表面微坑复合MoS2镍基涂层及摩擦磨损性能研究

目的 为解决硬质涂层抗磨与减摩性能难以兼顾的难题,提出并制备出具有优异减摩耐磨性能的表面微坑复合MoS2镍基涂层结构,为抗磨减摩性能统一的涂层设计提供重要依据。方法 以42CrMo轴承钢为基体,采用两种加工方法(在42CrMo轴承钢表面采用激光熔覆制备镍基涂层,在涂层表面电火花加工微坑织构)制备表面微坑复合MoS2镍基涂层,通过球-盘摩擦磨损试验(GCr15对磨球)分别测试3种载荷(2、4、6 N)下42CrMo轴承钢、42CrMo轴承钢表面镍基涂层和表面微坑复合MoS2镍基复合涂层试样的摩擦学性能,并通过先进测试技术(XRD、SEM)分析复合涂层的组织结构及磨痕微观形貌。结果 在不同载荷工况下,镍基涂层的磨损率远小于42CrMo轴承钢,表面微坑复合MoS2镍基涂层的摩擦因数和磨损率均小于镍基涂层和42CrMo轴承钢,在4 N载荷工况下,镍基-MoS2复合涂层具有最低摩擦因数,达到0.36,磨损率为7.41×10^?7 mm³/(N.m),比镍基涂层试样(26.621 0^?7 mm³/(N.m))降低了72.09%。结论 表面微坑复合MoS2镍基涂层结构中涂层与环氧树脂粘结MoS2固体润滑剂可独立高效发挥自身耐磨、减摩特性,并在不同载荷下发挥协同作用,两种方法复合处理能得到具有良好减摩耐磨性能的表面。     

Fe-Al/SiC复合涂层组织及摩擦磨损性能研究

利用高速火焰喷涂技术制备出Fe-Al／SiC复合涂层，在MM-Al立式磨损试验机上对涂层常温下的摩擦磨损特性进行研究。采用扫描电镜、能谱、金相显微镜和X射线衍射仪，对涂层的组织形貌和相组成以及磨损后的表面形貌进行观察分析。研究表明，涂层的基体为Fe-Al相，具有典型的层状结构、较高的结合强度和显微硬度，孔隙率低；SiC硬质相分布于涂层之中，对涂层起到了颗粒强化和弥散强化的作用；涂层在常温干摩擦条件下具有良好的耐磨损性能，磨粒造成的剥层磨损是涂层的主要磨损机理。     

电沉积耐磨减摩纳米复合镀层的研究进展

纳米复合镀层比常规镀层具有更高的硬度和更加优良的摩擦学性能.评述了纳米复合镀层的电沉积工艺,包括纳米颗粒前处理、纳米颗粒添加量、电流、镀液pH值、镀液温度和搅拌方式等对镀层中纳米颗粒含量、镀层表面形貌及微观结构的影响,对纳米复合镀层摩擦学性能以及纳米颗粒耐磨减摩机理的研究进行了综述.     

Ni-P金刚石化学复合镀层制备及摩擦磨损性能分析

目的研究不同粒径微米金刚石对Ni-P金刚石化学复合镀层摩擦磨损性能的影响。方法选择出一组优良的Ni-P化学镀工艺参数,在镀液中分别加入不同粒径的金刚石微粒,制备含不同粒径微米级金刚石颗粒的化学复合镀层。用SEM和XRD,观察并分析了不同粒径金刚石对热处理前后Ni-P金刚石化学复合镀层微观形貌和组织结构的影响;通过硬度和摩擦磨损实验,研究了不同粒径金刚石颗粒对复合镀层硬度及摩擦磨损性能的影响。结果制备的复合镀层厚度为30μm左右,金刚石质量分数达到21%~25%,且金刚石均匀分散在Ni-P镀层中。热处理前镀层为非晶结构,经过400℃×2 h的热处理后,镀层晶化为硬度更高的Ni3P。金刚石能提高镀层硬度,其中粒径为9μm的复合镀层硬度最高,达到1261HV。Ni-P金刚石复合镀层的摩擦系数为0.4~0.52,随着金刚石粒径的增大,摩擦系数不断减小。金刚石使镀层的磨损机制发生了变化,随着金刚石粒径的增大,硬质合金球的磨损加剧。结论随着金刚石粒径的增大,镀层硬度增加,摩擦系数减小,耐磨性增大。     

Study on Properties of Pulse Electrodeposited RE-Ni-W-P-SiC Composite Coatings

The effects of pulse frequency f and duty cycle r on the deposition rate, composition, morphology, and hardness of pulse electrodeposited RE （rare earth）-Ni-W-P-SiC composite coatings have been studied. The results indicate that pulse current can improve the deposition rate of RE-Ni-W-P-SiC composite coatings; W, P, and SiC contents in the coating decrease with the increase of pulse frequency and reach the lowest value at f = 33Hz, whereas the RE content in the composite coatings increases with the increase of pulse frequency. SiC content decreases with the increase of duty cycle, W content reaches the lowest value, and P content reaches the highest value at r = 0.4; pulse current and RE can lead to smaller size of the crystalline grains; however, the effects of different pulse frequency and duty cycle on the morphologies of RE-Ni-W-P-SiC composite coatings are not obvious. The hardness of RE-Ni-W-P-SiC composite coatings is the highest when the duty cycle is at 0.6 and 0.8 and pulse frequency is at 50Hz. At the same pulse frequency, the hardness of RE-Ni-W-P-SiC composite coatings at r= 0.8 is higher than that at r= 0.6.     

沉积功率对Ce-Ti/MoS2复合涂层摩擦磨损性能的影响

目的 探究Ce-Ti合金靶功率对MoS2基涂层摩擦学性能的影响,制备干摩擦性能优异的MoS2基复合涂层。方法 采用直流与射频双靶非平衡共溅射技术,通过调节Ce-Ti(1∶1)靶功率控制涂层掺杂元素含量。利用原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱仪(XPS)等多种测试手段,分析合金靶功率对Ce-Ti/MoS2涂层微观组织、力学性能及摩擦学性能的影响。结果 随着掺杂金属功率提升,MoS2基涂层由明显的晶体结构变为类似非晶结构;表面由纯MoS2的蠕虫状逐渐转化为细小团聚形貌,在达到90 W功率后团聚尺寸又逐渐粗大。当Ce-Ti靶(Ce的原子数分数为2.32%;Ti的原子数分数为7.21%)沉积功率达到70 W时,致密程度显著提高,由无掺杂多孔柱状晶变为细密柱状生长结构,纳米硬度达7.85 GPa,并明显改善了氧化现象。在摩擦磨损方面,70 W功率下磨痕呈微量的磨粒磨损,平均摩擦因数低至0.073,磨损率减少至9.42× 10^–8 mm³ N^–1m^–1。对偶钢球形成转移膜,有效减少摩擦过程剪切力。70 W条件下转移膜面积最小,且摩擦时磨痕处重组生成MoS2结构,显著减少材料的摩擦因数与磨损率。结论 磁控溅射Ce-Ti掺杂MoS2基涂层提升了涂层致密程度与摩擦磨损性能,在功率达到70 W时达到最优综合性能,涂层的摩擦因数与磨损率也因形成高质量转移膜而显著降低。     

等离子喷涂复合涂层磨损性能及机理

对Ni60、Al2O3 40％TiO2及Ni／Al2O3三种复合涂层与T10钢在不同载荷、不同时间下的干磨摩擦磨损的曲线进行了测试，探讨了磨损机制。研究发现，干磨时Ni60涂层具有较好的耐磨性。涂层的干磨性能与涂层的致密度、孔隙率等密切相关。     

超音速火焰喷涂Fe基非晶合金涂层材料的摩擦磨损性能研究

目的通过优化涂层制备工艺,制备致密的Fe基非晶合金涂层,以提高非晶合金涂层的耐磨性。方法采用活性燃烧高速燃气超音速火焰喷涂(AC-HVAF)技术,通过工艺优化,制备了组织致密的Fe基非晶合金涂层。利用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、维氏显微硬度计、摩擦磨损试验机、三维光学轮廓仪等设备,对非晶合金涂层的组织结构、摩擦性能和磨损机制进行了深入分析。结果 Fe基非晶合金涂层呈现典型的非晶结构,涂层厚度在300μm左右,涂层的平均显微硬度值高达1000HV0.1。在干摩擦试验条件下,Fe基非晶合金涂层的磨损量远低于304不锈钢材料,磨损率是304不锈钢基体的1/3~1/2。Fe基非晶合金涂层的磨损机制以疲劳磨损为主,伴随着氧化磨损。氧化磨损主要是由干摩擦过程中产生的摩擦热导致,氧化磨损加速了片层剥落。结论 Fe基非晶合金涂层孔隙率的降低和非晶相含量的提高,有利于稳定摩擦系数和改善涂层的耐磨损性能。     

Water-Lubricated Ni-Based Composite(Ni-Al_2O_3,Ni-SiC and Ni-ZrO_2)Thin Film Coatings for Industrial Applications

In this work,pure nickel and Ni-based nanocomposite coatings(N1-Al_2O_3,Ni-SiC and Ni-ZrO_2) were produced on steel substrate by using pulse electrodeposition technique.The industrial performance tests were conducted to evaluate the wear resistance,corrosion resistance,adhesion strength and wettability behaviour of newly developed coatings.Rolling contact ball-on-disc tribometer was used to assess anti-wear behaviour of these coatings under waterlubricated contacts.The results showed that the wear- and corrosion resistance properties of nickel alumina and Ni-SiC composite coatings significantly improved than that of pure Ni and Ni-ZrO_2 coatings.The adhesion and wettability results of Ni-Al_2O_3 composite showed better performance when compared to the rest of the coatings.The effects of incorporating nanoparticles on the surface microstructure,interface adhesion and distribution of the particles were also investigated.The coatings were characterized by using scanning electron microscopy,X-ray diffraction analysis and 3D white light interferometry.The wear failure behaviour of these coatings was further examined by post-test surface observation under optical microscope.     

晶粒尺寸对纳米晶钴摩擦磨损性能的影响

采用脉冲电沉积法制备了不同晶粒尺寸的纳米晶钴镀层,考察了晶粒尺寸对纳米晶钴硬度和摩擦磨损性能的影响.结果表明:随着晶粒尺寸的减小,钴镀层的硬度显著升高,符合经典的Hall-Petch效应;而纳米晶钴的抗磨性并没有随着晶粒的减小而显著增加,同时其摩擦系数随着晶粒的减小而略有增加.     

在甘油润滑下TiAlN涂层的超低摩擦和磨损特性∗

TiAlN 涂层具有优异的力学性能,在刀具领域具有广泛的应用背景,然而优化制备参数以获得性能更为优异的 TiAlN 涂层仍需要做进一步的研究,同时与 TiAlN 涂层相适应的绿色润滑剂也是当前亟待解决的问题之一。 基于磁控溅射技术,研究 Al 靶溅射电流对 TiAlN 涂层结构和力学性能的影响,考察甘油润滑下 TiAlN 涂层的摩擦学性能,并利用 X 射线光电子能谱探究甘油的润滑机理。 结果表明:当溅射电流为 3 A 时得到的 TiAlN-3A 涂层具有最致密的晶状结构及最优的力学性能。 在甘油润滑下,TiAlN-3A 涂层的摩擦因数仅为 0. 007,其磨损率为 2. 62×10^-6 mm3N^-1m^-1 。 XPS 分析表明,甘油在钢球与 TiAlN 涂层相对滑动过程中发生摩擦降解反应,在表面上生成新的产物 FeOOH。 FeOOH 的亲水性使得在接触区域表面吸附甘油分子及甘油降解产物形成流体润滑层,可提供优异的减摩和耐磨性能。     

机械加工刀具的表面涂层和摩擦磨损性能研究

采用圆形电弧技术和线性离子源技术在高速钢和硬质合金刀具表面制备了类金刚石涂层,对涂层表面形貌和物相组成进行了观察,对比分析了膜层成分和耐磨性能。结果表明,在高速钢和硬质合金表面分别制备了0.84μm和1.23μm厚涂层;对磨过程中Al的粘附量由少至多为:N1涂层N2涂层硬质合金基材高速钢基材,涂层对机械加工刀具基材耐磨性能提高具有明显改善作用。     

复合梯度膜层摩擦磨损性能研究

应用离子渗氮与多弧离子镀复合技术,在40Cr基体上制备Ti0.33Al0.67N复合膜层,对梯度Ti0.33Al0.67N膜层与其他膜层的摩擦磨损性能进行了研究与对比。结果表明,Ti0.33Al0.67N膜层具有良好的耐磨损性能,是适合在高温环境下采用的耐磨涂层。     

磁场环境中的Mo-W喷涂层摩擦磨损性能

采用超音速等离子喷涂技术在45CrNiMoVA钢表面制备了Mo-W合金涂层,并与6061铝合金组成摩擦副,进行了磁场环境下的摩擦磨损试验。通过场发射扫描电镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)分析涂层组织;采用X射线衍射仪分析涂层相组成;在不同磁感应强度(B)下测试了涂层显微硬度、表面氧浓度和表面温度。结果表明:随着磁感应强度的增加,Mo-W涂层的摩擦因数降低,磨损量有小幅减小。摩擦副表面的温度比不加磁场时有10~20℃的温升。磁场的施加对Mo-W涂层显微硬度值不会造成影响。Mo-W涂层磨损表面的氧含量随B的增加而变大。磨屑主要由表面覆有Al_2O_3的Mo-W合金微粒和Al_2O_3微粒组成,磨屑粒径随着B的增加逐渐变小。磁场在Mo-W涂层与6061铝合金的摩擦中主要有两个作用:一是提高摩擦副间的氧浓度,促进氧化磨损;二是使磨粒细化,降低摩擦因数。     

Friction and wear characteristics of multi-layer graphene films investigated by atomic force microscopy

Friction and wear characteristics of multi-layer graphene films deposited on a Si substrate by mechanical exfoliation were investigated by atomic force microscopy (AFM). The graphene films consisted of a few layers of carbon basal plane. The number of graphene layers was determined by AFM and Raman spectroscopy. For the AFM friction measurement, loads in the range of − 5 to 30 nN were applied on the Si tip that slid against the graphene specimen. It was found that graphene films exhibited much lower friction (from 0.36 to 0.62 nN) than bare Si surface (from 1.1 to 4.3 nN) when the applied loads ranged from 3 to 30 nN. The wear characteristics were also assessed using the AFM. Detectable wear of graphene was generated when sliding was performed for 100 cycles under 5 μN applied load. The wear mechanism of graphene was proposed to be due to breakage of in-plane bonds between carbon atoms and shearing at the interface of graphene layers.     

超声振动辅助铣削加工钛合金表面摩擦磨损性能研究

目的研究超声振动辅助铣削加工钛合金表面形貌及摩擦磨损性能的优势。方法将0、6、12μm的超声振动振幅分别施加到铣削加工的进给方向加工TC4钛合金,得到不同加工参数条件下的表面形貌。用多功能扫描电子显微镜观察不同条件下的微观表面形貌,并且对不同表面的摩擦磨损性能进行了测试,分析了超声振动对表面摩擦磨损性能的影响。结果施加超声振动后,表面微观形貌与传统铣削加工存在较大区别。表面微观形貌不仅存在因进给速度产生的进给划痕,还存在一定规律的微观织构。摩擦磨损试验分析了干摩擦与润滑脂摩擦两种情况。干摩擦条件下,超声振动对摩擦系数的影响较明显,振幅为6μm时,摩擦系数有所减小;振幅为12μm时,摩擦系数有所增大。脂润滑条件下,摩擦系数变化较小。结论通过超声振动辅助铣削可以加工出具有一定微观形貌的表面织构,这些微织构的存在影响了加工表面的摩擦磨损性能,对于研究表面抗磨减阻性能有一定的作用。     

超声波对电沉积Ni-Al_2O_3复合镀层耐磨性的影响

采用超声-电沉积方式制备Ni—Al2O3复合镀层。利用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜、硬度仪以及摩擦磨损实验仪对复合镀层的组织结构、宏观残余应力、表面形貌、微观硬度以及摩擦磨损性能等进行研究。实验结果表明：适当的超声波作用使复合镀层基质金属Ni的晶粒细化,复合镀层的硬度提高,但也相应地增加了镀层的宏观残余应力;超声波-电沉积复合镀层的表面致密平整,镀层中粒子团聚现象减少,粒子分布更加均匀;超声-电沉积复合镀层的耐磨性明显优于单独电沉积复合镀层。     

NiCrAlYSi/h-BN高温可磨耗封严涂层摩擦磨损性能研究

目的加入h-BN和团聚聚苯酯分别作为固体润滑剂和造孔剂,以提高NiCrAlYSi基封严涂层的高温摩擦磨损性能。方法采用真空熔炼雾化造粒和料浆喷雾造粒技术制备NiCrAlYSi/h-BN聚苯酯复合粉体,再利用大气等离子喷涂技术制备高温可磨耗封严涂层,通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、CSM摩擦磨损试验机和三维轮廓仪等手段,研究NiCrAlYSi/h-BN封严涂层显微结构、元素组成以及室温和800℃下的摩擦磨损性能,探究涂层在室温和800℃下的磨损机理。结果等离子喷涂NiCrAlYSi/h-BN封严涂层组织比较均匀,涂层结合强度可达15MPa,孔隙率约为32%。室温下封严涂层与DD6镍基单晶高温合金球间的平均摩擦因数为0.897,涂层磨损体积为2.09×10~8μm~3;800℃高温下平均摩擦因数为0.425,涂层磨损体积为3.22×10~8μm~3;封严涂层800℃下有良好的可磨耗性,相应对偶件的磨损较轻;高温下,封严涂层金属基相软化、h-BN的润滑作用和部分金属基相高温下生成自润滑性氧化物,是摩擦因数降低和对偶件磨损较轻的主要原因。NiCrAlYSi/h-BN封严涂层室温的主要磨损机理为涂抹、磨粒磨损和轻微氧化,高温下的主要磨损机理为切削、塑性变形、氧化和粘着磨损。结论等离子喷涂NiCrAlYSi/h-BN高温封严涂层在高温下的可磨耗性能较好。     

H13表面TiAlN/CrAlN复合涂层的摩擦磨损性能研究

采用真空电弧离子镀工艺在H13钢表面制备Ti Al N/Cr Al N复合涂层,利用划痕试验仪、盘式摩擦磨损试验机、金相显微镜和努氏硬度计分析Ti Al N/Cr Al N膜层的结合力和摩擦学性能,金相组织形貌和试样表面的显微硬度。结果表明,Ti Al N/Cr Al N复合薄膜表面组织分布均匀,结合致密,涂层与基体间的结合力是影响涂层承载能力的主要因素之一,Ti Al N复合涂层的摩擦性能优于H13基体和Cr Al N复合涂层的摩擦性能,Ti Al N/Cr Al N复合涂层的结合力分别为35 N和24 N,沉积有Ti Al N涂层试样表面摩擦系数最小,减摩效果最好,耐磨性能优越,并能有效地抵抗摩擦磨损。     

氮化钛 / 氧化钛复相陶瓷涂层的干滑动摩擦磨损性能

目的研究等离子喷涂Ti N/Ti O复相陶瓷涂层的微观组织结构、显微硬度及干滑动摩擦磨损行为和机理。方法采用等离子喷涂技术,在45#钢表面制备Ti N/Ti O复相陶瓷涂层。分析涂层的相组成,测试涂层的硬度。通过磨损试验研究Ti N/Ti O复相陶瓷涂层的磨损行为,并观察涂层的磨损形貌,测试磨损表面的成分组成,探讨Ti N/Ti O复相陶瓷涂层的磨损机理。结果 Ti N/Ti O复相陶瓷涂层均匀致密,平均厚度为350μm,具有明显的层状结构,孔隙率为4.3%,显微硬度为1444HV0.1。在载荷30~50 N、转速370~1102 r/min的范围内,Ti N/Ti O复相涂层与GCr15对磨的摩擦系数为0.0963~0.2778,磨损量为1.32~6.8 mg。随着载荷的增加,摩擦系数下降;随着载荷和转速的增加,磨损量增加。结论等离子喷涂制备的Ti N/Ti O复相涂层组织致密,显微硬度高,在低速低载荷时表现出较好的耐磨性,但随着载荷和转速的增加,耐磨性降低。涂层的磨损机制主要为磨粒磨损和粘着磨损。