钛合金表面硅电极电火花强化及其耐磨性能

用硅电极分别在空气和硅油中对钛合金表面进行了电火花沉积强化改性。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、辉光放电光谱仪分析了改性层的形态、结构和成分分布,采用显微硬度计测试了改性层的硬度分布,通过电化学极化曲线和交流阻抗技术测试评价了改性层的耐蚀性,利用球-盘磨损试验机研究了改性层的耐空气环境磨损与耐NaCl水溶液腐蚀磨损性能。研究结果表明:硅电极在空气中电火花强化Ti6Al4V合金表面,形成约40μm厚合金化改性层,主要物相为Ti5Si3、TiSi2、Si和TiN,硬度达2180HK。硅电极在硅油介质中电火花强化Ti6Al4V合金表面,形成约40μm厚的合金化改性层,主要物相为Ti5Si3、TiSi2和TiC,硬度达1810HK。硅电极电火花强化改性层的组成和硬度沿层深均呈梯度变化。硅电极电火花强化改性层显著提高了钛合金基材的抗空气环境干磨损性能,显著提高了钛合金基材的耐NaCl水溶液腐蚀磨损性能。     

钛合金航空花键副表面改性的微动摩擦性能测试研究

针对钛合金航空花键副表面耐磨性能不足及微动磨损问题,开展了四种花键表面改性/镀层的摩擦性能测试及分析研究工作,测试了四种花键表面改性/镀层的摩擦系数范围及其随载荷的变化趋势,验证分析了载荷、微动频率、行程、润滑及温度等条件对四种花键表面改性/镀层摩擦性能的影响规律,对于钛合金航空花键副表面改性/镀层的选择和应用具有一定的指导意义。     

钛合金表面的热氧化层工艺及性能

用热氧化后真空扩散处理工艺在Ti-6Al-4V合金表面制备了与基体结合良好的硬化层,并在空气和真空条件下分别进行了摩擦磨损试验。结果表明,硬化层由表面氧化物薄层和氧扩散区组成。经790℃真空扩散后,表面氧化层中的部分TiO2发生了分解,在表面与基体之间沿层深方向产生了一定的硬度梯度。热氧化后进行真空扩散的工艺可有效地降低Ti-6Al-4V合金与GCr15钢在空气和真空中的干摩擦系数,提高Ti～6Al-4V合金在空气和真空中的磨损抗力。     

混粉电火花加工Ti-6Al-4V钛合金表面强化研究

以石墨为工具电极,在精密电火花成型机床上进行混粉电火花加工,对Ti-6Al-4V钛合金表面进行强化处理。利用TR200手持式粗糙度仪对传统电火花加工和混粉电火花加工的表面进行粗糙度的测量,并利用SEM、XRD等研究混粉电火花加工参数对加工表面层的影响。在MMU-10G型摩擦磨损试验机上对基体表面、普通电火花加工工件及磁力搅拌混粉电火花加工工件表面进行摩擦磨损试验。磁力搅拌混粉电火花加工使得工件表面的粗糙度降低且随着峰值电流和脉冲宽度的增大而增大,提高了工件表面质量。随着峰值电流和脉冲宽度的增大强化层越均匀、致密性越好且强化层越厚。工件表面还生成了TiC硬质合金相使工件表面耐磨性得到提高,工件表面性能显著改善。混粉电火花加工后工件表面得到强化。     

钛合金的表面渗碳工艺及其耐磨性能

利用真空加热技术对Ti6Al4V合金表面进行渗碳处理;用X射线衍射仪分析了表面渗碳层的成分;用多功能微观摩擦试验机考察渗碳层的耐磨性能;用扫描电子显微镜观察了磨损表面形貌.结果表明:真空渗碳处理后在合金表面形成了TiC;真空气体渗碳后钛合金渗碳层硬度最高可达876 HV;渗碳后试样的耐磨性能有了显著的提高;在血浆润滑条件下,钛合金以塑性变形和犁沟磨损为主.     

钛合金微弧氧化层的摩擦学性能研究

利用微弧氧化技术在Ti6Al4V合金表面制备了富含钙、磷的多孔氧化陶瓷层,研究了微弧氧化层表面形貌、组成及摩擦学性能。研究结果表明,随着电压的升高,氧化层表面微孔孔径、粗糙度和Ca、P元素含量增大,显微硬度增大。25%小牛血清润滑条件下的微弧氧化层与ZrO2陶瓷球的摩擦学实验表明,微弧氧化层的摩擦因数高于Ti6Al4V钛合金,但磨损率明显降低,表明微弧氧化Ti6Al4V合金具有良好的耐磨性能。     

摩擦表面形貌表征的研究现状与发展趋势

摩擦表面形貌反映材料的磨损状态,对材料表面摩擦形貌的分析是研究其磨损失效形式的一种重要方法。介绍国内外关于表征摩擦形貌主要方法的研究现状,分析各种方法的优点及局限性,并提出摩擦表面形貌表征方法的可能发展趋势。分形和小波变换应用于摩擦表面形貌的表征具有一定的优点,但对于摩擦过程中摩擦表面形貌与材料磨损状态的动态表征具有较大的局限性。因此,需要开发一种能及时准确地反映材料摩擦状态的摩擦表面形貌表征方法。     

钛合金表面的热氧化/真空扩散处理工艺

采用热氧化后真空扩散处理工艺。在Ti6A14V合金表面制备了与基体结合良好的硬化层，并在空气和真空条件下分别进行了摩擦磨损试验。结果表明，硬化层由表面氧化物薄层和氧扩散区组成，经810℃真空扩散后，在表面硬化层有Ti3Al相形成，使沿层深方向的硬度下降趋势变缓。热氧化/真空扩散处理可有效地降低在空气和真空中的Ti6A14V合金与GCr15钢的干摩擦系数。提高Ti6A14V合金在空气和真空中的耐磨性。     

TC11钛合金表面渗锆层组织及其摩擦学性能

为提高TC11钛合金的摩擦磨损性能,对合金表面进行双层辉光等离子渗锆处理,对渗锆层进行了物相分析、组织观察和微区成分分析,并在不同温度下进行了摩擦磨损试验。结果表明：TC11钛合金表面获得了组织致密、厚度为25μm、主要由α-Ti相组成的渗层,锆元素主要固溶在α-Ti相中;在室温和450℃时,渗锆层的摩擦因数均远小于T...     

激光强化参数对40Cr钢表面组织及摩擦性能影响的研究

采用CO2横流式激光器对40Cr材料进行表面强化处理研究;使用S-360型扫描电镜观察激光硬化区金相组织及成分并观察金属表面磨损形貌;采用CHX-1超显微硬度计测量激光强化区断面的显微硬度;然后在MPX-2000盘销式摩擦磨损实验机上进行干摩擦和油润滑实验。结果表明:激光参数对表面硬度和硬化层深度有很大影响,较大的功率可使奥氏体转变充分而获得更多的马氏体,激光扫描速度越快,功率越大,显微硬度越高,硬化层越深;少量针状马氏体组织化引起表层强化,经激光硬化的表面其耐磨性可大大提高;40Cr在干摩擦条件下的平均磨损量是润滑时的5倍,40Cr和20MnSiV的磨损主要以磨粒磨损为主,同时也有粘着磨损。     

钛合金与陶瓷配副干滑动摩擦磨损性能研究

采用摩擦磨损试验机、超景深显微镜和激光共聚焦显微镜,考察不同载荷和速度下不同硬度钛合金盘与陶瓷球配副的摩擦因数、磨损体积和表面形貌,并探讨其磨损机制。通过极差与方差分析发现:摩擦速度对摩擦因数的影响最大,载荷的影响次之,钛合金基体硬度的影响最小;当载荷为2 N,速度为300 r/min,硬度为HV480时,摩擦因数最小。基于正交试验的最优结果,开展控制变量试验,试验结果表明:载荷小于2 N时,钛合金以磨粒磨损为主,载荷为4 N时,钛合金的磨损形式为磨粒磨损和氧化磨损,载荷为6 N时,钛合金的磨损形式为剥层磨损并伴有严重的氧化现象;摩擦速度50 r/min时,钛合金以磨粒磨损为主,摩擦速度小于100 r/min时,钛合金以磨粒磨损为主,摩擦速度为250 r/min时,钛合金的磨损形式以剥层磨损为主。钛合金的磨损模式在载荷小于2 N时以磨粒磨损为主,在载荷为4N时为磨粒磨损和氧化磨损,在载荷为6 N时为剥层磨损并伴有严重的氧化现象。     

Effect of surface treatment by ceramic conversion on the fretting behavior of NiTi shape memory alloy

Three types of surface-treated NiTi samples, M-1 (700 °C/0.5 h), M-2 (650 °C/1 h) and M-3 (400 °C/50 h), were prepared by ceramic conversion treatment under different conditions. The effect of the surface treatment on the fretting behavior of NiTi alloy was investigated in the Ringer’s solution by using a horizontal servo-hydraulic fretting apparatus. The experimental results indicated that the surface layer of the low temperature (400 °C) treated samples M-3 was dominated by a single TiO₂ layer, while the high temperature (650 and 700 °C) treated samples M-1 and M-2 consisted of surface TiO₂ layer followed by a TiNi₃ layer. These surface layers were found to have a strong effect on the fretting behavior of the NiTi alloy in terms of changes in the shape of the curves of the tangential force (F _t) versus displacement (d), the fretting regimes and the damage mechanisms involved. The stress-induced reorientation of martensite bands in the NiTi alloy could decrease the slope of the F _t–d curve and thus increase the elastic accommodation ability of the NiTi plate against 1Cr13 steel ball pair. However, since the surface-treated layers could suppress the martensite reorientation in the NiTi substrate and thus decrease the elastic accommodation ability of NiTi, the gross slip started at a smaller displacement amplitude for the surface-treated NiTi samples than for the untreated one. The main wear mechanism of the as-received NiTi alloy in slip regime was adhesion and delamination, while the major damage to the high temperature treated NiTi samples M-1 and M-2 was determined as the spallation of surface-treated layers. Due to the high bonding strength of the surface-treated layer with NiTi substrate, the low temperature treated NiTi samples M-3 showed the best fretting wear resistance in all samples tested.     

铜镍锡合金干滑动磨损行为研究*

大型装备上的铜镍锡合金工件常常工作在润滑不足或者无润滑的工况条件下,因此有必要研究铜镍锡材料在干摩擦下的性能。采用CEF-I型销-盘式磨损试验机对铜镍锡合金在不同载荷与转速条件下进行干滑动摩擦磨损试验,采用扫面电子显微镜、能谱仪和轮廓检测仪对磨损表面进行检测,研究铜镍锡合金的干滑动磨损行为,并探讨其磨损机制。结果表明：在转速一定时,平均摩擦因数随载荷增大总体呈波动下降趋势,铜镍锡合金试件磨损量先缓慢增加,在较高载荷下快速增加;在载荷一定时,平均摩擦因数随转速增大先增大后减小,铜镍锡合金试件磨损量总体呈先减小后增大趋势;随着载荷的增大,铜镍锡合金的磨损机制由轻微黏着和剥层磨损到明显的黏着和剥层磨损,再到严重的黏着和疲劳磨损,随着转速的增大,铜镍锡合金的磨损机制由磨粒磨损转变为黏着磨损再到剥层磨损。在较低载荷下,随着转速的增大,铜镍锡合金摩擦磨损性能保持很好的稳定性,因此铜镍锡合金适用在高转速较低载荷的干摩擦工况下。     

含h-BN 的钛合金激光熔覆自润滑耐磨涂层的摩擦学行为

为提高Ti6Al4V合金的摩擦学性能,采用激光熔覆技术在钛合金表面制备以TiC、TiB2、CrB等为增强相、γ-Ni基固溶体为增韧相、h-BN为固体润滑相的自润滑耐磨复合涂层;分别在不同载荷下测试复合涂层和Ti6Al4V合金基体的干滑动磨损性能。结果表明,该复合涂层的摩擦因数及磨损率随着载荷的增大呈现先减小后略增大的趋势,并且摩擦因数和磨损率均比Ti6Al4V合金基体显著降低;在中等载荷下,复合涂层中的润滑颗粒被挤出磨损表面形成润滑膜,因而具有较好的自润滑耐磨性能,磨损后表面光滑平整。     

钛合金微弧氧化羟基磷灰石生物活性涂层的摩擦磨损性能研究

采用微弧氧化技术,在钛合金表面原位合成含有羟基磷灰石的生物活性陶瓷涂层,研究了陶瓷涂层的摩擦磨损性能,得出了不同磨损时间和不同微弧氧化电流密度对陶瓷涂层耐磨性的影响规律。结果表明,含有羟基磷灰石的陶瓷涂层,其摩擦因数随摩擦磨损时间的增加而先增大后减小,其耐磨性随微弧氧化电流密度的增加而先减小后增大。     

WC-10Co-MoS2@Ni自润滑硬质合金与钛合金的摩擦学性能研究

为探究WC-10Co-MoS2@Ni自润滑硬质合金与TC4钛合金的摩擦学性能,通过热压烧结制备不同含量MoS2@Ni的硬质合金试样,采用扫描电子显微镜、三维轮廓仪、维氏硬度计等分析自润滑硬质合金的组织结构和力学性能,利用往复式摩擦试验机研究干摩擦、切削液环境和深冷环境下硬质合金与钛合金的摩擦学性能。结果表明：随着硬质合金中MoS2@Ni含量的增加,表面孔隙减少,力学性能缓慢下降;在干摩擦、切削液环境和深冷环境下,摩擦因数均随MoS2@Ni含量的增加而降低;钛合金和硬质合金在干摩擦时由于钛合金的黏附,阻碍了MoS2发挥润滑作用,磨损形式以黏着和氧化为主;在切削液环境中磨损形式以磨粒磨损和黏着磨损为主,而在深冷环境下减少了氧化和黏着,其磨损形式主要为磨粒磨损,并伴有分层磨损现象。     

SLM成形表面织构对TC4钛合金干摩擦磨损性能的影响

基于一步法思路,采用金属3D打印机基于激光选区熔化（SLM）技术制备表面带有凹坑织构的TC4钛合金试样,采用光学相机、超景深显微镜和扫描电镜观察织构成形情况,利用激光共聚焦位移测试仪和显微维氏硬度计分别测试表面粗糙度和表面硬度,在干摩擦条件下采用摩擦磨损试验仪考察不同载荷下织构密度对TC4钛合金试样摩擦学性能的影响,并使用扫描电镜对摩擦实验前后的表面形貌进行分析。研究结果表明：一步法SLM成形能够在TC4钛合金表面获得成形良好的直径500 μm的织构;随着织构密度的提高,钛合金试样表面粗糙度增大,表面硬度有所降低;干摩擦条件下,提高TC4钛合金试样织构密度有利于磨屑的收集从而减少试样的三体磨损,提高载荷有利于改善摩擦副接触状态;5 N载荷下40%织构密度试样的平均摩擦因数和磨痕宽度均最小,与无织构试样相比,平均摩擦因数和磨痕宽度分别降低12%和16%;40%织构密度下,载荷提高会引起摩擦因数的降低和磨损量增大,磨损表面犁沟和片状剥落增多。在干摩擦条件下,3D打印一步法制备的表面织构可以显著改善TC4钛合金的磨粒磨损和黏着磨损。     

机械合金化FeS/Cu复合材料的摩擦磨损性能

以FeS和CuSn8Ni1粉末为原料,利用机械合金化技术和粉末冶金技术制备了FeS/Cu复合材料,探讨了不同载荷情况下所制备的FeS/Cu复合材料的摩擦学性能及润滑膜与转移膜特征。结果表明：机械合金化提高了FeS与铜合金基体界面结合性能,进而提高了材料减摩耐磨性能;当载荷较小时,摩擦副表面接触不稳定,复合转移膜不连续,摩擦因数波动大;载荷较大时,复合转移膜易破损,材料的减摩耐磨性能变差;当载荷为150 N时,载荷适宜,材料表面软化,复合转移膜更加完整,摩擦因数较小。     

Friction and Wear of Epoxy Composites Containing Surface Modified SiC Nanoparticles

The authors of the present paper evaluated the sliding wear behaviors of epoxy and its composites filled with untreated and treated SiC nanoparticles. The experimental results indicate that the nanoparticles pretreated by graft polymerization of polyacrylamide effectively improved the overall performance of the matrix epoxy. In comparison with the untreated SiC nanoparticles, the grafted SiC nanoparticles led to more significant reduction in frictional coefficient and wear rate of epoxy. Even under high contact pressure, the composites with grafted SiC nanoparticles possessed the highest wear resistance. The strong interfacial bonding between the grafted SiC nanoparticles and the matrix should account for the properties enhancement. Accordingly, a feasible way of efficiently applying SiC nanoparticles to the preparation of wear resisting nanocomposites has been developed.