高温化学气相沉积TiC/Ti(CxN1-x)/TiN层的组织结构及摩擦磨损性能

Ti(CxN1-x)涂层具有硬度大、强度高、耐磨等性能,而目前采用化学气相沉积法在不锈钢表面制备Ti(CxN1-x)多层涂层的报道较少。用高温化学气相沉积法在316L不锈钢表面分别制备了TiN单层涂层和TiC/Ti(CxN1-x)/TiN多层涂层,比较分析了2种涂层的显微形貌、相结构、硬度、界面结合力及耐磨性能。结果表明:TiC/Ti(CxN1-x)/TiN多层涂层结构致密,厚约10μm;TiN单层及TiC/Ti(CxN1-x)/TiN多层涂层均提高了316L不锈钢的硬度、耐磨性;与TiN单层涂层相比,TiC/Ti(CxN1-x)/TiN多层涂层的显微硬度和界面结合力更好,摩擦系数更低,磨损量更小,耐磨减摩性能更好;2种涂层的磨损破坏机制较一致,主要为磨粒磨损和摩擦氧化。     

丁腈橡胶在硬质颗粒环境下的摩擦磨损特性

采用销-盘接触方式考察丁腈橡胶/316L不锈钢配副的摩擦磨损性能,探讨有无Al2O3硬质颗粒及颗粒尺寸对其摩擦学行为的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)和表面轮廓仪分析配副材料的磨痕表面形貌。结果表明:硬质颗粒参与磨损能降低接触副表面的摩擦因数;大尺寸颗粒会加速橡胶的磨损并能嵌入橡胶基体形成微切削效应,而随着颗粒尺寸减小至数十微米时,颗粒的存在反而能减缓橡胶的磨损;但颗粒的介入均会加剧配副金属的磨损、硬质颗粒的犁削作用使钢球磨损表面存在大量的犁沟;此外,无颗粒及不同尺寸颗粒环境下丁腈橡胶/不锈钢摩擦副表现出不同的损伤机制。     

Si3N4和52100钢对磨副材料对CrN薄膜干摩擦学行为的影响

利用阴极电弧离子镀技术在316L不锈钢基体上制备了CrN薄膜。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪对CrN薄膜的形貌、成分和力学性能进行了表征。为了研究Si_3N_4和52100钢对磨副材料对CrN薄膜和316L不锈钢干摩擦行为的影响,在2N、5N、8N三种载荷下,将CrN薄膜和316L不锈钢基体与Si_3N_4陶瓷球和52100钢球分别进行了往复式滑动干摩擦实验。采用扫描电子显微镜观察了磨痕的微观形貌,并对CrN薄膜和316L不锈钢基体的磨损机制进行了分析。结果表明:CrN薄膜表面平整,缺陷较少;CrN薄膜的纳米硬度约为28GPa,弹性模量约为350GPa;与Si_3N_4陶瓷球相比,CrN薄膜与52100钢球摩擦时摩擦因数相对较小(保持在0.7左右)且更加稳定;316L不锈钢的摩擦因数远大于CrN薄膜且波动较大;对磨球为Si_3N_4陶瓷球时,CrN薄膜的主要磨损机制为磨粒磨损,伴有少量的氧化和黏着磨损,316L不锈钢的磨损机制主要为磨粒磨损和塑性变形,伴有少量的氧化和黏着磨损;对磨球为52100钢球时,CrN薄膜的主要磨损机制为黏着磨损,伴有少量的氧化,316L不锈钢的磨损机制主要为黏着磨损,伴有少量的氧化和磨粒磨损。CrN薄膜与两种对磨球的磨损量均小于316L不锈钢基体的磨损量,说明CrN薄膜有效提高了基体的耐磨性。     

TiN/Ti多层膜调制比对摩擦磨损行为影响的研究

考察了TiN/Ti多层膜调制比对其摩擦磨损行为的影响. 采用磁过滤阴极弧沉积的方法制备了具有不同调制比的TiN/Ti多层膜, 用扫描电镜和透射电镜对其层状结构及子层结构进行了观察和分析. 用纳米压痕和SRV摩擦磨损试验的方法, 对多层膜进行了纳米硬度和弹性模量测试以及摩擦磨损实验. 结果表明, 所制备的TiN/Ti多层膜层状结构清晰, 与基底结合良好, 调制比对多层膜的硬度和磨损特性影响较大, 而对摩擦系数的影响却不明显. 结合实验结果, 讨论了硬度与弹性模量的比值(H/E值)对TiN/Ti多层膜耐磨性的影响.     

Si3N4球/DLC膜摩擦副在真空环境下的摩擦学行为研究

采用非平衡磁控溅射技术在高速钢基体上制备了类金刚石(DLC)膜。采用球盘式摩擦磨损试验机考察了DLC膜在大气和真空环境干摩擦条件下的摩擦学性能,并比较分析了GCr15钢球和Si3N4球不同摩擦配副对DLC膜的摩擦学性能。采用光学显微镜及扫描电镜观察了摩擦副的磨损表面形貌。研究结果表明:由于转移膜的形成Si3N4球/DLC膜摩擦副在大气下具有良好的摩擦学性能;而在真空条件下摩擦副易发生明显的粘着磨损,使摩擦系数、磨斑增加,磨损表面上存在着较多的片状磨屑和微米级颗粒。     

不同调制周期的TiSiN/TaVN纳米多层膜的结构及性能

为了探究调制周期对TiSiN/TaVN纳米多层膜性能的影响,使用磁控溅射仪在304不锈钢和硅片上沉积TiSiN/TaVN纳米多层膜,采用X射线衍射仪、扫描电镜、纳米压痕仪、划痕仪、表面性能综合测试仪等分析和探索不同调制周期的TiSiN/TaVN纳米多层膜的微观结构、力学性能和摩擦学性能。结果表明：TiSiN/TaVN纳米多层膜均为面心立方结构,在(111)晶面和(200)晶面呈现择优取向。随着调制周期的增大,TiSiN/TaVN纳米多层膜的硬度、弹性模量、膜基结合力等先增大后减小,摩擦系数先减小后增大。当调制周期为8 nm时,TiSiN/TaVN纳米多层膜具有优异的力学性能和摩擦学性能,硬度最高为28.79 GPa,弹性模量最大为301 GPa,膜基结合力最高为29.2 N。薄膜硬度强化的主要原因是固溶强化和交变应力场。当调制周期为8 nm时,TiSiN/TaVN纳米多层膜的摩擦系数最小值为0.14,磨损机理主要为磨粒磨损和氧化磨损。TiSiN/TaVN纳米多层膜摩擦学性能改善的主要原因之一是摩擦过程中V元素与氧气反应形成了具有自润滑性能的Magnéli相氧化物V₂     

炭纤维增强聚醚醚酮复合材料在水润滑下的摩擦学行为

考察了炭纤维及PTFE增强PEEK复合材料在干摩擦和水润滑下的摩擦学性能,并研究了该复合材料在两种条件下的磨损机理.结果表明,干摩擦下复合材料的摩擦系数和磨损率随负荷的增加不断减小;水润滑下复合材料的摩擦系数随负荷的变化不大,磨损率随负荷的增加而增大.干摩擦下,复合材料的磨损以粘着磨损和磨粒磨损为主.水润滑条件下,磨损表面比较光滑,仅有微切削的痕迹,磨损方式以轻微磨粒磨损为主.干摩擦条件下,摩擦对偶表面仅有轻微的犁沟形成,表面形成一层薄而均匀且结合紧密的转移膜.水润滑下,对偶表面犁沟较深,犁削作用明显,转移膜的形成被明显抑制.水的冷却作用使得向摩擦对偶的粘着转移明显减轻,同时由于摩擦表面吸附水膜的边界润滑作用,显著改善复合材料的摩擦磨损性能.     

具有纳米调制结构的AlTiN/AlCrN复合涂层在干摩擦条件下的摩擦磨损性能研究

目的 研究干摩擦条件下不同AlTiN/AlCrN多层膜纳米调制结构对摩擦磨损行为的影响。方法 将处理过的合金工具钢和单晶硅片作为膜层生长的基底材料,在膜层制备之前,先对基底材料进行预处理,然后使用多靶磁控溅射纳米膜层系统沉积一系列不同调制周期和调制比的AlTiN/AlCrN纳米多层膜。通过控制涂层总厚度不变,在调制比为1︰1时,设计不同的调制周期,择优选出磨损量最小、耐磨性最好的调制周期,并以此为恒定值,进而设计不同调制比的试样。采用X射线衍射仪(XRD)、摩擦磨损试验机分析与表征纳米多层膜的微观结构和性能,研究调制周期和调制比对AlTiN/AlCrN纳米多层膜微观结构和干摩擦条件下摩擦磨损性能的影响。结果 AlTiN/AlCrN纳米多层膜主体均为面心立方结构,且在(111)、(200)和(220)晶面择优取向。调制结构对多层膜的磨损特性影响较大,当调制周期为14.4 nm时,在干摩擦条件下AlTiN/AlCrN纳米多层膜的摩擦磨损量最小;在调制周期恒定为14.4 nm情况下,当调制比为3︰1时,在干摩擦条件下AlTiN/AlCrN纳米多层膜的耐磨性能最好;AlTiN/AlCrN纳米多层膜的磨损机理主要以磨粒磨损和黏附磨损为主。结论 优化的AlTiN/AlCrN多层膜纳米调制结构技术可应用在切削刀具的表面再制造领域,从而延长刀具工作寿命,通过涂层良好的耐磨性能提升设备的加工效率。     

AISI 316L不锈钢表面沉积Ti掺杂金刚石薄膜及其性能

为了进一步评价医用材料AISI 316L不锈钢表面沉积掺杂Ti类金刚石薄膜的应用性能,采用离子束辅助沉积技术在AISI 316L不锈钢表面沉积了掺杂Ti类金刚石(DLC-Ti)薄膜.分别利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、摩擦磨损试验机、电化学工作站及纳米压痕仪对DLC-Ti薄膜的晶体结构,表面与截面形貌,摩擦磨损性能,电化学性能,硬度和弹性模量进行了表征.结果表明:DLC-Ti薄膜的摩擦系数超低(0.017～0.029)且未出现磨损,自腐蚀电位和点蚀电位相对于基体向正电位方向移动.DLC-Ti薄膜综合性能较好,在整形外科及刀具等应用方面具有很好的前景.     

AISI 316L不锈钢表面沉积Ti掺杂类金刚石薄膜及其性能

为了进一步评价医用材料AISI 316L不锈钢表面沉积掺杂Ti类金刚石薄膜的应用性能,采用离子束辅助沉积技术在AISI 316L不锈钢表面沉积了掺杂Ti类金刚石(DLC-Ti)薄膜。分别利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、摩擦磨损试验机、电化学工作站及纳米压痕仪对DLC-Ti薄膜的晶体结构,表面与截面形貌,摩擦磨损性能,电化学性能,硬度和弹性模量进行了表征。结果表明:DLC-Ti薄膜的摩擦系数超低(0.017~0.029)且未出现磨损,自腐蚀电位和点蚀电位相对于基体向正电位方向移动。DLC-Ti薄膜综合性能较好,在整形外科及刀具等应用方面具有很好的前景。     

AlTiXN/AlTiN(X=Cr,Si)纳米多层涂层的制备及铣削性能研究

采用电弧离子镀技术在硬质合金基体和立式面铣刀上分别沉积了AlTiN、AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN纳米多层涂层,采用扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪、能谱仪、纳米划痕、纳米压痕以及摩擦实验和切削实验等对AlTiN、AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN纳米多层涂层的结构、力学性能、摩擦性能和切削性能进行分析。结果表明,上述涂层表面形貌均较平整、大颗粒数量较少,涂层截面均较为致密。AlTiN涂层的膜基结合力为47 N,AlTiCrN/AlTiN在极限载荷为49.79 N时出现大块剥落,而AlTiSiN/AlTiN涂层的膜基结合力较大,为53.76 N。AlTiN、AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN涂层的硬度分别为24.9±3.42,26.24±2.36,32.74±4.21 GPa。在600℃高温摩擦磨损测试过程中,AlTiN涂层其磨损机制主要表现为磨粒磨损和氧化磨损,而AlTiCrN/AlTiN及AlTiSiN/AlTiN涂层磨损机制主要为粘着磨损和氧化磨损。涂层刀具铣削加工钛合金(Ti6Al4V)的寿命长短依次为AlTiNAlTiCrN/AlTiNAlTiSiN/AlTiN。AlTiN涂层刀具的磨损形式主要是粘着磨损氧化磨损,AlTiCrN/AlTiN涂层铣刀的磨损形式为磨粒磨损、粘着磨损及氧化磨损,AlTiSiN/AlTiN涂层的磨损形式为边界磨损、粘着磨损、氧化磨损。AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN多层涂层的硬度和膜基结合力较高且具有较低的磨损率,使得涂层在切削过程中具有更长的切削寿命。     

摩擦副类型对高速钢表面脉冲激光熔覆CrAlSiN薄膜摩擦性能的影响

以316不锈钢和TC11钛合金作为摩擦副类型,研究其对高速钢表面脉冲激光熔覆CrAlSiN薄膜表面摩擦磨损性能测试分析。研究结果表明:CrAlSiN薄膜表层部位存在许多针孔、凹坑和白色颗粒,并且颗粒尺寸都很大截面区域内生成了许多致密结构的组织,厚度2.5μm左右。薄膜硬度为2416 HV,和基体间的结合力等于53 N,达到良好综合性能。316不锈钢与CrAlSiN薄膜之间对磨后在薄膜表面生成了许多大尺寸磨痕,结合磨痕深度发生了轻微磨损;TC11钛合金与CrAlSiN薄膜进行对磨在薄膜上生成具有较大宽度磨痕,出现了轻度磨损。以不锈钢作为配副材料时,形成了较大的摩擦系数。以TC11钛合金作为配副材料时,发生了严重磨损的现象,跟316不锈钢对磨时形成了深度很大的磨痕。它们磨损机制相近,都是以磨粒磨损和粘着磨损为主。     

摩擦副类型对高速钢表面脉冲激光熔覆CrAlSiN薄膜摩擦性能的影响北大核心CSCD

以316不锈钢和TC11钛合金作为摩擦副类型,研究其对高速钢表面脉冲激光熔覆CrAlSiN薄膜表面摩擦磨损性能测试分析。研究结果表明:CrAlSiN薄膜表层部位存在许多针孔、凹坑和白色颗粒,并且颗粒尺寸都很大截面区域内生成了许多致密结构的组织,厚度2.5μm左右。薄膜硬度为2416 HV,和基体间的结合力等于53 N,达到良好综合性能。316不锈钢与CrAlSiN薄膜之间对磨后在薄膜表面生成了许多大尺寸磨痕,结合磨痕深度发生了轻微磨损;TC11钛合金与CrAlSiN薄膜进行对磨在薄膜上生成具有较大宽度磨痕,出现了轻度磨损。以不锈钢作为配副材料时,形成了较大的摩擦系数。以TC11钛合金作为配副材料时,发生了严重磨损的现象,跟316不锈钢对磨时形成了深度很大的磨痕。它们磨损机制相近,都是以磨粒磨损和粘着磨损为主。     

新型铝青铜合金的摩擦性能

试制了一种新型高强耐磨铝青铜,探讨了边界润滑条件下该合金与不锈钢对摩时热处理组织和摩擦磨损行为的关系.结果表明,经920℃固溶580℃时效处理后,合金具有优良的综合机械性能和摩擦学性能,主要的磨损形式为轻度的粘着磨损和磨粒磨损;经920℃固溶450℃低温时效后,合金性硬脆,耐磨性降低,主要的磨损形式为严重的磨粒磨损和疲劳磨损.     

基于耦合机制的宽温度自润滑陶瓷刀具材料

采用真空热压烧结工艺,制备TiB_2/(W,Ti)C/Ag(TWA)双润滑机制耦合从低温到高温均具有润滑性能的陶瓷刀具材料。X射线衍射(XRD)分析表明烧结过程中各组分化学相容性较好,断口形貌扫描电子显微镜(SEM)照片显示润滑剂Ag不仅能有效填充晶粒间隙,还能增强晶粒间黏结强度。以TiB_2/(W,Ti)C(TW)作为对比进行摩擦磨损实验,结果表明:室温下磨损表面均出现轻微机械犁沟,随着温度升高,TWA磨损表面形成富含润滑剂Ag的润滑膜,能有效减少摩擦系数与磨损量,400℃时其磨损量仅为TW磨损量的一半,TW、TWA主要磨损机制分别为磨粒磨损和黏结磨损。TiB_2在700℃原位生成的反应膜能提高复合材料减磨与耐磨性能,TW、TWA磨损机制主要为轻微磨粒磨损和氧化磨损。     

不同摩擦副条件下二硫化钼薄膜的摩擦学性能研究

为了研究MoS₂-Ti薄膜与9Cr18钢、W-DLC和DLC薄膜的摩擦学行为，分别采用磁控溅射技术和等离子体增强化学气相沉积技术在9Cr18钢表面沉积了MoS₂-Ti薄膜、W-DLC和DLC薄膜。用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)研究了薄膜的表面形貌、化学成分和相组成。利用纳米压痕仪和球-盘摩擦试验机对不同薄膜的纳米硬度和摩擦学性能进行了分析。研究结果表明，MoS₂-Ti薄膜与DLC薄膜的摩擦因数和磨损率最小。相比MoS₂-Ti薄膜与不镀膜的9Cr18钢球摩擦副，MoS₂-Ti薄膜与W-DLC薄膜摩擦副的摩擦因数和磨损率没有减小。MoS₂-Ti薄膜与W-DLC薄膜摩擦副的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损，与DLC薄膜摩擦副的磨损机制为黏着磨损。摩擦副表面沉积DLC薄膜有助于降低MoS₂-Ti薄膜的摩擦因数和磨损率。     

喷涂频率对车用316L钢表面等离子Mo-Al膜摩擦性能的影响北大核心CSCD

以车用316L不锈钢作为基材,对其实施等离子喷涂处理使其表面生成Mo-Al膜,分析表面温度变化、电弧特征以及形成的磨痕特点,对比了不同喷涂频率下得到的膜载流摩擦磨损特性。研究结果表明:当频率20 Hz时,在磨痕的表面区域形成了一层具有均匀尺寸的磨粒。元素分布表明Al元素发生了少量转移,跟膜层组织成分较为接近。在频率20 Hz下形成了具有完整结构的摩擦膜,此时在表面区域形成了尺寸均匀的磨粒。提高喷涂频率后,会引起摩擦副的大幅冲击并发生明显震动,温度迅速上升,更易发生氧化。当提高喷涂频率后,摩擦系数以及磨损率都发生了先减小再升高的变化规律,转折点在喷涂频率20 Hz,此时取值分别为0.326和68.5。     

氮/氟离子注入Ti6Al4V合金耐磨性研究

通过等离子体基离子注入(PBII)表面改性的方法,采用不同的负脉冲偏压对Ti6Al4V合金进行氮/氟离子注入,并研究了改性层的结构、硬度以及摩擦磨损性能等。利用原子力显微镜研究了改性前后的表面粗糙度变化,并用X光电子能谱分析了改性层表面结构和化学组成,还使用力学显微探针分析试样的硬度,并用球盘式摩擦磨损实验仪和扫描电镜表征了摩擦磨损性能并观察了磨痕形貌。测试结果表明:氮氟离子注入改性试样粗糙度降低,并形成了由Ti O2,Ti F3,Ti F4和Ti N等组成的改性层;改性试样的纳米硬度值较未处理基体提高;氮氟离子注入试样表现出更好的弹性回复行为;改性试样摩擦系数和磨损体积均较基体下降,磨痕形貌从粘着磨损为主转变为磨粒磨损,耐磨性改善;注氟偏压-20 k V的试样获得最理想的性能。     

电刷镀Ni-CNTs/PTFE纳米复合镀层的摩擦磨损与耐腐蚀性能

再制造工程中很多表面镀层要求具有优异的摩擦磨损与耐腐蚀性能,利用纳米电刷镀技术在45钢基材上制备NiCNTs、Ni-CNTs/PTFE、Ni-WC/PTFE-CNTs复合镀层。采用XRD和SEM观察电刷镀复合镀层表面相结构和微观形貌,采用球盘式摩擦磨损试验机测试其在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,采用动电位极化曲线研究其在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀行为。结果表明:Ni-WC/PTFE-CNTs复合镀层耐磨性能最优,其次为Ni-CNTs/PTFE、Ni-CNTs复合镀层,均强于纯镍镀层;当CNTs质量浓度分别为1.5g/L和1.0g/L时,Ni-CNTs复合镀层分别表现出最优的摩擦磨损性能和最佳的耐腐蚀性能,Ni-WC/PTFE-CNTs、Ni-CNTs/PTFE复合镀层次之。纯镍镀层和Ni-CNTs复合镀层的磨损机制是粘着磨损,Ni-CNTs/PTFE复合镀层的磨损机制主要是粘着磨损,其次为磨粒磨损,Ni-WC/PTFE-CNTs复合镀层的磨损机制主要是磨粒磨损和接触疲劳磨损。     

多层纳米TiO2薄膜的摩擦学性能研究

采用溶胶-凝胶法在普通载玻片上制备了1-4层纳米TiO2薄膜,使用AFM、SEM及UMT-2MT摩擦试验机等考察了薄膜的表面形貌、磨痕形貌及不同条件下的摩擦学性能.实验结果表明,所制备的薄膜平整、致密并具有良好的减摩抗磨性能.与TiO2/GCr15钢球相比TiO2/Si3N4陶瓷球摩擦副的摩擦学性能更稳定;薄膜的耐磨性能并不随膜层数的增加而增大,2层薄膜具有最佳的摩擦学性能;薄膜的摩擦失效机理主要为严重塑性变形、磨粒磨损和局部脆性断裂.