盾构滚刀材料表面镍基碳化钨涂层摩擦学性能研究

目的 盾构滚刀磨损是盾构施工中最常见的问题之一,为减缓刀具的剧烈磨损、延长刀具的使用寿命,采用等离子堆焊工艺在盾构滚刀表面制备镍基碳化钨涂层以强化滚刀性能,基于盾构滚刀服役的真实工况,研究滚刀涂层的摩擦学性能及其合理的评价方式.方法 对镍基碳化钨涂层在往复滑动、冲滑复合(冲击+滑动)两种相对运动模式下进行摩擦磨损试验研究.结果 制备镍基碳化钨涂层后可提高滚刀的耐磨性.往复滑动磨损后,镍基碳化钨涂层的磨痕宽度为0.42 mm,而H13钢的磨痕宽度达到0.78 mm,镍基碳化钨涂层的抗冲滑性能也明显优于H13钢.两种相对运动模式下镍基碳化钨涂层均主要承受磨粒磨损,但往复滑动模式下涂层存在局部剥落,而冲滑复合模式下则伴随一定的粘着磨损.结论在两种相对运动模式下,镍基碳化钨涂层表面的高硬度碳化钨颗粒都可阻止磨粒对较软镍基合金区域的切削与碰撞.相较往复滑动模式,冲滑复合模式下镍基碳化钨涂层要承受冲击和滑动的耦合作用,涂层的磨痕特征以及损伤形式都有明显的不同.采用冲滑复合运动模式的摩擦磨损试验能对盾构滚刀刀圈的摩擦学性能进行更全面、合理的研究及评价.     

冲击能量对 Fe-C-Mo-V 堆焊合金抗磨粒磨损性能的影响

采用含Fe-C-Mo-V的气体保护药芯焊丝堆焊制备磨损试样,并对其进行不同冲击能量下的动载冲击磨粒磨损试验. 通过扫描电子显微镜配合能谱分析、磨损失重测试和激光扫描共聚焦显微镜观察等测试方法,对熔敷金属的显微组织及磨痕特征进行分析及表征,研究了熔敷金属在不同冲击能量下的磨粒磨损行为. 结果表明,熔敷金属的显微组织主要由奥氏体基体、层片状共晶组织及团块状的VC硬质相构成. 熔敷金属的磨损失重、磨痕粗糙度以及磨痕深度均随冲击能量的增加而逐渐减小. 磨损机制为磨粒对奥氏体基体的微观切削以及塑性变形. 随着冲击能量的增加,熔敷金属产生加工硬化,磨痕亚表面出现形变马氏体组织,且VC硬质相与层片状共晶组织相互作用,共同提高堆焊层的硬度,从而提高基体的耐磨性,增强抗冲击性能.     

超音速火焰喷涂铝青铜涂层微动磨损行为

目的 改善铝合金的抗微动磨损性能.方法 采用超音速火焰喷涂技术在ZL114A铝合金表面制备铝青铜涂层,在不同温度(25、200、300℃)下对有、无涂层的ZL114A铝合金样品进行微动磨损测试,通过对涂层性能和磨痕形貌进行表征分析,探索铝青铜涂层的抗磨损性能.结果 铝青铜涂层均匀致密,与铝合金基体结合良好,显微硬度为279HV0.3,结合强度为74 MPa.不同温度(25、200、300℃)下,涂覆铝青铜涂层样品的平均微动摩擦系数分别为0.898、0.886、0.744,磨损率分别为10.249×10–7、0.035×10–7、0.207×10–7 m3/(N·m),相比基体的平均微动摩擦系数和磨损率,3种温度下分别下降了34.5％、42.9％和58.9％.对磨痕的形貌和三维轮廓的分析表明,在25、200、300℃下,铝青铜涂层的磨损机制不相同,25℃下为磨粒磨损和剥层,200℃下为磨粒磨损、剥层、氧化磨损和粘着磨损,300℃下为塑性变形、氧化磨损和粘着磨损.结论 制备的铝青铜涂层改善了基体的抗微动磨损性能.     

镁合金微弧氧化涂层高温磨擦磨损性能（英文）

在硅酸盐和磷酸盐复合电解液体系下,通过微弧氧化技术在AZ91D镁合金表面制备一层陶瓷涂层。利用XRD、SEM、激光共聚焦显微镜(LSCM)分别对涂层物相、涂层表面、截面和磨痕形貌进行观察分析。采用UMT-3高温摩擦磨损试验机研究涂层在150℃范围内的摩擦磨损性能。结果表明:涂层的平均摩擦系数随温度的变化先逐渐升高,当环境温度高于100℃时涂层平均摩擦系数开始降低。涂层磨损率远远低于镁合金基体磨损率并且涂层磨损率随温度的升高而降低,这说明微弧氧化涂层具有良好的耐磨损性能,尤其在高温条件下耐磨损性能更好。通过分析载荷为2 N作用时的磨痕微观形貌可知不同温度条件下涂层的磨损机理都主要为磨粒磨损。     

镁合金微弧氧化涂层高温磨擦磨损性能

在硅酸盐和磷酸盐复合电解液体系下,通过微弧氧化技术在AZ91D镁合金表面制备一层陶瓷涂层。运用XRD、SEM、激光共聚焦显微镜(LSCM)分别对涂层物相、涂层表面、截面和磨痕形貌进行观察分析。采用UMT-3高温摩擦磨损试验机研究涂层在150℃范围内的摩擦磨损性能。结果表明：涂层的平均摩擦系数随温度的变化先逐渐升高,当环境温度高于100℃时涂层平均摩擦系数开始降低。涂层磨损率远远低于镁合金基体磨损率并且涂层磨损率随温度的升高而降低,这可以说明微弧氧化涂层具有良好的耐磨损性能尤其在高温条件下耐磨损性能更好。通过分析载荷为2N作用时的磨痕微观形貌可知不同温度条件下涂层的磨损机理都主要为磨粒磨损。     

阴极离子镀TiAlSiN涂层高温摩擦与磨损性能

采用阴极离子镀在H13钢表面制备了TiAlSiN涂层,通过扫描电镜、X射线衍射仪、原子力显微镜分析了涂层表面-界面形貌、物相和三维表面微观形貌。利用EDS面扫描分析了磨痕表面化学元素分布,讨论了高温对涂层摩擦磨损性能的影响。结果表明,TiAlSiN涂层表面主要元素由Ti、Al、Si和N组成,主要物相为(Ti,Al)N,未发现Si3N4相;高温氧化后生成的致密氧化膜Al2O3提高了涂层高温抗氧化性,Si O2降低了涂层表面摩擦因数,结构疏松的Ti O2易导致涂层破裂和剥落;TiAlSiN涂层表面粗糙度高于基体表面粗糙度,磨痕表面Ti和Al元素出现贫集区,表明涂层被磨穿;在700、800和900℃下,涂层表面摩擦因数均在0.3左右,在700℃时磨损机制主要为氧化磨损和粘着磨损,在800℃和900℃时主要为氧化磨损,伴随着少量粘着磨损和磨粒磨损。     

高铝青铜磷光复合冷喷涂层的发光及摩擦磨损性能

目的将耐磨材料、涂层制备技术以及磷光粒子的指示功能结合,发展一种简便经济的涂层监测技术。方法采用冷喷涂技术在T3紫铜基体上制备高铝青铜涂层及高铝青铜磷光复合涂层,利用SEM、EDS及荧光分光光度计等观察冷喷涂层的形貌,分析发光粒子的分布及涂层发光性能,并在室温条件下采用CSM往复式摩擦磨损试验机对干摩擦条件下涂层的摩擦磨损特性进行测试和分析。结果磷光粒子均匀分布在复合涂层中。涂层有较好的发光性能,经紫外线激发后发出裸眼可识别的黄绿光。磷光粒子的添加提高了高铝青铜磷光复合涂层的硬度,涂层摩擦表面磨痕较浅,呈轻微磨粒磨损特征,而高铝青铜涂层摩擦表面发生严重塑性变形,有剥落块及磨屑粘附在磨痕表面,呈粘着、疲劳磨损特征。结论磷光粒子的添加提高了复合涂层的抗磨性。磨损后的磷光复合涂层经紫外灯照射后,无荧光现象发生,能够实现检测涂层存在与否的功能。     

Zn-Ni复合涂层的制备及其防腐耐磨性能研究北大核心

采用酸性电镀体系在304不锈钢基体上制备了Zn涂层、Ni涂层及Zn-Ni复合涂层,研究了各涂层的表面形貌、元素含量、结合强度、电化学腐蚀性能以及不同载荷和介质下的摩擦学性能。扫描电镜(SEM)结果显示Zn-Ni复合涂层具有致密的结构和优于基体的表面质量,能量色散光谱(EDS)研究发现Zn-Ni复合涂层在电镀过程中发生了异常共沉积。电化学腐蚀结果表明Zn-Ni涂层具有优于基体和单质涂层的腐蚀性能。往复摩擦试验结果发现,在不同载荷下Zn-Ni涂层具有更稳定的干摩擦性能,磨痕形貌表明Zn-Ni复合涂层在低载荷下以塑性变形和粘着磨损为主,随着载荷增加,涂层主要失效形式转变为裂纹扩展产生的鳞剥。采用三维表面形貌仪对磨损深度进行了表征,Zn-Ni复合涂层在不同载荷下的磨痕深度均小于基体的磨痕深度。     

Q345 D钢表面Fe-Cr-Mo激光熔覆层的组织及摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术在Q345D基体上制备Fe-Cr-Mo涂层,采用XRD、SEM、EDS、显微硬度计等手段进行熔覆层的物相组成、显微组织、成分分析和显微硬度,探讨了不同负载下涂层的摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层中形成了稳定的碳化物并生成了致密的氧化膜,并与基体呈现良好的冶金结合;由于固溶强化、细晶强化和弥散强化效应,涂层的平均显微硬度992 HV0.2,约为基体硬度的5倍;在F_N=2 N时,摩擦因数最大;随着载荷的增加,涂层的磨痕深度变大;当F_N=1 N时,涂层以磨粒磨损为主,当F_N=2 N时,涂层表面表现为磨粒磨损和黏着磨损,当F_N=3 N时,涂层出现了剥落磨损。     

高速高温条件下刷式封严环涂层与刷丝摩擦副磨损行为

目的 研究高速高温刮削条件下Ni Cr-Cr₂C₃涂层和SG37合金刷丝组成的摩擦副的磨损行为。方法 利用自制的高速高温刮擦试验机,在不同进给速度和过盈量条件下进行封严环涂层与刷丝摩擦副的高速高温刮削试验。用轮廓测量仪测量刷式封严环表面涂层的磨痕深度。用超景深显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察涂层及刷丝样品的原始形貌和磨痕形貌,并利用配备的EDS能谱仪分析磨痕表面元素成分,同时分析了摩擦过程中的磨损机理。结果 NiCr-Cr₂C₃涂层与SG37A合金刷丝在高速高温刮擦过程中发生了磨粒磨损、黏着磨损和刷丝材料向涂层的转移。刷丝之间也存在摩擦变形和磨损,这主要是由于刷丝与刷丝在磨损过程中发生了高温变形和挤压,由于“拖尾”现象的存在,使刷丝尖端的变形和挤压更加明显,高温下金属流动性的增加进一步促进了菱形的形成。通过分析不同过盈量和进给速度对磨痕深度的影响,发现过盈量和进给速度均对涂层磨痕深度存在影响,随过盈量和进给速度的增加,涂层磨痕深度增大。结论 高速高温的苛刻工况下,刷丝在磨损过程中具有显著的变形...     

聚合物基复合材料表面防护涂层的研究现状与展望

聚合物基复合材料相比金属等传统材料,其耐高温性能、抗固体颗粒冲蚀磨损性能等不足,导致聚合物基复合材料在高新技术领域、高温磨损等复杂工况中的应用受到严重制约.研究表明,在聚合物基复合材料表面制备功能性防护涂层,是一种有效提高或改变复合材料表面性能的途径.在介绍聚合物基复合材料基本性能特点的基础上,系统总结梳理了热喷涂、冷...     

Characterization of High-Temperature Abrasive Wear of Cold-Sprayed FeAl Intermetallic Compound Coating

FeAl intermetallic compound coating was prepared by cold spraying using a mechanically alloyed Fe(Al) alloy powder followed by post-spray annealing at 950 °C. The high-temperature abrasive wear test was carried out for the FeAl coating at a temperature range from room temperature to 800 °C. The high-temperature abrasive wear of a heat-resistant stainless steel 2520 was performed for comparison. It was observed that the abrasive wear weight loss of FeAl coating was proportional to wear cycles in terms of sample revolutions at the tested temperatures. It was found that with the increase of the test temperature higher than 400 °C, the wear rate of cold-sprayed FeAl coating decreased with the increase of test temperature, while the wear rate of the heat-resistant steel increased significantly. The results indicate that the high-temperature abrasive wear resistance of the cold-sprayed FeAl intermetallic coating increased with the increase of the wear temperature in a temperature range from 400 to 800 °C. The wear resistance of cold-sprayed FeAl coating was higher than that of heat-resistant 2520 stainless steel under 800 °C by a factor of 3.     

微米WC增强Ni60合金高频感应熔覆涂层耐磨性能

采用高频感应熔覆方法在Q235低碳钢基体上制备了不同含量的微米WC增强Ni60A合金复合涂层.用MLS-225型湿砂橡胶轮磨粒磨损试验机评价了涂层的耐磨性能,利用SEM,XRD观察并分析了涂层的显微组织和磨损表面形貌.结果表明,在相同试验条件下,涂层的硬度和耐磨性随WC含量的增加而提高,当WC含量少于30%时,WC分布不均匀,主要集中于涂层的中部,涂层中Cr7C3相以粗大的六方状和长条状存在,不利于涂层耐磨性的提高;当WC含量达到50%时,Ni基合金中加入WC的含量达到了合适比例,耐磨性最佳,相对耐磨性为Ni60A涂层的6.5倍;当WC含量达到60%时,涂层的硬度最高,但出现了较多的孔洞,大量未熔的WC颗粒在磨粒的反复作用下剥落形成了大的剥落坑,导致耐磨性下降.涂层与基体实现了冶金结合,涂层的磨损机制主要为轻微的塑性切削和硬质相的脆性剥落.     

铁基含TiC陶瓷粉电弧喷涂粉芯丝材的研究

采用电弧喷涂含TiC陶瓷粉末的粉芯丝材，在低碳钢基体上制备了铁基复合涂层。用MLS-225型湿砂橡胶轮磨损试验机测试了涂层的抗磨粒磨损性能。利用光学显微镜、SEM、XRD分析技术对涂层的显微组织结构、磨损表面和相组成进了研究。结果表明：采用电弧喷涂工艺可制备含TiC陶瓷硬质相的复合涂层，在铁基体上弥散分布着一定量的TiC硬质颗粒，使整个涂层得到强化，涂层显微硬度平均值约为1137HV0.1，涂层的抗磨粒磨损性能较好，相对Q235钢提高T6倍。涂层磨损机制主要为犁沟切削和脆性断裂。     

Oxidation,Mechanical and Tribological Behaviors of the Ni/cBN Abrasive Coating-Coated Titanium Alloys

In order to improve the oxidation and wear resistance of blades tip of titanium alloys as well as the sealing performance of the gas turbine engine,a Ni/cBN abrasive coating was prepared on titanium alloys through composite electroplating.Oxidation,mechanical and tribological properties of the abrasive coating were investigated.Furthermore,the effect of the oxidation on the mechanical and tribological properties was also evaluated.Oxidation results revealed that the abrasive coating underwent slight oxidation within 700 ℃.Meanwhile,some intermetallic compounds,Ni_3Ti,NiTi and NiTi_2,were formed at the coating/substrate interface during oxidation.Due to the pinning effect of cBN particles and the different thermal expansion coefficients of the coating and substrate,the coating/substrate interface was cracked after oxidation at 700℃.Tensile results showed that the presence of coating reduced the strength of the alloy significantly at room temperature,while only marginal variations of the strength of the coated and uncoated specimens at elevated temperatures.Besides,the wear tests indicated that the coating had the excellent cutting ability and wear resistance,which can effectively protect the blades tip of titanium alloys.As the temperature increased,the wear resistance decreased due to the decrease in the mechanical properties of the Ni/cBN coating.     

风力机叶片涂层冲蚀磨损实验装置的设计

风力发电机叶片在风沙环境中运行时会受到挟沙风的冲蚀,导致叶片表面涂层损毁并且降低叶片使用寿命,同时也增加叶片的维护成本。为了探究风力机叶片受挟沙风冲蚀磨损情况,研制一种涂层冲蚀磨损实验装置,该实验装置以压缩空气为动力,通过压缩空气气管接通气源。压缩空气在冲蚀管中建立工作压力,在冲蚀管内完成沙料和压缩空气充分混合,形成高速运动的挟沙风;再利用PLC控制步进电动机转速,通过螺旋推进器进行输沙率控制,由冲蚀管喷嘴喷出,喷射到风力机叶片模型表面对其进行冲蚀磨损实验。该冲蚀装置可实现多种冲击风速、携沙量、冲击角度的多工况磨损实验,能够提供较为精确的实验数据。     

双相不锈钢表面激光熔覆钴基合金组织和性能研究

目的提高2205双相不锈钢的耐磨性和耐腐蚀性能。方法采用激光熔覆技术,在2205双相不锈钢基体表面制备钴基合金熔覆层。用X射线衍射仪、光学显微镜检测钴基合金熔覆层的相组成和显微组织,用能谱仪测定熔覆层和基体界面区域的Fe和Cr元素分布,确定熔覆层界面过渡区域的宽度。用显微硬度计和湿砂磨粒磨损试验机,测试熔覆层硬度和耐磨性能。采用扫描电镜观察摩擦表面的磨损特性,分析钴基合金熔覆层的磨损机理。用电化学工作站测试熔覆层的电化学腐蚀特性,并用2205双相不锈钢作为对比试样做相应的性能试验。结果熔覆层由γ-Co固溶体和少量的Cr7C3、Cr2Ni3化合物相组成,界面处的熔覆层相组织是少量的平面晶和胞状晶,其他区域是发达的树枝晶。由于熔覆层由多道搭接和多层熔覆形成,树枝晶生长有方向性,但不是成固定的方向,并出现明显的分层现象。熔覆层过渡区范围为50μm左右,熔覆层平均显微硬度达477HV(0.1),远高于2205双相不锈钢基体(265HV(0.1))。当磨程达到3354m时,熔覆层的质量损失仅为10.3 mg,约为基体质量损失的1/3。在3.5%NaCl溶液中,熔覆层具有较高的极化电阻与电荷转移电阻和较小的自腐蚀电流。结论熔覆层组织致密,无气孔、裂纹等缺陷,与基体呈良好的冶金结合,钴基合金熔覆层具有良好的耐磨粒磨损性能和耐腐蚀性能。     

Influence of WC addition in Co-Cr-W-Ni-C flame sprayed coatings on microstructure, microhardness and wear behaviour

In present paper the influence of the tungsten carbide (WC) particle addition on the microstructure, microhardness and abrasive wear behaviour of flame sprayed Co-Cr-W-Ni-C (EWAC 1006) coatings deposited on low carbon steel substrate has been reported. Coatings were deposited by oxy-acetylene flame spraying process. Wear behaviour of coatings was evaluated using pin on flat wear system against SiC abrasive medium. It was observed that the addition of WC particle in a commercial Co-Cr-W-Ni-C powder coating increases microhardness and wear resistance. Wear behaviour of these coatings is governed by the material parameters such as microstructure, hardness of coating and test parameters (abrasive grit size and normal load). Addition of WC in a commercial powder coating increased wear resistance about 4-9 folds. WC modified powder coatings showed better wear resistance at high load. Heat treatment of the unmodified powder coatings improved abrasive wear resistance while that of modified powder coating deteriorated the wear resistance. SEM study showed that wear of coatings largely takes place by microgroove, crater formation and scoring. Electron probe micro analysis (E.P.M.A.) of unmodified and WC modified powder coating was carried out for composition and phase analysis.