盐雾腐蚀条件下Ti合金表面功能薄膜的摩擦磨损性能

目的研究Ti6Al4V合金、铬掺杂类金刚石(Cr-DLC)薄膜、钨掺杂类金刚石(W-DLC)薄膜和氮化钛(TiN)薄膜,在干摩擦和盐雾腐蚀气氛摩擦条件下的摩擦磨损性能。方法在商用Ti6Al4V合金表面通过非平衡磁控溅射制备Cr-DLC薄膜和W-DLC薄膜,通过多弧离子镀技术制备TiN薄膜。利用扫描电镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机、白光干涉扫描轮廓仪,对薄膜的形貌、硬度、干摩擦和腐蚀摩擦性能、磨痕形貌进行测试分析。结果干摩擦条件下,Ti6Al4V合金表面沉积Cr-DLC、W-DLC和TiN三种薄膜的摩擦系数均比Ti6Al4V合金低;Ti6Al4V合金及其表面制备的三种薄膜在盐雾腐蚀气氛条件下的摩擦系数都比干摩擦条件下有所增加。与Ti6Al4V合金相比,Cr-DLC、W-DLC和TiN三种薄膜在干摩擦和盐雾腐蚀气氛摩擦条件下均减小了磨损体积。干摩擦条件下,W-DLC薄膜的磨损体积为0.0017 mm~3,耐磨性最好;盐雾腐蚀气氛摩擦条件下,TiN薄膜的磨损体积为0.0028 mm~3,表现出最佳的耐腐蚀磨损性能。通过磨痕形貌可以得出,盐雾腐蚀气氛摩擦条件下,Ti6Al4V合金表面制备的金属掺杂类金刚石薄膜的磨损受到磨粒磨损和腐蚀磨损双重机制的影响。结论三种表面功能薄膜在盐雾腐蚀气氛摩擦条件下都较好地保护了Ti合金,极大地减少了磨损损失。     

硬质薄膜与自润滑织物衬垫对磨的摩擦磨损性能研究

目的 提高钛合金与自润滑织物衬垫对磨的耐磨性.方法 采用多弧离子镀在TC4钛合金表面制备TiN和CrAlN硬质薄膜,利用扫描电镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪、销-盘摩擦磨损试验机、白光干涉扫描轮廓仪测试分析薄膜的形貌、结构、硬度、弹性模量、摩擦磨损性能和磨痕形貌.结果 在相同的测试条件下,TC4钛合金与自润滑织物衬垫对磨时,能更快地进入稳定摩擦阶段,且平均摩擦系数最低,仅为0.12;TiN薄膜进入稳定摩擦阶段所用时间和摩擦系数较TC4钛合金稍有增加;而CrAlN薄膜进入稳定摩擦阶段的用时最长且平均摩擦系数最大.测量摩擦磨损后自润滑织物衬垫磨痕的二维轮廓发现,当与CrAlN薄膜对磨时,自润滑织物衬垫的磨痕深度最大,但磨损率最低,这主要是软质织物衬垫的不均匀磨损引起的.进一步分析发现,所有的试验销表面均形成了转移膜,但CrAlN薄膜表面形成的转移膜最薄,从而导致其摩擦系数最大,磨损率最低.深入分析自润滑织物衬垫磨痕形貌发现,与TC4钛合金对磨的自润滑织物衬垫的磨痕表现为磨粒磨损和纤维束的破损;与TiN薄膜对磨的自润滑织物衬垫的磨痕表现为区域损失和表面不规则的凹痕;与CrAlN薄膜对磨的自润滑织物衬垫的磨痕中纤维束破损严重.结论 与自润滑织物衬垫对磨后,钛合金以及硬质薄膜表面均形成转移膜,CrAlN薄膜表面转移膜最薄,与之对磨的自润滑织物衬垫的磨损率最低.     

925Ag75Cu和925Ag40Cu35Zn合金在人造汗液和H2S气氛中的腐蚀与变色行为

采用静态腐蚀、XRD、SEM、EDS和XPS,研究了250℃时效4h和70%冷变形+200℃时效4h两种硬化状态下的925Ag75Cu与925Ag40Cu35Zn合金在37℃人造汗液和室温H2S气氛中的腐蚀与变色行为。结果表明,这两种925银合金在37℃人造汗液中的腐蚀变色是由Cl-和OH-离子引起的,但925Ag40Cu35Zn合金的变色过程明显比925Ag75Cu合金缓慢,腐蚀过程中产生的白色AgCl和灰黑色Ag2O难以在其表面沉积而形成灰黑色腐蚀膜。这两种925银合金在室温H2S气氛中的腐蚀变色是由S2-引起的,但925Ag40Cu35Zn合金的腐蚀变色过程明显比925Ag75Cu合金缓慢,这是由于腐蚀过程中白色ZnS最先形成,从而延缓了灰黑色Ag2S和黑色Cu2S的形成。     

TC4钛合金表面镀Cu摩擦磨损性能的研究

利用硫酸盐镀铜技术在TC4钛合金表面电镀制备Cu镀层,采用SEM、EDS和STM等方法研究TC4钛合金基体及其镀Cu层的摩擦磨损性能,分析其磨损率、摩擦系数和磨痕形貌,探讨其磨损机理。结果表明:TC4钛合金表面镀Cu可以显著地改善和提高其表面耐磨性,Cu镀层的耐磨性明显地优于TC4钛合金基体;TC4钛合金基体的磨痕呈犁沟形貌,磨损机理为剥层磨损和黏着磨损;镀Cu层的磨痕呈现的是附着的塑性变形后铜磨屑形貌,磨损机理为剥层磨损和疲劳磨损。     

刀具表面磁控溅射CrN涂层及其耐磨性能研究

目的 提高刀具耐磨性能,延长刀具材料的使用寿命,减小刀具在加工过程中的磨损。方法 采用射频磁控溅射法在高速钢刀具表面沉积CrN涂层,用XRD、FESEM等分析涂层的组织结构与微观形貌,用X射线谱仪（EDS）测量涂层成分含量及其分布,用划痕仪测定膜基结合力,用球-盘磨损仪进行磨损实验。探讨不同摩擦条件下涂层的耐磨性能,探究不同摩擦条件对未镀膜刀具与镀膜刀具摩擦学性能的影响,对比分析摩擦系数、磨痕深度、磨痕宽度随参数变化的规律。结果 磁控溅射制备出结构致密、轮廓清晰、表面平整度趋于光滑的CrN涂层,涂层呈现三角锥形貌,具有明显的CrN(111)择优取向,膜基结合力为31.6 N。磨损试验表明,高载荷条件下（载荷5 N）,未镀膜刀具磨损较严重,磨痕颜色较深,磨痕深度与宽度分别为27.6、980.2 μm,摩擦系数为0.498。镀膜刀具磨痕两侧只有轻微的犁沟和较少的磨屑堆积,表面磨痕颜色较浅,磨损轻微,磨痕深度与宽度分别为2.25、570.8 μm,摩擦系数为0.314。结论 在高速钢刀具表面沉积CrN涂层能显著提高刀具的耐磨性能,刀具在磨损试验中磨痕深度、磨痕宽度和摩擦系数均较小。     

纳米铜添加剂在装备修复技术中的应用

考察了纳米铜添加剂在不同润滑油中的减摩抗磨性能，采用扫描电子显微镜对磨损表面进行了形貌和元素分析，模拟实际工况进行了300h的发动机台架试验。结果表明：纳米铜添加剂具有良好的减摩抗磨性能，可使润滑油650SN的摩擦系数降低48%，磨痕宽度降低21%；使坦克润滑油50CC的摩擦系数降低40%，磨痕宽度降低33%；使柴油机油15W/40CD和汽油机油15W/40SF的摩擦系数分别降低9%和15%，磨痕宽度分别降低22%和18%。在摩擦过程中，纳米铜添加剂能够在磨损表面形成了一层疏松的自修复膜，这层修复膜隔离了摩擦副之间的直接接触，修复了磨损表面的微损伤，从而起到有效的自修复作用。由纳米铜等添加剂组成的复合型添加剂具有优良的动力性、自修复性和经济性。     

载荷和滑动速度对块体镁基非晶合金干摩擦性能的影响

目的以制备的Mg_(59.5)Cu_(22.9)Ag_(6.6)Gd_(11)块体镁基非晶合金为基础,探索法向载荷和滑动速度影响镁基非晶合金干摩擦行为的规律和机制,为进一步研究镁基非晶合金提供实验依据。方法采用UMT-2多功能摩擦磨损机,改变法向载荷和滑动速度的大小,进行摩擦磨损实验。通过白光干涉轮廓仪测出磨损轨迹的宽度和深度,再根据公式计算出磨损体积和磨损率。利用扫描电镜和EDS能谱分析磨损轨迹,揭示非晶合金的磨损机制。结果随着载荷的增加,磨损率先减小后稳定,摩擦系数略有减小。随着滑动速度的增加,磨损率先减小后增大,在相对滑动速度为120 mm/s时出现最小值。载荷小于20 N时,磨痕表面布满犁沟和小颗粒状磨屑;载荷大于20 N时,磨痕表面出现层叠状非均匀塑性变形层,对磨球表面转移膜粘连明显。滑动速度低时,磨痕表面布满犁沟,随着速度的增加,先是软化均匀流变,接着出现熔化、剥落。结论块体非晶镁基合金在低载荷下以磨粒磨损为主,还伴随着氧化、少量的粘着;载荷大于20 N时,变为粘着磨损为主。低滑动速度下以磨粒磨损为主,当滑动速度为180 mm/s时,试样表面熔化失效,磨损方式为剥落和磨粒磨损的综合。     

摩擦表面纳米铜自修复膜显微硬度分析

利用T-11摩擦磨损试验机和MM-200摩擦磨损试验机进行了用纳米铜添加剂润滑的摩擦磨损试验,在磨痕表面形成了富含Cu元素的表面膜.纳米压痕试验结果表明,基体的硬度为10~13 GPa,而表面自修复膜的硬度从5 GPa到10 GPa,变化范围比较大.从硬度以及加工硬化程度和蠕变位移的测试结果可以看出,摩擦表面自修复膜的这些性能与纯铜膜的性能有很大的区别,而且在不同的深度有不同的变化,说明薄膜不是均匀铜膜,而是在成分、组织结构上有变化的复合膜.     

NiAl-7.5Cr-2.5Ta-5Co合金的室温摩擦磨损性能

采用往复摩擦磨损试验方法,研究了不同接触变形状态和摩擦热效应下Ni Al-7.5Cr-2.5Ta-5Co合金的磨损性能与机理。结果表明:弹性接触状态下,变形区域的弹性应力松弛所引起的微小移动可破坏形成的金属结点,其摩擦系数较低;塑性接触状态下,合金磨损表面发生粘着-剪切特征,其摩擦系数较高;随着摩擦热效应的增强,合金摩擦表面自生成的Ni和Co的氧化物膜增多,降低了合金的摩擦系数,当P m·V值大于865 350(N/s·mm)时,合金的摩擦系数小于0.3,表现出良好的自润滑特性。     

纳米铜添加剂在装备修复技术中的应用

考察了纳米铜添加剂在不同润滑油中的减摩抗磨性能,采用扫描电子显微镜对磨损表面进行了形貌和元素分析,模拟实际工况进行了300h的发动机台架试验.结果表明纳米铜添加剂具有良好的减摩抗磨性能,可使润滑油650SN的摩擦系数降低48%,磨痕宽度降低21%;使坦克润滑油50CC的摩擦系数降低40%,磨痕宽度降低33%;使柴油机油15W/40CD和汽油机油15W/40SF的摩擦系数分别降低9%和15%,磨痕宽度分别降低22%和18%.在摩擦过程中,纳米铜添加剂能够在磨损表面形成了一层疏松的自修复膜,这层修复膜隔离了摩擦副之间的直接接触,修复了磨损表面的微损伤,从而起到有效的自修复作用.由纳米铜等添加剂组成的复合型添加剂具有优良的动力性、自修复性和经济性.     

运行工况对碳刷/集电环摩擦副表面膜形成的影响

目的 解决水轮发电机组碳刷/集电环组件接触界面表面膜形成困难和容易破损的问题。方法 在分析载流摩擦表面膜层成因的基础上,采用某水轮发电机组所用的碳刷及集电环配副,在同尺寸水轮发电机组碳刷/集电环模拟试验台进行相似性试验,用四探针方阻仪表征表面膜层的氧化情况,研究电流密度、速度、温度、载荷对集电环表面膜生成的影响。结果 碳刷与集电环形貌磨合大约需要200 min,随后表面膜逐渐形成。在4、8 m/s转速下,正极集电环表面方阻的最大值可达到0.6 mΩ,在12 m/s转速下正极集电环表面方阻的最大值可达到25 mΩ。电流提高了摩擦副的温度,有利于氧化反应的进行,但过高的温度会导致摩擦表面水分子脱附,从而严重磨损表面膜。负极碳刷的温度普遍高于正极碳刷。弹簧压力分布不均会导致碳刷载流分配不均,更易引发负极碳刷出现高温,损坏表面膜。在12 m/s转速、800 A电流工况下,表面膜的生成速度相对最快。结论 表面膜主要由石墨层和氧化物层组成,在表面膜的形成过程中,碳刷与集电环间的接触电阻在前期以收缩电阻为主,在后期以膜层电阻为主。膜层电阻主要受到膜层厚度的影响。转速是影响表面膜生成速率的主要因素。高温是造成表面膜破坏的直接原因。     

电流密度对ZA43微弧氧化膜层摩擦性能的影响

利用微孤氧化技术在ZA43合金表面原位生成了陶瓷层,通过SEM、XRD和摩擦磨损试验机分析了不同电流密度处理膜层的表面形貌、相组成以及磨损试验后的摩擦学行为和磨痕形貌.结果表明,陶瓷层主要由α-Al2O3和γ-Al2O3相组成;在干摩擦条件下,陶瓷层摩擦系数随电流密度的增加逐渐增大,表明陶瓷层耐磨性随电流密度的增加而降低;电流密度一定时,摩擦系数随载荷的提升而增大.磨损机制以磨粒磨损为主.     

电泳沉积法制备氧化石墨烯膜的微动电接触性能

目的 研究氧化石墨烯膜在不同表面粗糙度条件下的微动电接触性能.方法 采用金属铜为基底,使用不同粒度的砂纸进行处理,制备不同表面粗糙度的试样.通过电泳沉积法在不同粗糙度的铜表面制备氧化石墨烯膜.通过微动电接触试验装置,研究氧化石墨烯膜在不同表面粗糙度条件下的微动电接触性能.采用拉曼光谱仪分析氧化石墨烯膜的沉积情况.使用白光干涉仪、扫描电镜及能谱仪对磨痕形貌、磨损体积和成分进行分析.结合摩擦因数及接触电阻,分析氧化石墨烯膜在微动磨损下的电接触性能.结果 表面粗糙度为1.51、1.27μm时,氧化石墨烯膜的D峰和G峰强度高于其他试样.在室温条件下,接触电阻最低可降至10 m?,且更加稳定.与未处理试样相比,摩擦因数减少的最大幅度为50％,从0.46减少至0.23(Ra=0.88μm);磨损体积减少的最大幅度为90％,从6.28×105μm3减少至6.40×104μm3(Ra=1.27μm).在100℃时,接触电阻基本不超过200 m?,摩擦因数增加至0.51及以上,磨损体积增加至1.45×105μm3及以上.表面粗糙度为1.51、1.27μm的试样磨损体积明显低于其他两个表面粗糙度的试样.在200℃时,接触电阻最终超过了400 m?,摩擦因数不低于0.49,磨损体积增加至4.05×105μm3及以上.结论 氧化石墨烯膜在表面粗糙度为1.51、1.27μm时的沉积效果较好.氧化石墨烯膜能显著降低接触电阻、摩擦因数和磨损体积.高温下,接触电阻和摩擦因数上升,磨损加剧.     

化学镀法在ZrCo合金表面制备Pd膜及Pd-Ag合金膜包层研究

采用化学镀方法在氚处理材料ZrCo合金的表面沉积Pd膜或Pd-Ag合金膜包层,膜的特性通过XRD、SEM技术进行表征,并研究了Pd和Pd-Ag膜对ZrCo合金抗中毒性能的影响.研究表明,ZrCo合金颗粒表面可以沉积一层非常致密均匀的Pd膜薄层,但是由于Pd和Ag颗粒总体沉积电位的差异,导致Pd-Ag层的沉积不十分致密,...     

聚酰胺酰亚胺涂层添加润滑剂对其摩擦性能的影响

目的研究固体润滑剂对聚酰胺酰亚胺(PAI)涂层摩擦磨损性能的影响。方法由偏苯三酸酐(TMA)和4,4-二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)合成并添加二硫化钼、二硫化钨、石墨制备自润滑PAI涂层,并对其用HSR-2M型高速往复摩擦试验机进行磨损实验。结合ATR-FTIR、TA-TG热重、磨痕形貌等表征手段,对自润滑PAI涂层摩擦性能进行表征,探究了固体润滑剂的种类与含量对聚酰胺酰亚胺涂层摩擦性能的影响。结果载荷与PAI涂层的摩擦系数呈反比例关系,当Mo S2含量达到30%时,PAI涂层的摩擦系数降至0.1744。添加固体润滑剂后,PAI涂层的摩擦系数减小,磨痕宽度变窄,磨痕变浅,表面粗糙度相对较低。结论具备最佳摩擦性能的涂层添加了30%Mo S2,添加10%石墨的涂层次之,添加10%WS2的涂层较好。添加固体润滑剂可明显提高PAI涂层的摩擦磨损性能,增加其使用时长。     

固体润滑剂WS2对铝合金微弧氧化陶瓷膜摩擦学性能的影响

目的 改善微弧氧化陶瓷膜层的摩擦学性能。方法 采用微弧氧化技术和抛磨技术相结合的方法在ZL109合金表面制备微弧氧化陶瓷和固体润滑剂复合膜层。利用粗糙度仪检测试样表面粗糙度,并在球盘往复式摩擦磨损试验机下检测复合膜层的摩擦学性能。使用扫描电镜（SEM）分析试验前后试样表面微观形貌及对磨钢球磨斑形貌,并利用能谱分析仪（EDS）对试样膜层化学成分进行分析。结果 在抛磨纳米WS2粉体过程中,WS2可有效填充陶瓷膜疏松层上的放电微孔以及经抛光的陶瓷膜层表面残留的微孔缺陷,并极大地降低试样表面粗糙度,进而影响实验前期的摩擦系数及抗粘着时间。试样MAO-W比试样MAO粗糙度降低约34.2%,摩擦系数降低79.2%,抗粘着时间增加900%。试样P-MAO-W比试样P-MAO粗糙度降低约41.3%,摩擦系数降低93.6%,抗粘着时间增加233%。另外,制备的试样可以有效减轻对磨钢球的磨损,并且试样的磨痕宽度及对磨钢球的磨斑直径变化规律与摩擦过程中的摩擦系数变化及粗糙度变化趋势相吻合。结论 在铝合金微弧氧化陶瓷膜层表面抛磨纳米WS2自润滑粉体可有效降低摩擦,延长抗粘着时间并减轻对磨件的磨损。     

离子液体润滑下非晶碳膜的载流摩擦磨损行为

目的考察非晶碳膜(amorphous carbon film,a-C)在干摩擦和在离子液体(IL)润滑下的载流摩擦磨损行为特点。方法选取不锈钢、涂覆离子液体的不锈钢、a-C薄膜和涂覆离子液体的a-C薄膜(a-C-IL)分别与不锈钢小球对磨,在直流电流为0.2 A的条件下进行摩擦磨损测试,对比了各种试样的摩擦学行为。通过扫描电镜、表面三维轮廓仪和拉曼光谱对磨痕和磨斑进行分析表征,并讨论各种摩擦副的磨损机制。结果非晶碳膜与离子液体均能有效地降低钢-钢摩擦副在载流条件下的摩擦系数,使得稳定摩擦系数从～0.8分别降低到～0.2和～0.15。当a-C膜与IL进行复合后,进一步降低了a-C膜的载流摩擦系数(～0.1),但是a-C膜的耐磨性能降低。结论在载流摩擦磨损测试下,钢-钢摩擦副的摩擦系数大,磨损严重,伴随轻微的粘着磨损;离子液体可以明显减小摩擦副之间的粘着,降低钢-钢摩擦副的摩擦系数和磨损率。在钢基底上镀a-C薄膜,摩擦过程中a-C磨屑形成的转移膜发生了石墨化,能显著降低摩擦系数,减小磨损率。a-C-IL固液复合薄膜具有比a-C膜更低的载流摩擦系数,但其耐磨性能不如a-C膜。     

热处理对TA15钛合金摩擦磨损性能的影响

研究了热处理温度(820、900、980和1030℃)对TA15钛合金微观组织及摩擦磨损性能的影响。利用光学显微镜观察合金在不同温度下的微观组织,显微维氏硬度计测定合金的表面硬度,并采用HT-500型摩擦磨损试验机检测合金的摩擦磨损性能,利用SEM、EDS、XRD分析磨痕的微观组织、化学成分及相组成。结果表明,随着温度的升高,等轴初生α相不断减少,亚稳定β相不断分解,形成针片状(α+β)相;显微硬度由300 HV0.1提高到550 HV0.1;室温摩擦系数由0.42降低为0.2,比磨损率也大大降低。     

Ni-P/Ti/DLC多层膜的摩擦磨损性能

目的研究摩擦速度、载荷及加热温度对Ni-P/Ti/DLC多层膜摩擦磨损性能的影响。方法用化学镀镍磷工艺在模具钢基体表面镀上Ni-P层作切削层,采用过滤阴极真空电弧(FCVA)技术分别沉积Ti过渡层和DLC保护层。通过摩擦磨损实验,评价该多层膜的摩擦磨损性能。利用纳米压痕测试和拉曼光谱检测,研究该多层膜在不同加热温度下的硬度、弹性模量和结构成分。利用扫描电镜及表面轮廓仪分别对该多层膜的磨痕形貌和横截面轮廓进行分析。结果随着摩擦速度的增大,Ni-P/Ti/DLC多层膜的摩擦系数呈下降趋势,磨损率和磨损体积呈先减后增的趋势。不同载荷下的摩擦系数变化幅度较小,磨损率和磨损体积随着载荷的增大呈增加的趋势。随着加热温度的升高,摩擦系数呈下降趋势,磨损率和磨损体积呈先增后减的趋势。此外,随着加热温度的升高,多层膜表层DLC膜中石墨相逐渐增多,硬度和弹性模量随之呈先增后减的趋势。结论较高摩擦速度下,多层膜表层DLC膜石墨化趋势增强,摩擦系数变化幅度较大,且表面磨痕宽度和深度显著增加,磨损加剧。多层膜中软质的Ti金属层和硬质的DLC层,能有效提高多层膜在高载荷下的摩擦磨损性能。随着加热温度的升高,多层膜表层DLC膜中石墨相逐渐增多,摩擦过程更易生成转移膜。     

作氢分离膜用的钯—银和钯—钇合金的比较

与目前常用的Pd—Ag膜相比,研制过的一些Pd—y合金扩散膜不仅强度很高,其透气性也更好。作为温度和压力两者的函数,将这些合金的透气性与商用Pd—25%Ag合金的透气性作了比较。此外,还研究了表面氧化对膜活性的影响。