直管磁过滤弧离子镀Cr+CrN复合涂层提高304不锈钢耐磨损特性研究

采用直管磁过滤弧离子镀在304不锈钢表面沉积Cr+CrN复合涂层,分别运用XRD、光学显微镜、显微硬度计、摩擦磨损仪测试分析了其组成结构及表面机械性能。结果表明:直管磁过滤弧离子镀Cr+CrN复合涂层呈现出致密、均匀的表面形貌,且具有高硬度、低摩擦系数等优异的表面机械性能,显著提高了304不锈钢表面的耐摩擦磨损特性。     

活塞环表面CrN基复合膜的组织结构与摩擦副匹配机理研究

为降低活塞环与缸套摩擦副的磨损及延长活塞环的使用寿命,本文采用多弧离子镀在活塞环表面制备了CrN及CrTiAlN复合膜,比较研究了Cr电镀层与CrN,CrTiAlN复合膜的纳米硬度及高温摩擦磨损性能,采用X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱仪、纳米硬度仪和发动机台架试验装置,系统分析了CrTiAlN复合膜的成分、相结构、表面形貌、纳米硬度和抗高温摩擦磨损性能,研究结果表明:CrTiAlN复合膜的主要组成成分为Cr,Ti,Al,N,复合膜中含有CrN,Cr2N,TiN和非晶的AlN相。CrTiAlN复合膜表面组织致密,均匀分布着许多颗粒,最大的达400 nm以上,而最小的仅几十纳米。断面结构为纤维状的柱状晶组织。CrN,CrTiAlN复合膜比电镀Cr具有较优的力学性能和高温摩擦磨损性能,与缸套匹配性能良好,最后对三种活塞环涂层的摩擦副匹配机理进行了分析讨论。     

碳含量对CrN:a-C多相复合涂层摩擦学性能的影响

分别以Cr靶、N₂与C₂H₂作为Cr源、氮源与碳源,采用多弧离子镀技术制备CrN:a-C多相复合涂层,通过调节C₂H₂的流量改变涂层中碳的含量,使用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、场发射扫描电镜热场(FE-SEM)、多功能摩擦磨损试验机等手段研究了碳含量对其组成结构、机械性能以及摩擦学性能的影响。结果表明：随着涂层内碳含量的提高涂层非晶碳的结构特征逐渐明显和涂层致密性降低,使机械性能降低但是其结合力和硬度仍然比较高。在干摩擦和5W-30润滑油环境中涂层均呈现出较好的低摩擦与低磨损特性。碳含量和摩擦产物的影响,使摩擦系数和磨损率在两种环境中均先提高后降低。在C₂H₂流量为120 sccm的条件下在干摩擦和润滑油环境中涂层的摩擦系数分别为0.33和0.12,磨损率分别为1.3×10^-5 mm³/(N·m)和7.4×10^-6 mm³/(N...     

Inconel 718合金表面纳米多层CrAlN/CrN涂层的制备及高温摩擦学性能研究

为提高Inconel 718合金的表面硬度和高温摩擦磨损性能,采用多弧离子镀技术在其表面制备CrAlN/CrN涂层。使用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、纳米压痕仪和划痕仪等对涂层的微观结构、力学性能进行分析表征。使用UMT摩擦磨损试验机测试涂层在室温、350℃和650℃下的摩擦性能,并对磨痕的形貌特征、元素分布和物相进行分析,分析涂层在不同温度下的摩擦磨损机制。结果表明：纳米多层CrAlN/CrN涂层微观结构致密,主要由fcc-CrN相组成,择优取向为(200)晶面;CrAlN/CrN涂层在Inconel 718合金表面具有良好的力学性能,其硬度和结合力分别为(29.3±1.2) GPa和70.4 N;涂层在室温和350℃下具有优异的耐磨性,磨损率分别低至1.5×10^-6 mm³/(N·m)和1.7×10^-6 mm³/(N·m),主导的磨损机制分别为磨粒磨损和疲劳磨损;650℃时涂层达到最低摩擦系数(0.33),但磨损率有所升高,主要表现为磨粒磨损。     

CrN和CrNiN涂层在模拟质子交换膜燃料电池环境中的电化学性能及疏水性能EI北大核心CSCD

用闭合场非平衡磁控溅射离子镀在304不锈钢表面沉积CrN和CrNiN涂层。采用X射线衍射和场发射扫描电镜表征涂层的结构和形貌。采用电化学测试、界面接触电阻测试以及疏水性测试等方法,研究两种不同涂层在模拟质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)环境下的电化学腐蚀性能、界面接触电阻以及疏水性能。结果表明:CrN涂层主要包含CrN和Cr2N相,CrNiN涂层中CrN和Cr2N相较少,Ni在CrNiN涂层中以单质形式存在;动态极化测试表明涂层的耐蚀性能较好,其中CrNiN涂层的耐蚀性能较CrN涂层差,恒电位极化测试表明CrN和CrNiN涂层的电流密度相当;CrN和CrNiN涂层都显著降低了304不锈钢的界面接触电阻,其中CrN涂层的接触电阻最小;CrNiN涂层疏水性能优于CrN涂层,更有利于质子交换膜燃料电池中的水管理。     

层厚比对磁控溅射Cr/CrN多层涂层组织和性能的影响

在超高真空磁控溅射仪上,制备了一系列具有相同调制周期不同层厚比的Cr/CrN涂层。用X射线衍射仪分析了涂层的相组成,通过扫描电镜观察了涂层形貌,采用显微硬度计测试了涂层硬度,在划痕仪上确定涂层和基体间的结合力,并利用磨损仪测量涂层的摩擦磨损性能。结果表明:调制周期为400nm时,当层厚比由2.0减小到0.2,Cr/CrN多层涂层始终由Cr和CrN两相组成,涂层择优取向为CrN(200),且涂层变得愈加致密,硬度从1550HV增大到2300HV,磨损率从2.4×10-8 mm3·N-1·m-1减小为0.6×10-8 mm3·N-1·m-1,涂层和基体结合性能优良。     

Ni-P-金刚石/TiAlN双层涂层的耐磨性能研究

采用化学复合镀和多弧离子镀的方法,在304不锈钢基材表面制备Ni-P-金刚石/TiAlN双层涂层,采用SEM、磨损试验机、电子天平、光学显微镜研究涂层的摩擦磨损性能,并与相同条件下制备的Ni-P、Ni-P-金刚石、TiAlN涂层进行对比。结果表明,Ni-P-金刚石/TiAlN双层涂层的摩擦系数比Ni-P-金刚石涂层略高,但明显低于Ni-P涂层和TiAlN涂层,摩擦副的质量损失最大,具有最好的抗磨损性能。     

N_2∶O_2流量比对多弧离子镀Cr-O-N复合涂层结构及性能的影响

目前,关于N_2∶O_2流量比如何影响Cr-O-N涂层结构和性能的报道较少。采用多弧离子镀技术在硅片(100)和硬质合金基底上沉积了一系列不同N_2∶O_2流量比的Cr-O-N复合涂层;采用X射线衍射仪分析涂层晶体结构;采用共聚焦显微拉曼光谱仪分析薄膜氧化物相结构;采用扫描电镜观察涂层形貌,并通过能谱仪分析其成分;利用原子力显微镜观察涂层表面三维形貌;采用显微硬度仪测量涂层硬度;通过球-盘摩擦磨损仪测量涂层摩擦磨损性能,系统地研究了O_2流量占比对复合涂层结构和性能的影响。结果表明:Cr-O-N复合涂层由CrN和Cr_2O_3复合相组成;随着沉积过程中O_2流量占比的增加,涂层中N和Cr的含量呈下降趋势,而Cr_2O_3含量逐渐增加;随着O_2流量占比的增加,涂层表面形貌发生变化,涂层表面粗糙度在氧气占比为0.34时达到最大值85.86 nm,此时涂层具有最低的摩擦系数0.48;Cr-O-N涂层的硬度高于CrN和Cr_2O_3涂层,摩擦系数比CrN涂层高,但低于Cr_2O_3涂层。     

冷热复合处理对CrN涂层结构及力学性能的影响

为了改善CrN涂层的塑性变形能力，通过增强阴极弧磁控溅射技术在316L不锈钢上制备了CrN涂层。利用管式炉和液氮对CrN涂层分别进行冷处理、热处理以及冷热复合处理。通过X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)以及纳米压痕仪表征涂层在后处理前后的微观结构、形貌特征、残余应力及力学性能。结果表明：经过后处理的CrN涂层硬度均有小幅度降低，但其塑性变形能力均提高。其中，先热后冷复合处理几乎保持CrN涂层硬度不变(仅降低0.7%),同时提高了其塑性变形能力(提高3.1%),增强了其韧性。     

氮离子注入浓度对弹条钢基体Cr/CrSiN复合涂层的摩擦学性能影响研究

在轨道用扣件弹条钢(60Si2Cr)上注入不同浓度的氮离子,用电弧离子镀技术沉积了Cr过渡层,并在其上制备了CrSiN/Cr复合涂层。在UMT-3多功能摩擦磨损机上对复合层进行了法向载荷为20N的摩擦磨损实验,探讨了经不同氮离子注入浓度后Cr/CrSiN复合涂层摩擦磨损行为和损伤机理,研究发现,经氮离子注入后,复合涂层表面硬度明显的增加,随着离子注入浓度的升高涂层的耐磨性逐渐提高,其磨损机制主要为剥落和磨粒磨损。