SiC和聚四氟乙烯填充聚酰胺酰亚胺复合涂层的制备及摩擦磨损行为

以Q235钢为基体材料,采用室温空压喷涂的方法制备了纯聚酰胺酰亚胺(PAI)涂层及SiC和聚四氟乙烯(PTFE)填充的PAI复合涂层。采用MMW-1型万能摩擦磨损试验机对涂层进行了摩擦磨损试验,当SiC和PTFE的填充量分别为10%和0.8%时,PAI复合涂层摩擦学性能达到最优。对于纯PAI和PAI+10%SiC复合涂层,在40 N的载荷下,滑动速率的增加会导致摩擦系数的降低,但会降低其耐磨性。然而,在120 N的高载荷下,其在低中滑动速率下表现出最高的摩擦系数和磨损率。对于SiC+10%SiC+0.8%PTFE复合涂层,由于PTFE的加入,随着载荷的增大,摩擦系数逐渐减小,而磨损率先增大后基本保持不变;滑动速率的提高只会减小摩擦系数和磨损率。热重曲线表明,复合涂层的起始分解温度为410℃,而纯PAI涂层起始分解温度为350℃。磨损涂层的扫描电镜图像揭示了涂层的磨损机理,纯PAI涂层为磨粒磨损,SiC/PAI复合涂层是犁耕磨损,而SiC/PTFE/PAI复合涂层摩擦后只有轻微的塑性形变。     

爆炸喷涂AlCuFeSc准晶涂层的摩擦学性能研究

采用爆炸喷涂制备了AlCuFeSc准晶涂层,借助扫描电镜、X射线衍射对准晶涂层的微观及物相结构进行了表征,通过显微硬度计测试了准晶涂层的表面硬度,结果表明涂层与基体间结合良好,其中涂层主要由准晶相和β-AlFe组成,室温下涂层的表面硬度为569.4HV0.3,经退火处理后涂层硬度最高可达到658.33HV0.3。同时开展了在室温和700 ℃高温环境中,5、15、25 N不同载荷下AlCuFeSc准晶涂层的摩擦磨损性能研究,利用白光干涉仪对磨痕进行三维形貌观测并计算磨损的磨痕宽度、磨痕深度、体积损失,得出磨损率;采用SEM分析了不同实验条件下磨痕形貌的特征。结果表明,AlCuFeSc准晶涂层在不同温度及不同载荷下的耐磨系数在0.500~0.656之间(均低于基体),室温环境下准晶涂层的磨损机制随载荷增加从磨粒磨损为主转变为粘着磨损为主;高温环境下磨损机制则都以粘着磨损为主,准晶涂层对2A12基体具有良好的减摩耐磨功能。     

304不锈钢激光原位合成自润滑涂层的宽温域摩擦学性能

由于304不锈钢在中、高温下摩擦学性能较差,制约了其在重要摩擦运动副零部件上的应用。为改善304不锈钢的摩擦学性能,以Ni60粉末为增韧相,WS2为合成润滑相的前驱化合物,TiC为高硬度耐磨相,采用高能激光束在其表面原位合成自润滑耐磨复合涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机和探针式材料表面磨痕测量仪表征涂层和基体的物相、微观结构、显微硬度与表面形貌,并系统研究涂层和基体在20,300,600,800℃下的摩擦学性能及其磨损机理。结果表明:涂层主要由Cr0.19Fe0.7Ni0.11,Ti2SC,Fe2C,Cr7C3,CrS和WS2组成;涂层的平均显微硬度(302.0HV0.5)略高于基体(257.2HV0.5),但涂层上部区域的硬度(425.4HV0.5)约为基体的1.65倍;涂层在所有等温摩擦学实验中摩擦因数和磨损率均低于基体,300℃时涂层润滑效果最好,摩擦因数为0.3031,600℃时涂层耐磨效果最好,磨损率为9.699×10^-5 mm^3·N^-1·m^-1。     

短切碳纤维含量对Csf/SiC复合材料摩擦磨损性能的影响

采用热压烧结法制备短切碳纤维增强碳化硅(short carbon fiber reinforced SiC composite,Csf/SIC)复合材料.采用销一盘式摩擦磨损试验测试不同短切碳纤维(Csf)含量的复合材料的干摩擦磨损性能,借助扫描电镜观察其磨痕形貌,分析不同Csf体积分数对复合材料摩擦磨损性能的影响.研究表明:由于碳纤维在复合材料中具有增强基体和固体润滑的作用,以及其自身良好的热传导性和低摩擦系数,因此,Csf/SiC复合材料的摩擦系数随Csf体积分数增大而不断降低;当Csf含量在42 vol.%以内时,复合材料的磨损率比无纤维SiC材料有大幅度减少,并且随着Csf体积分数增大而降低;但当Csf含量达到53 vol.%时,由于Csf含量高,导致纤维和基体之间的结合强度有所降低,造成复合材料的磨损率急剧增大.在本文研究范围内,含30 vol.% Csf复合材料具有最佳的摩擦磨损性能.     

12Cr13钢表面双辉等离子沉积SiC涂层的形貌和耐磨性能

目前对不锈钢表面SiC涂层的摩擦磨损性能与制备过程中H2流量的相关性研究较少.通过双辉等离子表面冶金技术在传动机械用12Cr13不锈钢基表面制备SiC涂层,利用表面形貌表征和摩擦磨损试验,分析了H2流量对SiC涂层的表面形貌和耐磨性能的影响.结果表明:SiC涂层的表面呈现出环状与片层状花纹及凹坑、颗粒等形貌,并且随着H2流量的增加,其表面形貌缺陷程度也不断增加,各衍射峰呈现明显的增强或者减弱趋势.12Cr13不锈钢基体磨损测试后表现出明显的磨粒磨损特点;随着H2流量的增加,涂层与接触副接触时容易发生脆性破裂,涂层磨损明显,H2流量达到20 mL/min时,磨痕表现为深犁沟形态,此时以黏着磨损机制为主.     

Ti6Al4V合金激光原位合成自润滑复合涂层高温摩擦学性能

为提高Ti6Al4V合金的高温摩擦学性能,采用激光熔覆技术在其表面原位合成多相混杂金属基高温自润滑耐磨复合涂层,熔覆粉末的成分为Ni60-16.8%TiC-23.2%WS_2(质量分数,下同),系统地研究复合涂层的显微组织、物相结构及其在20,300,600,800℃下的摩擦学性能和相关磨损机理。结果表明:复合涂层的显微硬度(701.88HV_0.5)约为基体(350 HV_0.5)的2倍;由于原位合成固体润滑相(Ti_2SC/TiS/NiS/TiO/TiO_2/NiCr_2O_4/Cr_2O_3)和硬质相(W,Ti)C_1-x/TiC/Cr_7C_3的协同作用,复合涂层的耐磨减摩性能明显优于基体。随着温度升高,涂层和基体的摩擦因数和磨损率均呈下降趋势,在800℃时复合涂层和基体的摩擦因数分别为0.32和0.43,磨损率分别为1.80×10^-4,2.92×10^-5mm/Nm。在800℃下塑性变形、分层和氧化磨损为基体主要磨损机理,复合涂层以氧化磨损和轻微的黏着磨损为主。     

Cr3C2-NiCr涂层对水力机械材料耐磨蚀性能影响研究

以水力机械材料中的A3钢为基体材料,选取UDS-200全自动爆炸喷涂系统为喷涂设备,通过不同喷涂功率在A3钢表面喷涂了5种不同孔隙率的Cr₃C₂-NiCr涂层样品。采用FE-SEM和显微硬度计,研究了Cr₃C₂-NiCr涂层样品的表面形貌和显微硬度;通过摩擦磨损试验和中性盐雾腐蚀试验,研究了Cr₃C₂-NiCr涂层样品对水力机械材料的耐磨性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明,实施摩擦磨损后,Cr₃C₂-NiCr涂层样品表面的磨痕部位比其余部位更为光滑,磨痕呈现清晰的条纹状;Cr₃C₂-NiCr涂层样品的摩擦系数呈现先升高后降低的趋势,升高和降低的波动幅度较小,摩擦系数基本稳定在0.6左右;Cr₃C₂-NiCr涂层属于脆性材料,其质量磨损率与摩擦角度和摩擦速度成正比,而与摩擦温度成反比,孔隙率越高耐磨性能越差;Cr₃C₂-NiCr涂层样品的孔隙率越高,耐腐蚀性能就越差;随着孔隙率的逐渐提升,Cr₃C₂-NiCr涂层样品的失重量和失重速率均不断提升;喷涂层数越多,则Cr₃C₂-NiCr涂层的腐蚀速率越低,耐腐蚀性能越好,能够更好地保护水力机械材料不被介质腐蚀。     

WC-Co涂层中Cu和MoS_2的添加对其高温摩擦性能的影响

采用大气等离子喷涂方法,制备出WC-Co基体中含有Cu和MoS2固体润滑剂的涂层。分别在200℃、400℃和600℃进行WC-Co-Cu-MoS2涂层和WC-Co涂层的高温摩擦实验,并用扫描电镜对涂层磨损表面进行微观形貌观察。结果表明,当温度为200℃时,在WC-Co-Cu-MoS2涂层磨损表面形成含有润滑剂的致密摩擦产物层,导致涂层的摩擦系数和磨损率均较低。但在400℃和600℃时,润滑剂MoS2由于氧化和挥发而损失,摩擦产物层中形成孔穴缺陷,并变得疏松,失去对涂层的保护作用,涂层摩擦过程趋于恶劣。WC-Co-Cu-MoS2涂层只有在相对较低的温度下(约200℃)才表现出比WC-Co涂层优异的摩擦磨损性能。     

WC-Al_2O_3复合材料摩擦磨损性能

在HT-1000型高温摩擦磨损实验仪上采用球面接触形式对WC-Al_2O_3复合材料进行滑动摩擦磨损实验,研究了WC-Al_2O_3复合材料从常温25℃到600℃温度条件下的摩擦磨损特性,并与WC-6Co进行对比。采用SEM、超景深显微镜及XRD对磨痕表面微观形貌及物相进行观察和分析。结果表明,在常温时,WC-Al_2O_3复合材料的摩擦系数较小,摩擦磨损性能较好。当温度升至600℃时,WC-Al_2O_3复合材料磨痕表面逐渐有氧化物生成,摩擦系数减小,磨损机制由低温下的磨粒磨损为主转化为氧化磨损,WC-Al_2O_3复合材料摩擦磨损性能较差。     

电力开关用钨材表面离子渗W-Ni-Al合金层的组织及性能

为了提高电力开关用钨材合金的耐摩擦和耐腐蚀性能,采用双辉渗方法在试样基体表面制备W-Ni-Al涂层,通过试验测试方式对比了各涂层结构下的钨表面性能差异性.结果 表明:在涂层内生成了具有致密结构的组织,几乎没有形成裂纹.提高渗金属的温度后,制备的涂层厚度持续增大.涂层中含有WNi2Al3、NiW22类组织.当表面被W-Ni-Al涂层覆盖后,硬度发生了显著提升;当载荷增大后,硬度也开始降低.W-Ni-Al涂层都获得了高于基体组织的摩擦系数.在1150℃下制备的涂层获得了最小的体积磨损率,只有基体的13.6％,表现出了优异的抗磨损性能.涂层组织发生了断裂,在磨痕表面形成了平行滑动方向的沟槽.与基体相比涂层腐蚀电位发生明显正移,腐蚀电流密度发生明显降低,涂层具备更优的耐蚀性能.     

双辉离子TiAl基合金表面Cr-Si共渗及改善其耐磨性能的研究

利用辉光离子渗金属技术,在TiAl基合金表面实现Cr-Si共渗。用SEM、EDS、XRD分别研究了由1号(880℃,2h,13mm)和2号(900℃,4h,18mm)工艺参数制备的合金层形貌、化学成分和相结构。结果表明,1号渗层厚度超过10μm,由外向内依次为Ti5Si3层、Al8Cr5和α2-Ti3Al层、合金过渡层,且与基体呈冶金结合;与之相比,2号渗层厚度仅为5~7μm,表面为富Cr沉积层。摩擦磨损实验结果表明,1号和2号渗层室温耐磨性较基体分别提高7.3倍和4倍,高温(500℃)耐磨性提高26.5倍和17.3倍。     

Al2O3对氩弧熔覆Fe-Si金属间化合物涂层组织及性能的影响

目前Fe-Si涂层的相关研究较少。为制备Fe-Si金属间化合物复合涂层并改善其力学性能,采用氮弧.熔覆原位合成的方法在Q235钢表面制备Fe-Si涂层和Fe-Si/Al2O3金属间化合物复合涂层,利用金相电子显微镜、X射线衍射仪(XRD)、冲蚀磨损试验机、高温氧化炉等设备对涂层的显微组织、耐冲蚀磨损性能和抗高温氧化性能进行测试与分析。结果表明:Fe-Si熔覆层由Fe3Si和FeSi相构成,添加A12O3后熔覆层除存在Fe3Si,FeSi外还有AI2O3相产生;Fe-Si/Al2O3熔覆层耐冲蚀磨损性优于Fe-Si熔覆层,最高为基体的4.65倍;熔覆层的耐高温氧化性能相对基体明显提高,在800℃下Fe-Si熔覆层和Fe-Si/Al2O3熔覆层相比于基体分别提高了5.50和5.83倍。     

温度对40Cr13钢等离子表面渗铌层组织的影响

为提高马氏体不锈钢的耐蚀和耐磨性能,选择40Cr13不锈钢为基材、纯铌板为靶材,采用双辉等离子表面冶金技术在不锈钢表面制备合金化层.用SEM、GDOES、XRD等方法分析渗铌温度对铌合金层组织、成分、相组成、表面形貌及硬度的影响,并对渗层形成机制及表面硬化机理进行了研究.结果表明:在900~1 000℃形成的铌合金层组织均匀致密,合金层主要由Nb2C、Nb C、Fe2Nb、Cr2Nb及铌组成;合金层表面粗糙度随渗铌温度的提高而增加;合金层厚度随渗铌温度改变发生不同变化规律,950℃渗铌形成的渗层约13μm,900和1 000℃渗铌后合金层厚度均为7μm左右;不同温度渗铌后试样的表面硬度与基体相比均有较大幅度的提高,1 000℃渗铌后试样表面硬度高达约985 HV0.025,900℃渗铌后约758 HV0.025,而950℃渗铌后表面硬度最低,约698 HV0.025.     

Effect of temperature and reactivity of molten 55Al–Zn alloy on Co based alloy coatings

Abstract

The short service life of bearings in galvanising industry is a result of a complex set of deterioration mechanisms. This work addressed the effect of temperature and molten bath reactivity on the material of the bearings respectively. Three commercial alloys, the Co–Cr–W Stellite 6 and Co–Cr–Mo–Si Tribaloy (T400 and T800) alloy systems, were deposited by plasma transferred arc on AISI 316L plates. Coatings were evaluated for the effect of temperature exposure on hardness, microstructure and sliding abrasive wear. The reactivity with the molten 55Al–Zn alloy was assessed by immersion tests in an industrial bath. Results showed that exposure at 600°C for 168 h resulted in an increase in hardness, microstructure changes and loss of wear resistance for the Stellite 6 coatings. A superior performance to temperature was shown by Tribaloy T800 with a stable abrasive wear resistance. The three alloys exhibited a strong reactivity with the 55Al–Zn molten bath. An intermetallic layer formed on the coatings as the Al from the bath reacted with elements from the Co based alloys. This reactivity consumed the coatings, causing a reduction on thickness particularly on those processed with the T800 alloy.     

TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2复合涂层微观结构及摩擦学性能的研究

采用磁控溅射技术在AISI-304不锈钢上制备了TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2复合涂层。采用电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、球盘摩擦磨损试验机、表面形貌仪等对涂层的表面形貌、显微组织、硬度和摩擦学性能进行了系统的研究。结果表明TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2复合涂层的硬度为27.56 GPa,相比于TiAlSiN涂层的硬度(29.1 GPa)有所下降,但是涂层的耐磨性能得到明显提高。在室温至600℃条件下TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2复合涂层的主要磨损机理为黏着磨损,200和400℃时的磨损率分别为0.0339×10^-3和0.1122×10^-3mm^3/(Nm),相较于TiAlSiN涂层分别降低了38%和57%,600℃时的磨损率接近TiAlSiN涂层。总体来说TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2复合涂层的性能高于单一的TiAlSiN涂层。     

热处理对Ni-P-A12O3化学复合镀层摩擦磨损性能的影响

热处理可显著提高镀层的硬度和耐磨性能。采用化学镀的方法在45钢表面制备了Ni-P-纳米A12O3复合镀层,并以不同温度对其热处理,研究了镀层热处理前后的物相、硬度和耐磨性能。结果表明：400℃热处理后,Ni-P-A12O3复合镀层达到稳态,稳定相是Ni＋Ni3P＋NiO＋A12O3;镀层的显微硬度随热处理温度的升高而先...     

Cr9Mo和Cr5Mo钢的等温氧化行为

对铸态和锻态的Ｃｒ９Ｍｏ和Ｃｒ５Ｍｏ钢分别在７００℃、８００℃和９００℃下进行了为时５００ｈ的氧化试验。结果表明，在７００℃、８００℃下Ｃｒ９Ｍｏ的抗氧化性能比Ｃｒ５Ｍｏ的优越得多，而在９００℃下则相差不多。两种钢的抗氧化性能的差别主要是其表面氧化物性质不同所致。铸态和锻态抗氧化性能的差别则是由于其合金元素分布的均匀度不同，致使氧化物结构有差异造成的。     

轧机机架衬板工作层材料热处理工艺研究

研究了热处理工艺对钢管连轧机架耐磨复合衬板工作层材料力学性能的影响。结果显示,硬度随淬火温度升高而升高,但高于900℃时,硬度反而下降;低于920℃时,冲击韧性变化不明显,高于920℃时,冲击韧性略有下降。随着回火温度升高,冲击韧性和断裂韧性提高,高于400℃时,伸长率和断面收缩率大幅度提高。但高于450℃时,硬度明显降低。耐磨性在350℃回火后达到最大值。耐磨复合衬板工作层材料的最优热处理工艺为900～920℃淬火+350～370℃回火。     

莫来石粉末化学镀镍和涂层的高温摩擦学性能

先进行正交试验优化镀液的工艺参数,然后用化学镀对莫来石粉末进行表面包覆并对包覆粉末进行850℃热处理,用等离子喷涂技术在304不锈钢表面分别制备莫来石涂层和包覆粉末涂层。用附带能谱的扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征了包覆粉末和涂层的微观结构,用HV-1000维氏显微硬度仪测试了涂层硬度,用HT-1000摩擦实验机测试了800℃时涂层的摩擦磨损性能。结果表明：镀液的优化工艺参数为：硫酸镍20 g/L,次磷酸钠30 g/L,柠檬酸钠20 g/L,氯化铵20 g/L,pH=5.5,水浴温度80℃,施镀时间1 h。在莫来石粉末表面包覆的Ni-P镀层均匀致密,热处理使包覆镀层由非晶态向晶态转变,生成了Ni和Ni3P相。莫来石涂层主要由莫来石相和γ-Al2O3相组成,包覆粉末涂层主要由Ni、AlNi3、Ni3P和莫来石相组成。在包覆粉末涂层中引入Ni-P镀层使涂层的硬度由417.5 HV0.2提高到500.1 HV0.2。包覆粉末涂层的耐磨性优于莫来石涂层,包覆粉末涂层的摩擦系数比莫来石涂层明显减小,包覆粉末涂层的磨损率为13×10^-4 mm³     

磁控溅射TiAlSiN膜的抗氧化性能

目前,针对TiAlN和TiAlSiN薄膜在800~1 000℃高温氧化时的硬度及抗氧化性能研究较少。利用磁控溅射技术,在高速钢W18Cr4V表面制备了TiAlN和TiAlSiN薄膜,当Al靶功率为100 W、Si靶溅射电流为0.20 A时,TiAlSiN薄膜硬度及弹性模量达到最大值,对此条件下的膜层进行了大气高温氧化试验。采用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等检测手段,研究了800,900,1 000℃下2种薄膜的抗氧化性。结果表明:经相同温度氧化处理后,TiAlSiN薄膜的表面粗糙度明显小于TiAlN薄膜的;在TiAlN中引入Si元素形成Si3N4包裹TiN纳米晶的复合结构,抑制了膜层中裂纹的形成,使TiAlSiN薄膜在相同氧化温度下的抗氧化性能比TiAlN薄膜更加优异。