金属复合对CrN薄膜的结构及摩擦磨损性能的影响

采用反应磁控溅射制备了CrN、Cr-Al-N与Cr-Ti-N复合薄膜;利用XRD与SEM表征了薄膜的结构及断面形貌;采用摩擦磨损实验机考察了薄膜的摩擦磨损性能;研究了金属复合对薄膜结构和摩擦磨损性能的影响.结果表明:所制备的复合薄膜中Al与Ti均以置换方式固溶于CrN中,取代了一部分Cr原子.形成固溶体的合金复合薄膜;合金复合后薄膜的结晶性变差,晶粒均出现细化;合金复合薄膜的摩擦磨损性能均有不同程度的提高.其中Cr-Al-N薄膜的耐磨性极大提高.     

CrN和CrSiN薄膜在不同介质下的摩擦学性能

采用中频非平衡反应磁控溅射法在单晶硅P(111)和不锈钢(304SS)基材上制备CrN和CrSiN薄膜;利用球-盘式摩擦磨损试验机(CSM)考察2种薄膜在不同介质(空气、去离子水、质量分数3.5%NaCl溶液)中和WC/Co球对摩的摩擦学性能。结果表明:大气环境下,CrN与CrSiN薄膜的磨损机制主要是磨粒磨损;水润滑下,CrN薄膜主要因机械抛光作用,CrSiN薄膜主要因摩擦化学反应,使得摩擦因数减小;在3.5%NaCl溶液中CrN薄膜易被腐蚀,由于NaCl颗粒析出以及涂层接触区域的腐蚀和磨损产物,作为第三体的润滑作用,导致摩擦磨损发生明显变化,而CrSiN薄膜不易被腐蚀,主要因摩擦化学反应,使得摩擦磨损性能发生显著变化。     

Ti-DLC薄膜在水介质中的摩擦学特性

采用非平衡磁控溅射法在Si(100)片和M2工具钢上制备Ti-DLC薄膜。通过X射线光电子能谱仪、拉曼光谱仪和扫描电子显微镜分析薄膜的结构以及微观形貌;利用球-盘摩擦磨损试验机研究不同载荷下Ti-DLC/Si-3N-4对摩副在水中的摩擦学特性。结果表明,Ti-DLC薄膜具有致密的表面结构,含有较多的C-Csp2键;摩擦介质为去离子水时,薄膜的摩擦因数随着载荷的增加先减小后增大,且载荷增加到一定值后,摩擦因数几乎不再变化; 薄膜磨损率随着载荷的增加先升高后降低,而相应的Si3N4小球磨损率却是先减小后增大, 这主要是由于Si3N4在水中易于发生水合反应,促使摩擦接触表面变得非常平滑,从起到降低摩擦因数,在一定程度上减少磨损的作用。     

电参数对CrN薄膜在去离子水环境下摩擦磨损性能的影响

采用多弧离子镀方法,在不同偏压和靶电流下在GH05合金试样表面制备系列CrN薄膜,利用扫描电子电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、多功能材料表面试验仪对薄膜的微观组织结构和力学性能进行测试分析。利用盐雾磨损试验机的球-盘摩擦方式研究各CrN薄膜在去离子水环境下与Si₃N₄球对磨的摩擦学性能。结果表明:随着偏压增大,CrN薄膜表面微颗粒大小逐渐减小,硬度增大,结合力先增大后减小,随着靶电流增大,CrN薄膜表面凹坑逐渐减小,硬度减小,结合力先增大后减小;随着偏压增大,CrN薄膜的平均摩擦因数先增大后减小,磨损体积先减小后增大,随着靶电流增大,CrN薄膜的平均摩擦因数先减小后增大,磨损体积先减小后增大,当偏压为-80 V,靶电流为100 A时制备的CrN薄膜在去离子水环境下具有最佳的摩擦学性能;CrN薄膜在去离子水环境下的磨痕形貌主要呈现磨粒磨损的沟槽形貌,同时表现出抛光效果。     

TiN—TiN／CrN—CrN薄膜的制备及应用研究

通过采用辅助增强磁控溅射方法,研究了在硬质合金刀片上制备TiN—TiN／CrN—CrN薄膜的工艺方法。利用SEM、XRD等方法分析了Cr靶溅射电流、N2气量的变化对TiN—TiN／CrN—CrN膜的表面形貌及结构和织构影响,采用断续切削试验方法研究了TiN—TiN／CrN—CrN涂层刀片的耐磨性及抗剥落性,得出了一种TiN—TiN／CrN—CrN薄膜工业化制备方法。     

不同基体CrN/CrCN多层涂层海水环境摩擦学性能研究*

为研究不同基体材料对CrN/CrCN多层涂层在海水环境下摩擦学性能的影响,采用多弧离子镀技术在H65铜合金、TC4钛合金和316L不锈钢基体上沉积CrN和CrN/CrCN多层复合涂层,通过XRD、SEM等技术对涂层的结构进行表征,通过结合力、硬度测试和摩擦磨损试验分析涂层在大气环境和海水环境下的力学性能和摩擦学性能。结果表明:CrN/CrCN多层涂层的内应力相对于CrN明显减小,且硬度相对CrN涂层较高;TC4钛合金为基体的涂层结合力较好且涂层硬度较高;在海水环境下涂层的摩擦因数相对于大气环境都有较大幅度下降,其中,以TC4钛合金和316L不锈钢为基体的涂层摩擦因数较小;以H65铜合金为基体的2种涂层在海水中的磨损率高于大气中,而以TC4合金、316L不锈钢为基体的CrN/CrCN多层涂层在海水环境下的磨损率低于大气环境;TC4钛合金为基体的CrN/CrCN多层涂层在海水环境下具有最低的磨损率,表明TC4钛合金更适合作为海水环境下CrN/CrCN多层涂层耐磨的基体材料。     

CrN 活塞环涂层的磨擦学性能

以PVD方法在不锈钢渗氮活塞环基体上沉积了厚约30 μm的CrN涂层.采用2种GF-3等级的全配方发动机油作为润滑剂,在SRV试验机上,对比了具有/没有CrN涂层的不锈钢渗氮活塞环的摩擦学性能.试验结果表明,CrN涂层能使摩擦因数数较快的稳定且数值较低,同时活塞环及其对磨缸套的磨损量也大大降低,对磨缸套的磨损量减少了80%以上.SEM分析结果表明,由于CrN涂层具有较高的硬度和较低的表面粗糙度,可以降低磨粒磨损,且能使对磨的缸套试样较快地与之适配,从而促进了摩擦反应膜的形成和扩展,是摩擦因数和磨损量降低的主要原因.     

不同介质下CrN_X薄膜的摩擦学特性研究

采用电弧离子镀技术在45#钢衬底表面沉积了CrNX薄膜.用显微硬度计测试了薄膜的硬度,用X射线衍射仪分析了薄膜的相结构,用球-盘式摩擦磨损试验机评价了在不同介质条件下(干摩擦、水润滑、油润滑)CrNX薄膜的摩擦学性能,用表面轮廓仪测试了磨痕处的磨痕轮廓,用扫描电镜(SEM)观察了薄膜磨痕形貌.结果表明,相对于干摩擦,水润滑和油润滑条件下,CrNX薄膜的摩擦因数和磨痕深度都有明显降低的趋势.干摩擦条件下薄膜主要表现为磨粒磨损;水润滑条件下,主要表现为腐蚀磨损;油润滑条件下由于油膜在两摩擦表面的吸附,薄膜几乎无磨损.     

不同涂层在甘油环境下的摩擦学性能对比研究

为提高甘油环境下摩擦副的抗磨能力,采用磁控溅射技术在单晶硅P(111)、316L不锈钢上分别制备DLC、CrN、TiN涂层。分别在大气及甘油环境下,利用多功能摩擦磨损试验机对涂层摩擦磨损性能进行对比研究,分析摩擦因数、磨损率及磨痕形貌的变化规律,并对比分析甘油环境中不同涂层与涂层配副在重载高速下摩擦力矩变化规律。结果表明:DLC涂层在大气环境下具有最优的减摩抗磨性能,DLC涂层和CrN涂层在甘油环境下均具有优良的减摩耐磨性能;在100 N载荷下DLC-CrN涂层配副在甘油环境下在整个测试过程中摩擦力矩比较小,且样块表面均无明显的磨损及划痕,表明DLC-CrN涂层配副在甘油环境及重载高速工况下具有优异的摩擦学性能。     

不同离子液体润滑条件下BCN薄膜摩擦学性能研究

利用中频磁控溅射技术,分别溅射硼靶和石墨靶,在单晶硅衬底上制备BCN薄膜;采用原子力显微镜(AFM)对薄膜的表面形貌进行分析;在1-正丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(L104)和1-正己基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐(L-P206)离子液体润滑条件下,利用CSM摩擦磨损试验机考察BCN薄膜/钢球摩擦副的摩擦磨损性能;利用电化学腐蚀方法考察薄膜在离子液中的耐腐蚀性能.实验结果表明:所制备的BCN薄膜均匀、致密,表面粗糙度小;在离子液体润滑剂润滑下,BCN薄膜表现出良好的抗磨减摩性能和抗腐蚀性能;与L-P206离子液润滑剂相比,BCN薄膜在L104离子液体润滑剂润滑下的摩擦学性能更好,这可能与L104离子液体自身的分子结构及其腐蚀性弱有关.     

CrN和CrN/Ag涂层的真空高温摩擦磨损性能*

为改善涂层在真空、高温等苛刻条件下的摩擦学性能,利用中频直流磁控溅射技术在硅片和316L不锈钢上沉积了CrN和CrN/Ag涂层,利用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪对涂层的成分及相结构进行了表征,通过划痕测试仪、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机测试了涂层的力学及摩擦学性能。结果表明：添加Ag元素以后,CrN/Ag涂层硬度及承载能力有所减小,但结合强度增加;真空高温环境下CrN与CrN/Ag涂层摩擦因数随温度升高呈下降趋势,其中CrN涂层通过软化镀层减小剪切强度和阻力,从而减小摩擦因数,CrN/Ag涂层主要通过高温产生的热驱动力诱导表面Ag润滑膜的形成来减小摩擦因数;CrN涂层依靠自身剪切特性参与摩擦,而CrN/Ag涂层在真空高温下具有自润滑和持续润滑性能,作为自润滑零部件具有潜在的应用价值。     

聚酰亚胺复合材料与不同金属间干滑动时的摩擦学性能

采用MPX-2000型摩擦磨损试验机研究了聚四氟乙烯和二硫化钼填充聚酰亚胺复合材料在干滑动摩擦条件下与45钢、镍铬合金、铜和铝对磨时的摩擦磨损性能,并利用扫描电子显微镜和光学显微镜分析了复合材料及对偶件的磨损表面形貌。结果表明:复合材料与铝对磨时的摩擦因数和磨损率最低,分别约为与钢摩擦时的43%和49%;摩擦后铝表面形成均匀连续的转移膜,45钢、镍铬合金和铜的表面没有形成有效转移膜,因此复合材料的摩擦因数较大;复合材料与不同金属材料摩擦时的磨损机理主要是粘着磨损与疲劳磨损。     

乏油环境下不同掺杂GLC膜的摩擦学行为

利用磁控溅射技术制备了类石墨碳膜(GLC)、掺杂金属Cr的类石墨碳膜(GLC/Cr)及掺杂WC的类石墨碳膜（GLC/WC）,考察了不同掺杂物对薄膜结构及其在乏油环境下摩擦学性能的影响。结果表明：掺杂Cr、WC使GLC薄膜中sp2键结构含量增加,促进了GLC膜的石墨化,降低了GLC薄膜的硬度及弹性模量;在乏油环境下,3种薄膜的摩擦因数相差不大,但表现出不同的抗磨损能力,其磨损寿命由高到低依次是GLC/Cr、GLC、GLC/WC。研究结果为提高航空发动机主轴轴承在超常工况下的寿命和可靠性提供了理论和试验依据。     

MoSx/MoSx-Mo纳米多层膜的制备及其环境摩擦学特性

用直流磁控溅射在钢基体上交替溅射制备了MoSx/MoSx-Mo纳米多层膜。采用划痕仪测试薄膜与基体的结合力;采用SEM和XRD分析了纳米多层膜的形貌和显微结构;在球-盘式微摩擦试验机上测试了纳米多层膜在真空和潮湿空气中的摩擦学性能。结果表明,纳米多层膜的结合力优于纯MoS2膜。随着溅射沉积气压的升高,MoSx(002)面择优取向减弱,纳米多层膜的结合力下降。溅射气压0.24 Pa沉积的纳米多层膜在真空和潮湿空气中都呈现出最低的摩擦因数和磨损率,具有优异的环境摩擦磨损特性。     

非平衡磁控溅射制备Cr掺杂DLC复合薄膜的高温摩擦学性能

元素掺杂是提升DLC薄膜摩擦学性能和耐温性能的重要途径。采用直流磁控溅射技术在304不锈钢基体表面沉积了含氢DLC薄膜,同时利用射频磁控溅射技术完成Cr元素的掺杂,研究Cr元素掺杂对DLC薄膜的力学性能及摩擦学性能的影响。采用纳米压痕仪测试薄膜硬度并利用划痕试验测试膜基结合力,采用拉曼光谱分析薄膜sp²和sp³键含量的变化和转移膜的生成。采用UMT多功能摩擦磨损试验机评价薄膜在常温和高温环境下的摩擦磨损性能,并利用扫描电镜观察磨损表面,分析其磨损机制。结果表明,Cr元素掺杂会显著提高薄膜的膜基结合力,但会使薄膜硬度有一定的下降。常温摩擦学性能测试显示,DLC薄膜的摩擦因数随着Cr含量的增加呈现出先下降后上升的趋势,在Cr质量分数为3.34%时达到最低;但薄膜的磨损率随Cr含量的增加略有升高。高温摩擦学性能测试表明,Cr元素掺杂显著改善了DLC薄膜的高温摩擦学性能,未掺杂的DLC在150℃以上摩擦时会失效,Cr元素掺杂使薄膜在250℃下也能保持较低的摩擦因数和较长的抗磨寿命。Cr元素的加入能够提高DLC薄膜的膜基结合力,降低摩擦因数,并提高薄膜...     

沉积温度及膜厚对离子镀银膜结构及摩擦学性能的影响

采用离子镀在不锈钢和45钢基体表面低温沉积银薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和真空摩擦试验机对低温沉积银膜的晶体结构、表面形貌和摩擦学性能进行了研究.结果表明:银膜的择优取向度随着沉积时间的延长和基体温度的降低具有明显变化;在-147℃沉积6 min条件下制备的银膜为表层具有(200)择优取向及底层为(111)择优取向的双层结构;银膜在载荷较高时也有较好的摩擦学性能.     

类金刚石膜在水环境下的摩擦学行为

测试了 CoCrMo合金表面沉积类金刚石薄膜与CoCrMo在水溶液润滑下的摩擦磨损行为。结果表明：摩擦副在不同浓度牛血清白蛋白溶液润滑下的平均摩擦因数均在0.10左右,CoCrMo合金销磨损量最小值为1.69×10-5 mm3;相同条件下,生理盐水溶液润滑的磨损量为1.38×10-5 mm3,且销表面有转移膜生成;牛血清白蛋白溶液润滑时,界面蛋白吸附层屏蔽了转移膜的形成。根据结果可知,转移膜的形成经历了磨屑附着、连续转移、局部脱落的过程。     

金属复合CrN涂层的磨损性能及应用研究

为取代M2高速钢,降低空调压缩机叶片生产成本,在GCr15基体上分别沉积CrMoN和CrAlTiN涂层,采用XRD分析涂层的相组成,在MM-200试验机上对其进行摩擦磨损实验,用三维超景深显微镜测量其磨痕面积;并用SEM观察磨损后的磨痕形貌。结果表明:制备的CrAlTiN和CrMoN涂层都能在一定程度上提高基体GCr15的耐磨性能,其中CrMoN涂层是以单一的CrN面心立方结构存在,Mo起到置换固溶强化的作用,因此耐磨效果更明显;通过合理控制涂层厚度和提高膜基结合力,GCr15+CrMoN涂层很有希望能取代传统的空调压缩机叶片材料M2高速钢。