TiN、AlN薄膜的摩擦磨损和抗高温氧化性能及机制

采用电弧离子镀工艺在1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢表面沉积TiN、AlN薄膜,通过扫描电镜、摩擦磨损试验和高温氧化试验等方法研究了薄膜的微观结构、化学成分与其摩擦性能和抗高温氧化性能之间的关系,同时探讨了薄膜的摩擦磨损机制和高温氧化机制.     

溅射功率对La-Ti/WS2 复合薄膜高温摩擦学行为的影响

高温条件下WS₂易于氧化生成WO3,导致WS₂固体润滑薄膜的摩擦学性能受到较大影响。为改善WS₂固体润滑薄膜在高温条件下的摩擦学性能,采用非平衡磁控溅射技术制备了共掺杂La-Ti/WS₂复合薄膜,研究了靶功率对磁控溅射La-Ti/WS₂复合薄膜结构和高温摩擦学性能的影响。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了薄膜微观形貌、成分、力学性能、微观结构。利用高温摩擦磨损试验机研究了复合薄膜的高温摩擦学性能。结果表明,高温环境下,靶功率为20W时La-Ti/WS₂复合薄膜表现出优异的摩擦学性能。此时,复合薄膜H/E值最大,摩擦系数最小,平均为0.012,磨损率最低为1.56×10^-8mm³/N·m,这主要归因于高温下摩擦界面产生的稀土氧化物,促使La-Ti/WS₂复合薄膜的摩擦磨损机制发生了改变,使得WS₂在高温受破坏的情...     

TiN基纳米复合超硬薄膜的摩擦磨损特性

分别用磁控溅射、脉冲直流和射频等离子体辅助化学气相沉积(PCVD)技术得到了TiN、TiSiN、TiBN及Ti-C-N纳米复合超硬薄膜。用球盘式摩擦磨损试验考察了各种薄膜的磨损特性。结果表明此类纳米复合超硬薄膜的抗磨损性能比单纯的TiN薄膜有显著提高,但复合薄膜的室温摩擦因数较高,高温下摩擦因数也仅有轻微降低,可能由于表层生成减摩氧化层所致。特别对于TiSiN薄膜,随薄膜中Si含量的上升,其耐磨损性能有所下降。     

几种氮化物薄膜与熔融玻璃之间的高温界面摩擦行为*

使用多弧离子镀设备制备了AlTiN,CrN,TiN,ZrN薄膜,在850℃条件下,利用自行研制的高温界面摩擦试验装置对上述薄膜与熔融玻璃之间的界面摩擦行为进行了试验研究.利用X射线衍射分析了上述4种薄膜在高温试验前后的物相结构变化.此外,在500℃条件下测量了4种材料与熔融玻璃的高温润湿行为.试验结果表明CrN,TiN,ZrN 3种薄膜材料具有良好的抗高温氧化性能,而AlTiN薄膜在高温下会逐渐氧化生成A12TiO5氧化膜,该氧化膜能够阻止氧化反应的继续进行,且A1TiN,CrN,TiN,ZrN 4种薄膜与熔融玻璃之间的接触角与界面摩擦存在对应关系.     

Graphit—ic与Dymon—ic薄膜的结构与性能研究

用全封闭非平衡磁控溅射技术制备Graphit—ic和Dymon—ic薄膜。利用SEM，AFM，TEM，XRD，纳米压痕仪，高温摩擦磨损试验机等研究了薄膜的微观结构、表面形貌、显微硬度以及摩擦磨损性能。结果表明：Graphit—ic薄膜和Dymon—ic薄膜均由非晶组织构成，薄膜均匀、致密，粗糙度小：Graphit—ic薄膜的显微硬度低于Dymon—ic薄膜；同时，在干摩擦条件下，Graphit—ic薄膜和Dymon—ic薄膜与GCr15钢球对磨时显示出良好的耐磨减摩性能，Graphit—ic薄膜的摩擦系数低于Dymon—ic薄膜，但其比磨损率却高于Dymon—ic薄膜。     

考虑摩擦升温的铁路列车制动摩擦块高温磨损机制演变∗

铁路列车制动摩擦块的高温磨损对列车制动安全影响显著,现有对于制动摩擦块高温磨损的研究一般通过环境温度控制来模拟制动界面高温条件,而在摩擦生热条件下对制动摩擦块高温磨损机理及演变规律的研究较少。在多模式制动性能试验台上进行摩擦拖曳制动试验,利用显微特征观测仪器、界面几何特征测量设备等,对制动摩擦块的高温磨损机理和演变进行分析探讨。结果表明,在摩擦生热条件下,当制动界面温度从室温上升至460℃时,摩擦块的主要磨损机制依次为磨粒磨损、氧化磨损和黏着磨损。当磨损机制以磨粒磨损为主时,摩擦块表面的缺陷数量多但尺寸小,摩擦因数与常温下接近;当氧化磨损占主导时,形成的氧化膜会提高耐磨性,摩擦块表面损伤较轻。此时,界面接触状态较好,摩擦因数较高,制动性能有所提高;当高温导致摩擦块材料发生软化和塑性流动时,摩擦块接触平台尺寸较大且极为平整,软化的材料充当润滑剂使摩擦因数下降、制动性能降低。同时,塑性流动会造成材料延展性能耗尽和表面材料撕裂,摩擦块表面严重的局部损伤导致接触界面状态较差,磨损机制以黏着磨损为主。在更接近于真实制动工况的条件下进行研究,揭示了摩擦升温过程中铁路列车制动摩擦块高温磨损机制的演变...     

一种新型热冲压模具钢的高温摩擦磨损性能

将开发的新型热冲压模具钢作为试验钢,常用的热作模具钢H13作为对照钢,采用Bruker UMT-3型高温摩擦磨损设备,同时对试验钢和H13钢分别在400、500、600和700℃进行高温摩擦磨损试验。针对摩擦因数和磨损率两方面的试验结果,从微观角度、磨损机理、化学成分和碳化物类型等方面进行了分析和探讨。研究表明：试验钢的高温摩擦磨损性能优于H13钢,温度是影响热冲压模具钢摩擦磨损性能的重要因素,具体体现在氧化层厚度和基体硬度两方面。试验钢的磨损机制主要以氧化磨损和粘着磨损为主,而H13钢同时存在氧化磨损、粘着磨损和磨粒磨损。     

CoCrMo合金表面掺金属类金刚石薄膜的摩擦学性能

采用非平衡磁控溅射结合阳极型气体离子源技术在CoCrMo合金表面制备掺钨类金刚石薄膜(WDLC)和掺钛类金刚石薄膜(Ti-DLC)。利用努氏显微硬度计、结合力划痕仪、摩擦磨损试验机、表面形貌仪和洛氏硬度计表征膜层的力学性能,并用扫描电镜分析磨损形貌,探讨薄膜磨损机理。结果表明:所制备的2种薄膜均具有典型的DLC薄膜特征,W-DLC薄膜的硬度、结合力和摩擦磨损性能均优于Ti-DLC薄膜,更适合于CoCrMo合金的表面强化处理;CoCrMo合金的磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损,而Ti-DLC/CoCrMo和W-DLC/CoCrMo的磨损机制以滑动磨损为主伴随极少量的磨粒磨损;经DLC薄膜处理,摩擦因数从CoCrMo合金的0.578降低到0.2以下,磨损率也降低了2个数量级,大幅度地提高了CoCrMo合金的摩擦磨损性能。     

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。     

激光熔敷Ni+WC+RE合金层的高温性能研究

通过不同成分、不同温度下的高温硬度、高温干摩擦磨损试验，对激光熔敷合金层的一些高温性能进行了研究。结果表明，在相同实验条件下，不同成分熔敷层的高温硬度和高温耐磨性均随温度升高而下降，其中Ni21 20％WC 0．5％CeO2熔敷层的高温性能最好。激光熔敷层的高温磨损机制以粘着磨损为主，兼有磨粒磨损和氧化磨损。     

FeAl系电热爆炸喷涂层抗高温氧化腐蚀性能对比

利用金属导体FeAl系合金箔,电热爆炸产生的瞬间高能量冲击波效应,制备FeAI、FeCrAl、FeCrAlRE三种等离子体喷涂层.通过涂层SEM等检测手段,可以看出涂层具有致密的组织结构,同时涂层与基体之间存在较为明显的过渡层.经高温氧化耐蚀性测试等综合分析,结果表明,FeCrAlRE喷涂层耐高温氧化腐蚀能力较FeCrAl平均提高2.20倍,较FeAl喷涂层增加3.83倍,同时还研究了三种等离子体喷涂层的高温氧化过程变化规律.     

石墨和C/C复合材料表面ZrB2-SiC陶瓷涂层的研究进展

C/C复合材料具有优异的高温力学性能,是航空航天领域最具发展前景的结构材料之一,但在高温含氧环境中的氧化问题严重地限制了其实际应用。涂层技术是提升基体抗氧化能力的有效手段,因ZrB_2-SiC陶瓷涂层具有优异的抗氧化、抗烧蚀、抗热震等性能,非常适合作为C/C复合材料的高温防护涂层。首先,介绍了ZrB_2-SiC陶瓷涂层在氧化和烧蚀过程中组织结构的演变规律,阐明了该涂层的高温防护机理;然后,综述了该涂层的主要制备方法(包埋法、CVD、等离子喷涂)及每种方法的优点与不足,并对不同方法所制备涂层的抗氧化性和抗烧蚀性进行了比较;之后,针对该涂层研究和应用中存在的问题,如涂层致密性差、元素分布不均匀、应用温度范围窄、与基体热匹配性差等,从粉体改性和掺杂改性两方面总结了该涂层的改性研究现状,重点阐述了对ZrB_2-SiC粉末进行喷雾造粒和感应等离子球化处理对于提升等离子喷涂涂层性能的重要意义;最后,从涂层制备、涂层结构设计、涂层改性、涂层性能测试等方面,指出了该涂层体系存在的主要问题和未来的发展方向。     

爆炸喷涂工艺制备MCrAIY+Al2 03金属陶瓷涂层

为了提高高温合金材料的高温抗氧化性,利用爆炸喷涂工艺制备了MCrAlY Al2O3金属陶瓷涂层.比较了采用压缩空气和N2作为保护气体对涂层性能的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计对涂层性能进行了分析,在此基础上,进一步研究了涂层的结合强度,并对涂层的高温抗氧化性能进行了测试.结果表明:采用N2作为保护气体,涂层均匀致密,孔隙率小,显微硬度合格;涂层与基体的结合强度达到了95MPa,涂层具有良好的抗氧化性能.     

V元素对TiAlN涂层高温氧化行为的影响

为了考察V元素对Ti—Al-N涂层高温氧化行为的影响,用多弧离子镀法在W18Cr4V1Co5高速钢试样表面涂镀了Ti—Al-N和Ti—Al-V—N涂层。对两种涂层试样在不同温度和不同时间下进行氧化处理。用SEM观测两种涂层的组织结构,用XRD分析其相组成,用CTA分析其升温氧化和恒温氧化动力学行为。实验结果表明,V的加入使涂层晶粒细化,组织更加致密;两种涂层均在750℃以后才测量到氧化增重;Ti-Al-N涂层的氧化转折点为920℃,超过920℃,涂层迅速氧化,逐渐失效;Ti—Al-V—N涂层在超过1000℃增重仍非常缓慢,并具有抗氧化保护的作用。V元素的加入大大降低了氧化速率,从而有效地提高了涂层的抗氧化性能。     

钼合金Si-Cr-Ti-SiC-MnO2涂层的制备与组织性能

目的提高钼合金表面红外辐射性能与高温抗氧化性能。方法将40%Si、20%Cr、5%Ti、5%SiC、30%Mn O_2五种粉末与酒精、粘结剂按比例混合,经高能球磨6 h后制得均匀悬浮的料浆。采用浸涂工艺对预处理的钼合金试样进行料浆涂覆,在1450℃真空烧结0.5 h后制得黑色涂层试样。通过1550℃高温静态氧化试验和高温粒子薄片红外光谱综合实验系统,分别评价涂层抗氧化性能和红外辐射性能,并通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对涂层氧化前后的形貌与组织结构进行分析。结果钼合金Si-Cr-Ti-SiC-Mn O_2涂层在700、900℃的法向发射率分别达0.85、0.88,在1550℃高温有氧环境下的静态抗氧化寿命达7 h。原始涂层呈四层复合梯度结构,由外到内分别为SiO_2+Mn3O_4+M5Si3(M指Mo、Cr、Ti)、M5Si3+Mo Si2+SiC+Mn3O_4、Mo Si2、Mo5Si3。高温氧化后,涂层四层复合结构由外到内转变为SiO_2+(Cr,Ti)5Si3+Mn Cr2O_4+Mn3O_4、M5Si3+SiC+Mn Cr2O_4+Mn3O_4、Mo Si2、M5Si3。高温氧化过程中,MSi2高硅化物层逐渐转变为M5Si3低硅化物层,涂层表面形成含Mn Cr2O_4尖晶石相和复合硅化物的致密SiO_2玻璃膜。结论 Si-Cr-Ti-SiC-Mn O_2涂层可有效提高钼合金基体的红外辐射性能和高温抗氧化性能,复合硅化物与硅锰复杂氧化物具有良好的抗氧化性能、高辐射性能和自愈合性能。     

Performance of thermal barrier coatings on γ‐TiAl

The current development of new generation gamma titanium aluminides is expected to result in alloy chemistries and microstructures capable of operating at temperatures in excess of 850 °C. Under these conditions, environmental and thermal protection becomes a concern since oxidation might eventually limit the maximum service temperatures achievable. Therefore protective coatings are necessary to exploit the full potential of gamma titanium aluminides at moderately elevated temperatures; however, as yet no coating system tested has proven sufficient performance for long‐term use in automotive and aerospace applications. Thermal barrier coatings (TBCs), typically applied to nickel‐based alloys, offer the potential to increase the service temperature of components by lowering the metal surface temperature in combination with cooling systems. The paper is focussed on development of thermal barrier coatings for gamma titanium aluminides. Different coatings were used for oxidation protection and bond coat application. Substrate specimens were either pre‐oxidized or coated with PVD‐Al₂O₃, TiAlCrYN, or diffusion aluminides. Yttria‐stabilized zirconia TBCs were deposited applying electron‐beam physical vapour deposition. Cyclic and quasi‐isothermal oxidation tests were carried out at 900 °C in air. Post‐oxidation analysis of the coating systems was performed using scanning electron microscopy with energy‐dispersive X‐ray spectroscopy. Zirconia top coats offer a promising thermal protection concept to be applied on γ‐TiAl components. However, high oxidation resistance has to be supplied by protective coatings. Diffusion layers of the TiAl₃ aluminide provided excellent environmental protection because of the formation of a continuous alumina scale. No spallation of the thermal barrier coatings was observed on aluminized specimens during 1000 1‐h cycles and 3000 h of cyclic and isothermal oxidation testing, respectively.     

钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的研究进展

针对钛合金在实际应用过程中存在硬度低、耐磨性差、高温易氧化以及生物活性低等问题,国内外学者利用陶瓷材料较高的硬度、优异的耐磨性和高温抗氧化性能的特点,以及激光熔覆技术可以实现涂层与基材的冶金结合,较高的冷却速率使涂层内部晶粒得到细化的优势,开展了钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的广泛研究。首先简要概括了钛合金表面激光熔覆陶瓷材料的特点,介绍了在激光熔覆过程中常见的陶瓷材料以及所具备的特殊性能。从陶瓷涂层制备方式和陶瓷材料体现的功能两个方面,综述了国内外的研究特点、现状和进展。对比分析了激光制备纯陶瓷涂层、激光制备陶瓷与金属合金复合涂层、激光原位合成陶瓷复合涂层、激光制备陶瓷梯度涂层的优缺点。介绍了在钛合金表面激光熔覆耐磨涂层、高温抗氧化涂层、耐蚀涂层和生物涂层的进展,分析了陶瓷材料在提高相关性能时所发挥的作用。最后针对钛合金表面激光熔覆陶瓷材料存在的问题,对钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层未来的发展趋势进行了讨论与展望。     

热喷涂 Mo 及 Mo 基复合涂层研究进展

热喷涂Mo及Mo基复合涂层因熔点高、硬度高、耐磨损、耐腐蚀及高温性能稳定等诸多特点,而广泛应用于机械零件生产及表面修复。随着以资源有效利用和机械产品再制造为一体的可持续发展战略不断推进,此类涂层将拥有更为广阔的应用前景。首先介绍了国内外在热喷涂Mo及Mo基复合涂层方面的研究发展和应用现状;随后依据热喷涂技术的发展历程,分别总结论述了不同热喷涂技术,即火焰喷涂(普通火焰喷涂、高速火焰喷涂)、等离子喷涂(普通等离子喷涂、超音速等离子喷涂、微束等离子喷涂、低压等离子喷涂)及电热爆炸喷涂中,Mo及Mo基复合涂层的制备工艺、涂层性能特点及存在的问题;接着指出了热喷涂Mo及Mo基复合涂层在新概念武器、航空航天等高科技领域的应用前景。最后,就进一步拓展Mo及Mo基复合涂层在贫油减摩、高温高速耐磨、高温耐腐蚀及氧化等复杂环境下的应用范围,结合热喷涂技术的研究热点及发展方向,指出了未来热喷涂Mo及Mo基复合涂层在材料组分设计和工艺优化研究中应重点关注的方面。     

预制膜对铝合金微弧氧化陶瓷层生长过程的影响

在磷酸盐体系电解液中,利用微弧氧化技术,分别对有、无高温氧化预制膜的铝合金进行表面陶瓷化处理,研究了预制膜对陶瓷层生长的影响规律.结果表明:高温氧化预制膜有利于提高陶瓷层的生长速率,降低起弧电压;陶瓷层的生长先是以初期形成的陶瓷颗粒为核心呈线状扩展,然后多条线接合呈网状,最后蔓延成面;陶瓷层生长的初期以高温氧化预制膜熔化生成为主,到后期,则是以铝合金基体熔化生成为主,此时预制膜对陶瓷层生长过程的影响较小,但由预制膜生成的陶瓷对陶瓷层生长的影响较大.     

轧辊表面电火花沉积涂层的耐磨性

采用电火花沉积工艺,用WC陶瓷硬质合金在铸钢轧辊表面制备了一层合金涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计等对沉积层的相结构、显微组织、显微硬度及耐磨性能进行了分析。结果表明:沉积层主要由Co3W3C、Fe3W3C、W2C、Si2W等相组成;沉积层与基体呈冶金结合,细小的硬质相弥散分布于沉积层中;沉积层的平均硬度为1915 HV0.3,约是基体硬度(352 HV0.3)的5.4倍;其室温耐磨性能比基体提高了2.1倍,高温耐磨性能比基体提高了1.9倍。室温下沉积层的主要磨损机理为磨粒磨损;高温下沉积层的主要磨损机理为粘着磨损、氧化磨损和疲劳磨损。