进展

为提高摩擦副之间的摩擦学性能,润滑油添加剂、低摩擦表面以及表面微织构等作为改善表面摩擦学性能的手段已得到国内外研究工作者的广泛关注并取得了一定的成果,而表面微织构复合固体润滑材料技术作为一种集成了已有各种减摩手段优点的复合技术开始被研究。 文中综述了表面微织构与固体润滑材料复合的物理和化学方法;评述了表面微织构几何形状、参数和固体润滑材料种类对复合表面摩擦学性能的影响;分析了表面微织构复合固体润滑材料的减摩机制;最后指出了该复合技术目前尚待解决的问题,并对该技术下一步的发展方向和实际应用进行了展望。     

表面微织构协同热扩渗技术改善材料表面摩擦学性能的研究进展

表面微织构因其能够有效改善摩擦副之间的摩擦学性能而获得国内外学者的广泛关注。通过将表面微织构与热扩渗技术相结合,可以充分发挥2种技术的优点,进一步提高摩擦副之间的摩擦学性能,为更复杂环境下的应用提供可能。首先概述了表面微织构的常用加工方法及其所加工的织构类型,系统地归纳总结了表面织构在不同润滑工况下的减摩机理。其次,从不同的表面热扩渗技术入手,分别综述了盐浴渗氮技术、等离子渗镀技术、热氧化技术和化学气相沉积与表面织构的协同作用研究现状,根据摩擦因数、磨损量和表面硬度等性能参数,分析总结了不同复合技术的可行性以及对基体摩擦学性能的影响。相对于单一表面处理技术,复合技术能够进一步提高材料的表面硬度,延长织构的使用寿命。一般来说,复合处理表面的耐磨性显著优于单一技术处理的表面和未处理表面,但摩擦因数受工况的影响较大。最后,对该复合技术的研究发展做出总结,提出不同织构参数和热扩渗参数对基体摩擦磨损性能的影响有待进一步探究,开展极端工况下复合技术的应用基础研究,推动复合技术在摩擦领域的发展。     

表面织构改善Ti6Al4V合金摩擦学性能的研究进展

源于自然界非光滑表面的表面织构能够起到捕捉磨屑、储存润滑剂、减小接触面积等积极作用,被认为是一种改善材料摩擦学性能的有效途径,并在改善钛合金摩擦学性能方面取得了有益成果。本文重点关注了钛合金表面织构的设计与加工、减摩与抗磨机理、与表面技术的复合应用,综述了表面织构在改善钛合金的摩擦学性能方面的研究进展,并展望了相关研究思路和方法。     

表面织构改善钛合金摩擦学性能的研究进展

源于自然界非光滑表面的表面织构能够起到捕捉磨屑、储存润滑剂、减小接触面积等积极作用,被认为是一种改善材料摩擦学性能的有效途径,并在改善钛合金摩擦学性能方面取得了有益成果。本文重点关注了钛合金表面织构的设计与加工、减摩与抗磨机理、与表面技术的复合应用,综述了表面织构在改善钛合金的摩擦学性能方面的研究进展,并展望了相关研究思路和方法。     

内燃机活塞环材料及表面处理技术研究现状与发展趋势

活塞环是内燃机中重要的零部件之一,该部件的摩擦损耗占内燃机总摩擦损失的26%。因此,活塞环材料的选用及其表面处理研究对于优化提升内燃机性能、延长服役寿命具有重要意义。简单介绍并总结了内燃机活塞环常用材料及其发展趋势,详细综述了激光表面织构技术、表面涂层技术以及表面复合技术在内燃机活塞环减摩抗磨方面的研究和应用现状。其中,激光表面织构技术(LST)可起到接纳磨屑、保持油膜等作用,从而降低活塞环表面摩擦和磨损,但由于织构形貌和几何参数特征对摩擦学性能的影响较为复杂,仍需结合实际工况进一步研究并优化。以镀铬、热喷涂、气相沉积及激光熔覆为代表的涂层技术也常用于活塞环的表面强化处理,但涂层材料种类繁多,难以形成统一的行业标准进而规模应用。此外,通过合理复合多种表面处理技术,比如微弧氧化与电泳沉积复合、超声滚压与离子渗氮技术复合、磁控溅射和低温离子渗硫复合等,可实现优势互补、发挥协同作用,有效改善接触表面的摩擦性能,为活塞环的减摩增寿研究开拓了新的思路。最后对未来活塞环材料开发应用及其减摩抗磨方面的研究发展进行了展望。     

织构化表面改性及其在生物材料上的应用

表面织构化(Surface texturing)改性是指根据材料属性选择合适的加工手段,在相对运动的摩擦副表面引入具备特定形状、尺寸、分布和排列的微观结构阵列,从而实现摩擦副摩擦学性能的调控。随着生物材料的迅速发展,生物界面的摩擦学问题是制约其服役安全与寿命的关键因素。表面改性(如合理的表面织构化设计)因强大的润滑优化功能,由此受到科研工作者的广泛关注。在生物材料服役寿命需求日益增加的背景下,首先分析和总结了典型生物材料产品——人工关节在人体服役过程中的失效原因,并将其分为了摩擦学和生物学问题,由此提出了通过表面织构化技术改进人工关节材料的耐磨性和增强其生物相容性,最终达到实现长寿命人工关节服役的目的。详细地论述了近年来表面织构在生物材料上的研究进展,分析了表面织构化参数,如形状、尺寸及排布等对摩擦学性能的影响,考察了不同织构对摩擦副在不同运动工况下承载力及耐磨性的影响,阐述了表面织构的减摩耐磨机理。最后讨论了表面织构对细胞接触引导生长的调控,如对细胞的粘附状态、形态、增殖和分化能力的影响,尽管利于细胞生长的尺寸小于润滑优化的尺寸,但通过多层次或复合设计可望实现生物相容性与摩擦学性能改善相兼具的目标。最后在现有人工关节材料表面改性的研究基础上,对延长人工关节服役寿命的研究方向、发展趋势和应用领域进行了展望。     

激光表面织构技术的研究进展

在材料表面构建纹理,可显著提升材料的耐磨性、降低摩擦系数。综述了表面织构技术的研究进展及对摩擦性能的影响和织构加工方法;介绍了激光加工在表面织构中的应用;最后指出了表面织构化研究中存在的问题和发展方向。     

表面织构化DLC涂层在脂润滑下的摩擦学性能研究

目的 研究表面织构与类金刚石薄膜(DLC)的复合处理方法,提高在GCr15钢盘表面在全氟聚醚(PFPE)润滑脂润滑下的摩擦学性能.方法 设计了四种表面织构与两种厚度的DLC涂层相结合,采用两种加工方法(在织构表面镀上DLC涂层,在DLC涂层上加工织构),对GCr15金属盘表面进行处理.选用全氟聚醚润滑脂作为润滑介质,通...     

表面织构化刀具的研究现状与进展

高速切削加工作为难加工材料的主要加工方式,在其切削过程中,刀具的快速磨损、加工表面质量差等问题显著。近些年来,表面织构由于在控制摩擦、减小磨损和改善润滑性能等方面的作用引起了国内外学术界和产业界的广泛兴趣,为刀具减摩降磨技术的研究提供了新方向。表面织构效应是通过在摩擦副表面加工出具有不同形状几何参数和分布特征的微凹坑、微沟槽等阵列结构时,表面的摩擦磨损和润滑特性随之改变的热动力学效应。针对表面织构技术在刀具方面的应用研究,描述了刀具表面织构的主要制备方法,对比分析了各种制备方法的优缺点,然后分别阐述了微沟槽织构、微凹坑织构、纳米织构/微纳复合结构阵列以及织构化自润滑刀具在减缓刀具磨损、提高加工质量等方面的研究现状与进展,同时分析了表面织构改善刀具系统摩擦学性能的原因和机理,最后指出刀具表面织构技术目前研究存在的问题及其对刀具减摩降磨的重要意义。     

圆凹坑-球凸复合织构的激光铣削加工及其摩擦学性能

圆凹坑织构被广泛应用于各类摩擦副以改善摩擦学性能。为进一步提高圆凹坑织构的摩擦学性能,鉴于球凸织构能产生优异的动压效应,提出圆凹坑-球凸复合织构,使球凸在圆凹坑内产生二次动压来增强圆凹坑织构的减摩效果。为加工出圆凹坑-球凸复合织构,分析其激光铣削加工工艺,并研究复合织构在销-盘面接触下的摩擦磨损特性。结果表明,在变角度直线扫描路径,单脉冲能量23μJ和光斑间距2μm下激光能量分布较均匀,复合织构的加工误差较小。合适的球凸高度可大幅提高圆凹坑织构的摩擦学性能,在一定条件下,圆凹坑-球凸复合织构较圆凹坑织构平均摩擦系数下降41.0%。     

激光熔覆WC增强Ni基复合涂层的研究进展

激光熔覆是一种新型表面改性技术,具有能量密度高、稀释率可控、涂层与基体呈现良好的冶金结合等优点,且快热快冷的特性有利于在基材表面形成具有细小致密组织的涂层,从而获得耐磨耐蚀等优异性能.WC增强Ni基复合涂层因兼具陶瓷材料优异的耐高温、耐磨性和金属材料良好的强韧性,近些年成为激光熔覆研究领域的热点.综述了激光熔覆WC增强...     

激光熔覆NiCrBSi/Ag复合涂层 结构及空间摩擦学性能

目的 提高钛及钛合金的空间摩擦学性能,拓展钛及钛合金在空间技术领域的应用范围。方法 用激光熔覆技术在纯钛基材表面制备了NiCrBSi/Ag复合涂层。用X-射线衍射仪、扫描电镜和高分辨透射电镜分析涂层的物相组成、显微组织结构和晶体结构。用空间摩擦学实验系统对NiCrBSi/Ag复合涂层在真空、原子氧和紫外辐照三种模拟空间环境以及大气环境下的摩擦学性能进行系统的研究。采用扫描电镜和能量色散光谱仪对摩擦测试后NiCrBSi/Ag复合涂层的磨痕形貌和对偶不锈钢钢球的磨痕形貌及元素面分布进行分析。深入探讨NiCrBSi/Ag复合涂层在三种模拟空间环境及大气环境下的磨损机理。结果 在纯钛基材表面通过激光熔覆制备的NiCrBSi/Ag复合涂层主要物相组成为NiTi、Ni3Ti、Cr2Ni3、Cr3Si、TiB2、Cr-Ni-Ti-Fe、Ag相,显微结构主要为等轴晶和枝状晶组织。复合涂层具有较高的显微硬度,涂层截面平均显微硬度约为830HV0.2,约是钛基材硬度的4.4倍。复合涂层在真空、原子氧和紫外辐照模拟空间环境下的摩擦系数和磨损率均小于大气环境下的值。在三种模拟空间环境下,相对于纯钛基材,复合涂层的磨损率约小2个数量级。复合涂层在真空、原子氧和紫外辐照模拟空间环境下的磨损机理为粘着磨损和磨粒磨损,在大气环境下的磨损机理主要为磨粒磨损。结论 NiCrBSi/Ag复合涂层可以显著提高纯钛基材在真空、原子氧和紫外辐照三种模拟空间环境以及大气环境下的摩擦学性能。     

感应熔覆制备镍基合金涂层的研究进展

在实际的工业应用中,大部分工件处于交变载荷、高应力以及强腐蚀的环境中,严峻的服役条件将会大大缩短工件的实际使用寿命。工件表面往往直接接触不利因素,所以工件的整体失效基本是从表面开始。熔覆涂层技术是一种常见的金属材料表面处理技术,可以大幅度改善工件表面性能,且具备生产效率高、生产成本低、可获得大面积熔覆层等优点,受到了人们的广泛关注。熔覆涂层的制备技术主要有激光熔覆、氩弧熔覆、等离子熔覆以及高频感应熔覆。其中,高频感应熔覆技术的应用成本较低。以高频感应熔覆技术为支撑,对高频感应熔覆技术路线进行阐述,主要包括预处理、涂层预制、感应熔覆等,并对各过程中可能对熔覆质量造成影响的因素进行阐述。最后对镍基合金涂层(镍基复合涂层、原位合成制备镍基复合涂层)的制备工艺进行综述,并对制备过程中存在的部分问题及今后的发展方向进行综述。     

激光熔覆碳化钛增强钛基复合涂层研究进展

钛合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性强等显著优点,在航空航天、海洋工程等领域具有广阔的应用前景。然而,钛合金硬度低、耐磨性差,严重制约其在摩擦工况下的使用寿命。激光熔覆技术具有生产效率高、热影响区窄、结合强度高、组织致密等优势,被广泛用于钛合金零部件表面改性和熔覆修复。高硬、高模量碳化钛的热物性参数与钛合金基材相近,常被选作激光熔覆钛基复合涂层的增强相,以提高其耐磨性。介绍了碳化钛的晶体结构、生长形态和性能特点。综述了碳化钛增强钛基激光熔覆材料体系以及工艺参数对熔覆层成形质量、宏观形貌和微观组织的影响。重点从碳化钛增强相的分布、数量、尺度以及相结构等方面,论述了碳化钛增强钛基激光熔覆层的组织特征,同时阐述了碳化钛强化机制,讨论了碳化钛增强钛基激光熔覆层组织特征与耐磨性能的内在关联性。最后提出了目前激光熔覆碳化钛增强钛基复合涂层研究中存在的问题与展望。     

激光复合热喷涂技术制备陶瓷基涂层研究现状

当下我国航空航天、轨道交通、海洋钻探等先进制造业取得了迅猛发展,装备关键零部件面临高温、重载、强蚀等极端复杂的表界面问题,迫切需要开发新型表面涂层技术和先进材料体系解决工业界面临的困境。激光复合热喷涂技术具有热喷涂和激光熔覆2种工艺的优点,在制备低缺陷–强结合–高性能陶瓷基复合涂层方面具有独特优势,可以显著提升装备零部件表面的耐磨、耐蚀和抗氧化等性能。首先从涂层的组织形貌、腐蚀、抗氧化及抗热震性能方面阐述了激光重熔对等离子喷涂YSZ陶瓷涂层的影响机制。其次梳理了激光重熔工艺对等离子喷涂Al₂O₃基陶瓷涂层在显微结构、硬度、耐磨和抗热震性能方面的研究成果;总结了激光重熔对以Co-WC和NiCr-Cr₃C₂为典型材料体系的陶瓷/金属复合涂层结构和性能的影响;总结了激光重熔/原位辅助冷喷涂陶瓷基涂层(B4C/Ti+Al等)和原位辅助等离子喷涂陶瓷基涂层(WC基等)的组织和性能特点。最后指出,探寻更多涂层材料体系、研发激光复合热喷涂新技术和实现成形工艺自主智能优化等是激光复合热喷涂陶瓷基涂层技术未来的重点发...     

高能束熔覆制备耐磨涂层技术研究现状与展望

耐磨涂层是指在材料基体表面涂覆具有高耐磨性的薄层,在保证涂层与基体之间具有足够的结合强度的同时,使基材表面达到耐磨的目的.高能束熔覆技术是一种高效、可靠的表面处理技术,在耐磨涂层的制备方面具有广阔的应用前景.从高能束熔覆技术、高能束熔覆制备耐磨涂层、耐磨涂层强化机制、耐磨涂层质量调控等四个方面,介绍了高能束熔覆制备耐磨涂层技术的研究现状.其中,在高能束熔覆技术方面,概述了以激光熔覆、等离子熔覆为代表的高能束熔覆的工作原理及特点.在高能束熔覆制备耐磨涂层研究方面,综述了Ni、Co、Fe基自熔性合金涂层及金属基复合涂层、梯度功能材料涂层的特点.在耐磨涂层强化机制方面,分析了涂层的磨损机理,同时讨论了添加硬质颗粒和元素对耐磨涂层性能的影响.在耐磨涂层质量调控方面,阐述了熔覆过程中工艺优化和数值模拟仿真对改善高能束熔覆技术成形工艺的作用.最后,总结了高能束熔覆技术在耐磨涂层制备上存在的问题,并提出了展望.     

磨料条件下DLC复合微织构表面的磨损机理*

钛及其合金具有优良的性能被广泛应用于武器装备领域，但在磨料条件下易黏着、不耐磨的特性限制了其使用。为了提高钛在磨料作用下的减摩抗磨性能，以 TA2 钛为研究对象，使用激光加工技术在 TA2 样品表面上制备点阵微织构，然后采用磁控溅射技术在点阵微织构表面制备类金刚石碳（Diamond-like Carbon, DLC）薄膜，形成 DLC 复合微织构；采用 MS-T3000 摩擦磨损试验机研究了 DLC 复合微织构表面在磨料作用下的摩擦磨损性能，并通过扫描电子显微镜、能谱分析、 拉曼测试、有限元分析等手段研究钛表面 DLC 复合微织构的摩擦磨损机理。结果显示 DLC 复合微织构表面可有效提高钛在磨料条件下的减摩抗磨性能，且同等条件下，点阵密度对 DLC 复合微织构样品表面摩擦因数的影响最大，单位面积点阵边缘密度值与样品表面磨损率有关，且二者基本呈正线性关系。揭示了 DLC 复合微织构在磨粒磨损条件下的摩擦磨损性能， 并从织构边缘的破坏提出磨损机理，研究结果可为钛在磨料磨损条件下的应用提供理论和设计依据。     

钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的研究进展

针对钛合金在实际应用过程中存在硬度低、耐磨性差、高温易氧化以及生物活性低等问题,国内外学者利用陶瓷材料较高的硬度、优异的耐磨性和高温抗氧化性能的特点,以及激光熔覆技术可以实现涂层与基材的冶金结合,较高的冷却速率使涂层内部晶粒得到细化的优势,开展了钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的广泛研究。首先简要概括了钛合金表面激光熔覆陶瓷材料的特点,介绍了在激光熔覆过程中常见的陶瓷材料以及所具备的特殊性能。从陶瓷涂层制备方式和陶瓷材料体现的功能两个方面,综述了国内外的研究特点、现状和进展。对比分析了激光制备纯陶瓷涂层、激光制备陶瓷与金属合金复合涂层、激光原位合成陶瓷复合涂层、激光制备陶瓷梯度涂层的优缺点。介绍了在钛合金表面激光熔覆耐磨涂层、高温抗氧化涂层、耐蚀涂层和生物涂层的进展,分析了陶瓷材料在提高相关性能时所发挥的作用。最后针对钛合金表面激光熔覆陶瓷材料存在的问题,对钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层未来的发展趋势进行了讨论与展望。     

激光熔覆刷式密封高温耐磨复合材料涂层组织研究

利用激光熔覆技术制得了以快速凝固M7C3为耐磨相、以镍基高温合金为基体的刷式密封高温耐磨复合材料涂层,利用OM、SEM、XRD、EDS等分析手段对激光熔覆涂层显微组织进行了分析,考察了工艺参数对激光熔覆高温耐磨复合材料涂层显微组织的影响。研究结果表明,该涂层与基体为冶金结合,结合力强,组织致密,成分均匀,能够满足发动机工作条件。