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。     

高速电弧喷涂Fe-Al/WC复合涂层的高温摩擦磨损特性

采用滑动磨损试验方法研究在室温至650℃温度下高速电弧喷涂Fe—A1／WC金属间化合物复合涂层与Si3N4陶瓷球配副时的摩擦磨损特性，并探讨复合涂层的高温摩擦磨损机理。结果表明，随着试验温度的升高，Fe—Al／WC复合涂层的摩擦系数降低，而磨损率仍保持在较低的水平。高温下复合涂层滑动摩擦系数降低的主要原因是由于磨损面发生摩擦氧化反应而形成的起到固体润滑的作用氧化物保护层。剥层磨损是Fe—Al／WC复合涂层高温磨损的主要机理。涂层中Fe3Al和FeAl金属间化合物相较高的高温强度和硬度，能有效地阻碍裂纹的产生、扩展及扁平颗粒的断裂，从而使复合涂层表现出优异的高温耐磨性。650℃时Fe—Al／WC复合涂层的磨损率有所提高，这可能与高温下涂层表面WC颗粒的氧化和脱碳分解有关。     

Ti6Al4V合金激光熔覆γ-NiCrAlTi/TiC复合层的组织与摩擦学性能

为提高Ti6Al4V合金的摩擦学性能,以NiCr-Cr₃C₂金属陶瓷粉末为涂覆材料,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V表面制备以TiC为增强相、γ-NiCrAlTi固溶体为增韧相的熔覆层。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）分析了熔覆层的物相组成及显微组织,测试了熔覆层沿层深方向的硬度分布,分别在室温（24℃）,300,600℃测试了熔覆层和Ti6Al4V合金基体的干滑动磨损性能。结果表明:熔覆层的平均硬度约1 100HV_{2 N},约为基体的3倍;室温时,由于高硬度增强相TiC和增韧相γ-NiCrAlTi固溶体的综合效应,激光熔覆γ-NiCrAlTi/TiC复合层的摩擦系数和磨损率比Ti6Al4V合金基体的显著降低,熔覆层具有较好的耐磨减摩性能,磨损机理主要为黏着磨损;300,600℃时,熔覆层被氧化,耐磨性减弱,磨损机理主要为黏着磨损和塑性变形。     

Q235低碳钢表面等离子熔覆TiB2-TiC/Fe复合涂层及耐磨性

采用等离子熔覆技术,以Fe55、Ti、B₄C混合粉末为原料,在Q235低碳钢表面获得了TiB₂-TiC/Fe复合涂层,并分析了涂层的物相组成、组织结构,测试了显微硬度和摩擦磨损性能,探讨了其磨损机制。TiB₂-TiC/Fe复合涂层的主要物相为TiB₂、TiC、α-Fe,其中TiB₂呈多边形和矩形,TiC则呈不规则块状;随着原始粉末中Ti、B₄C含量的增加,TiB₂、TiC尺寸逐渐增大,TiB₂-TiC/Fe涂层与基体之间结合紧密,呈冶金结合;随着TiB₂-TiC/Fe复合涂层陶瓷相含量的增加,涂层硬度和耐磨性显著提高,当陶瓷相含量增加到一定程度（35wt%）时,涂层耐磨性能有所降低,TiB₂-TiC/Fe复合涂层的磨损方式主要是磨粒磨损和剥层磨损。Ti+B₄C陶瓷相含量为30wt%的等离子熔覆涂层耐磨性能较好,约为Q235钢基体的7倍,当Ti+B₄C含量持续增加时,TiB₂、TiC尺寸增大、缺陷增多,最终使TiB₂-TiC/Fe复合涂层耐磨性降低。     

TC4合金表面Zr增效硅化物涂层的组织及高温摩擦磨损性能

采用扩散共渗的方法在TC4合金表面制备了Zr增效硅化物涂层, 研究了涂层在600℃时的摩擦磨损性能, 讨论了其磨损机制。结果表明: 所制备的涂层具有多层结构, 由(Ti, X)Si₂ (X代表Zr, Al和V)外层, TiSi中间层和Ti₅Si₄+Ti₅Si₃内层组成; 渗剂中添加Zr能够抑制涂层的生长速率, 有利于降低涂层的内应力, 改善其组织致密性。涂层的硬度明显高于TC4合金, 且由外向内呈梯度降低趋势。高温摩擦磨损试验结果表明, Zr增效硅化物涂层能够为TC4合金提供良好的高温磨损防护; 与GCr15对磨时, 涂层的表面只发生了轻微的磨损, 主要为GCr15在其磨损面的擦涂和一定程度的氧化磨损; 与Al₂O₃球对磨时, 磨损机制为犁削磨损、疲劳磨损、黏着磨损和氧化磨损。     

电火花沉积Fe48Cr16Mo15C17B4非晶合金涂层的微观组织和性能

以Fe₄₈Cr₁₆Mo₁₅C₁₇B₄合金为电极,采用电火花沉积工艺在1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备了铁基合金涂层。用XRD和SEM等方法分别表征了涂层的微观结构、涂层表面及横截面的微观形貌,测定了涂层的显微硬度、摩擦磨损性能和电化学性能。结果表明,所制备的Fe₄₈Cr₁₆Mo₁₅C₁₇B₄涂层为非晶态结构、致密,与基体为冶金化结合,显微硬度为1129 kg/mm²,与1Cr18Ni9Ti不锈钢基体相比其摩擦系数较小,耐磨性较高,在1mol/LHCl溶液中具有良好的耐腐蚀性能。     

深冷处理粉末对冷喷涂层的沉积和磨损性能影响

对铁基非晶合金粉末进行循环深冷处理增强其塑性变形能力,采用冷喷涂技术在AZ31B镁合金、6061铝合金以及Q235碳钢等具有不同性能的基体材料表面制备非晶涂层,研究深冷处理铁基非晶粉末在不同基体表面的沉积行为、涂层与基体间的界面结合状态以及涂层的摩擦磨损性能。结果表明,基体的硬度、导热系数和弹性模量会影响颗粒的应变条件、散热速率和回弹能量,进而影响涂层的变形状态、致密程度和沉积效率;深冷处理提高了非晶涂层的沉积效率,涂层的沉积厚度均大于原始非晶涂层。在摩擦磨损过程中,随着基体硬度的上升,基体及涂层的摩擦系数增大,磨损率降低。与基体相比,铁基非晶合金颗粒有效抑制了磨球的切削作用,原始非晶涂层的摩擦系数减小,磨损率降低;与原始非晶涂层相比,深冷处理非晶涂层更加致密,其摩擦系数曲线更加平稳,磨损率进一步降低。镁合金基体和非晶涂层的磨损机制都为磨粒磨损和氧化磨损;铝合金基体的磨损机制为粘着磨损和疲劳磨损以及氧化磨损,非晶涂层的磨损机制都为磨粒磨损和氧化磨损;碳钢基体和非晶涂层的磨损机制都为疲劳磨损和氧化磨损。     

Al2O3量对2219车铝板上等离子喷涂Ni层组织和摩擦性能的影响

将Ni与Al₂O₃微米颗粒实施混合,再将其通过等离子喷涂方法沉积到2219铝合金表面,控制合适的喷涂工艺参数得到Al₂O₃/Ni复合涂层,实验测试研究Al₂O₃量对涂层组织和摩擦性能的影响。研究结果表明:与原始粉末相比,对涂层XRD测试发现形成强度很高的Ni衍射峰,Al₂O₃相发生了峰强度减小。在涂层内形成了灰色的Ni组织区,Al与Al₂O₃则呈现黑色的状态。逐渐提高Al₂O₃加入量后,形成了更多的黑色组织。涂层获得了比2219基体更高的硬度,相对于基体组织提高了3倍以上,提高Al₂O₃加入量后涂层硬度获得提升。涂层内含有的Al₂O₃比例提高后,涂层发生了摩擦系数和磨损率降低。当Al₂O₃含量继续增加后,形成较多氧化物,表现为氧化磨损。随着Al₂O₃含量的增加,氧化磨损程度表现出增加变化。     

Ti6Al4V高速干滑动摩擦磨损特性研究

对Ti6Al4V合金在高速干滑动摩擦条件下进行了系统的磨损性能测试,研究了载荷和速度对Ti6Al4V合金的摩擦磨损机制的影响,对Ti6Al4V合金的磨损表面、纵剖面进行了显微分析及X-衍射分析,实验结果表明,Ti6Al4V合金的磨损率和摩擦表面温度随着载荷和速度的升高而增加,摩擦表面的温度最高达到1044℃,磨损表面出现"蘑菇头"的磨损现象,表面出现裂纹及剥落坑,表层及次表层出现裂纹,组织变得粗大,磨损纵剖面析出Ti3O,Ti6O,VO0.53,VN等化合物.     

等离子喷涂NiCrMo-NiCrBSi合金减摩涂层的摩擦磨损性能

内燃机在工作时活塞环与缸套发生摩擦,将造成能量损失与缸体的磨损损伤。针对缸套与活塞环的摩擦磨损问题,采用复合材料理论设计了成分为NiCrMo-30%NiCrBSi的复合减摩涂层。利用大气等离子喷涂技术,采用NiCrMo-NiCrBSi混合粉末制备了减摩涂层,研究了该涂层的断面组织、硬度及其在模拟缸套-活塞环摩擦磨损条件下的摩擦磨损行为。试验结果表明,采用混合粉末喷涂,可以获得结合良好、硬度适中(564 HV_{3 N})的复合涂层。在干摩擦磨损条件下,NiCrMo-NiCrBSi复合涂层表现出优异的综合耐磨损性能,涂层自身与对磨件(销)的磨损量都较小,且表面可生成MoO₂,降低摩擦系数;在油润滑磨损条件下,由于表面生成MoS₂,摩擦系数显著降低(稳定后约为0.1),复合涂层与摩擦副的磨损几乎可以忽略。     

微弧氧化/磁控溅射复合涂层对镁微观结构与摩擦性能的影响

镁基材料表面进行微弧氧化处理(MAO)制备的多孔结构的陶瓷涂层在干摩擦环境下的摩擦系数较高,本文采用微弧氧化结合非平衡磁控溅射技术在纯镁基体表面制备出了MAO/CrN复合涂层。通过扫描电镜、显微硬度测试、X射线衍射仪能谱、摩擦磨损实验等手段研究了复合涂层的形貌、成分及摩擦磨损性能。结果表明:MAO/CrN复合涂层相比单层的MAO涂层力学与摩擦性能得到显著提高,其中硬度升高48%,载荷为1 N时的平均摩擦系数降低32.3%,转速为700 r/min时,磨损率降低达到74%。CrN/MAO复合涂层与WC硬质合金球在干摩擦过程中,在表层CrN涂层被磨穿之前,复合涂层磨损形式以黏着磨损和疲劳磨损为主。在表层CrN涂层被磨穿MAO涂层未被磨穿前,复合涂层的磨损形式以三体磨粒磨损为主。     

等离子喷涂陶瓷层的摩擦磨损性能及机理

为了提高叼纸牙表面的摩擦磨损性能,采用等离子喷涂技术在T10钢基体上分别喷涂了5种氧化物陶瓷涂层,对5种涂层摩擦磨损的性能及机理进行了研究.结果表明:与Al2O3/Cr2O3复合涂层相比,100%Al2O3和100%Cr2O3陶瓷涂层的摩擦系数和体积磨损量都比较低,摩擦磨损性能更优;Al2O3/Cr2O3复合涂层磨损机理主要为磨粒磨损,而100%Al2O3和100%Cr2O3涂层则主要为疲劳磨损.     

TA15合金表面Ni-SiC复合镀层的摩擦磨损性能

采用共沉积法在TA15合金表面制备了Ni-SiC复合镀层, 分析了Ni-SiC复合镀层对基体合金硬度和磨擦磨损性能的影响, 并对其摩擦磨损机制进行了讨论。结果表明: 所制备的Ni-SiC复合镀层组织致密且与基体结合紧密, 硬度明显高于TA15合金基体。摩擦磨损实验结果表明, Ni-SiC复合镀层能为TA15合金提供良好的摩擦磨损抗力, 在相同的摩擦条件下, Ni-SiC复合镀层的磨损率明显低于TA15合金。TA15合金与GCr15球和Al₂O₃球对磨的磨损机制均主要为犁削磨损、粘着磨损, 同时伴随有氧化磨损和轻微的磨粒磨损; Ni-SiC复合镀层与GCr15磨球对磨的磨损机制主要为镀层组织的拔出及GCr15钢球在其表面上的涂抹, 与Al₂O₃磨球对磨时的磨损机制主要为疲劳磨损和削层磨损。     

激光熔化沉积60wt%不同粒径WC复合NiCu合金耐磨性及电化学腐蚀性能

通过向镍铜(NiCu)合金中添加不同粒径的WC研究对涂层的微观组织、显微硬度、耐磨性和电化学腐蚀性能的影响规律,以期解决NiCu合金表面硬度较低、耐磨性较差的问题。采用激光熔化沉积技术在A3钢板表面制备了NiCu合金涂层、60wt%粗粒径WC/NiCu复合涂层和60wt%细粒径WC/NiCu复合涂层,采用扫描电子显微镜、X射线光谱仪、光学显微镜表征其样品表面形貌,用显微硬度测试计和磨损试验机测定了熔覆层的显微硬度和耐磨性能,用电化学工作站分别对NiCu合金涂层和复合涂层的电化学腐蚀性能进行测试和分析。在合适的工艺参数下,三种涂层均与基体形成了良好的冶金结合,无明显的裂纹气孔等缺陷。熔覆层的组织以等轴晶和柱状晶为主,WC的加入使晶粒尺寸明显变小。在相同工艺参数下,加入60wt%粗粒径WC、60wt%细粒径WC的涂层硬度分别提高了62.1%、81.1%,磨损量分别降低了84.8%、94.3%,磨损机制以磨粒磨损为主。在3.5wt%NaCl溶液中,复合涂层的自腐蚀电流密度与NiCu合金涂层相比分别降低了61%和49%。WC的加入显著提高了NiCu合金涂层的性能,细粒径WC对显微硬度、耐磨性提...     

活塞环表面MoS2薄膜在干摩擦和贫油润滑条件下的摩擦学性能研究

大功率、长冲程和高爆发压柴油机是交通运输、工程机械、国防装备和核电应急发电机领域的重要动力设备。柴油机关键运动副活塞环-缸套在冷/热启动时,缸套的上下止点位置处于干摩擦或贫油润滑状态,易发生局部异常磨损导致动力性能丧失。为抑制活塞环-缸套运动副的异常磨损,采用磁控溅射技术在活塞环表面制备了MoS₂薄膜;利用SRV-IV微动摩擦磨损试验机模拟柴油机频繁冷/热启动工况,评价了表面附加MoS₂薄膜的活塞环与缸套摩擦副的摩擦学性能;利用扫描电镜(SEM)表征了MoS₂薄膜微观结构和摩擦前后摩擦副的表面形貌。结果表明：相比于原始CKS活塞环-缸套,MoS₂薄膜活塞环-缸套在干摩擦条件下的摩擦系数从1.07大幅降低至0.11,缸套磨损率从8.61×10^-6 mm³/(N·m)降低至3.71×10^-8 mm³/(N·m);在常温贫油条件下摩擦系数从0.18降低至0.11,磨损率从1.43×10^-7 mm<...     

纳米SiO2对聚丙烯酸酯复合涂层在水润滑下摩擦学性能的影响

考察了纳米SiO₂对聚丙烯酸酯复合涂层在水润滑下摩擦磨损性能的影响。利用FTIR分析纳米SiO₂与聚丙烯酸酯的界面结合;利用SEM观察复合涂层磨损表面,并结合FTIR和摩擦磨损实验分析其磨损机理。结果表明:水润滑时,聚丙烯酸酯在摩擦过程中会发生摩擦化学反应,引起涂层摩擦腐蚀磨损;而纳米SiO₂能与聚丙烯酸酯以化学键的形式结合,它的加入有助于摩擦界面在水介质中形成具有较好减摩作用的表面膜和水分子膜,提高聚丙烯酸酯复合涂层的耐磨性。在水润滑下,当纳米SiO₂的含量较低时,涂层表面的磨损形式为摩擦腐蚀磨损和磨粒磨损;当纳米SiO₂的含量达到5wt% 时,涂层表面形成完整的表面膜和水分子膜,此时涂层具有良好的摩擦学性能。      

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。     

AZ31镁合金表面激光熔覆Al-TiC复合涂层微观组织与腐蚀性能

为有效改善AZ31镁合金表面的腐蚀性能，本文采用激光熔覆技术在AZ31镁合金表面成功制备了无缺陷的Al-TiC复合涂层。研究了不同成分含量的Al-TiC复合涂层的相组成、微观组织和耐腐蚀性能的影响。结果表明：在Al-TiC复合涂层内形成了大量的Al₁₂Mg₁₇、Mg₂Al₃和TiC相。复合涂层内微观组织呈现出连续网络状分布特征。随着Al-TiC混合粉末中Al含量的减小，复合涂层中Al₁₂Mg₁₇、Mg₂Al₃和TiC相的含量呈递增趋势，网络状分布的微观组织结构变得更加均匀连续。复合涂层与AZ31基体之间形成了良好的冶金结合界面。激光熔覆制备的Al-TiC复合涂层耐腐蚀性能较AZ31基体显著提升。自腐蚀电位由基体的-1.563 V提升至-1.144 V，自腐蚀电流由基体的1.55×10^-4 A减小至2.63×10^-6 A。     

硬质涂层与奥氏体不锈钢摩擦磨损性能研究

采用多弧离子镀技术在硬质合金YG8上制备了表面高铝含量的Ti33Al67N、中铝含量的Ti50Al50N复合涂层和Cr_(30)Al_(70)lN单层涂层。采用摩擦磨损仪系统研究了以上涂层与奥氏体304合金间的摩擦磨损行为。利用扫描电镜、电子能谱仪、显微硬度仪、划痕仪等对涂层性能及表面形貌、磨痕形貌及成分进行表征。试验结果表明:同含钛的表面涂层Ti33Al67N和Ti50Al50N相比,Cr_(30)Al_(70)N涂层与奥氏体304合金的亲和力更低,减少了摩擦过程中304合金在Cr_(30)Al_(70)N涂层表面的涂抹量。涂层最主要的磨损失效方式是局部撕裂,局部撕裂的本质是硬质合金基体同304合金直接接触导致高强度结点。复合涂层Cr_(30)Al_(70)N/Ti_(50)Al_(50)N及单层的Cr_(30)Al_(70)N涂层膜基结合力高,表现出优于Cr_(30)Al_(70)N/Ti_(33)Al_(67)N复合涂层的抗摩擦磨损性能;前两者磨痕表面检出的W元素含量仅为Cr_(30)Al_(70)N/Ti_(33)Al_(67)N涂层的1/10。     

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...