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。     

阴极弧离子镀制备AlCrN涂层的高温摩擦磨损行为

采用阴极离子镀在TiC金属陶瓷刀具表面制备了AlCrN涂层,采用球/平面接触方式考察了900℃高温时不同载荷作下涂层的摩擦磨损行为。通过扫描电镜观察了磨痕轮廓和微观形貌,并用能量散射谱和X射线衍射分析了磨损后涂层表面化学元素和物相的变化,讨论了载荷对涂层摩擦因数和磨损性的影响。结果表明,经900℃高温氧化后,涂层中N元素全部释放,形成Al和Cr的氧化物,改善了润滑性能和磨损性能;在载荷600,800和1000 g作用下,涂层摩擦因数平均值分别为0.1455,0.3939,0.4188,在载荷600 g时表现出优良的摩擦特性,适用于精密切削加工;在高温下AlCrN涂层表现为氧化磨损,同时伴随着少量的磨粒磨损和黏着磨损。     

AlCrN硬质涂层材料的研究进展

综述了AlCrN涂层、以AlCrN为基的多元涂层和纳米技术涂层的研究现状,侧重描述了其结构、热稳定性、抗腐蚀性和机械加工性能,并重点介绍了Al在涂层中的作用及影响.研究表明:在AlCrN涂层中添加某些合金元素可进一步提高其综合性能;应用纳米技术形成的纳米多层结构和纳米复合结构也能促进AlCrN涂层性能的提高.对AlCrN涂层进行多元化以及纳米技术的应用是该涂层材料今后的发展方向.     

QT600材料表面离子镀AlCrN涂层的耐磨性能研究

采用多弧离子镀膜的方法在空压机转子QT600表面制备AlCrN涂层,详细研究干滑动摩擦条件下,不同载荷对涂层和基体的滑动摩擦学特性.研究结果表明:转子基体的磨损形式主要为黏着与磨粒磨损,载荷越高,磨粒磨损越严重;Al-CrN涂层在2N载荷下的磨损形式主要为黏着磨损,在8N载荷下主要为黏着与磨粒磨损.     

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。     

冷喷涂制备锡青铜/准晶复合涂层的微观结构及其摩擦学行为

利用冷喷涂技术制备锡青铜以及锡青铜/准晶复合涂层,采用光学显微镜、扫描电子显微镜以及硬度计等分析涂层的微观组织与微观硬度,对所制备的涂层进行干摩擦实验,并依据磨痕形貌分析主要磨损机理。研究准晶颗粒作为强化相粒子对于涂层的微观结构及摩擦行为的影响。结果表明:冷喷涂混合粉末所制备复合涂层表现出较高的致密度与微观硬度,硬质准晶颗粒表现出相对较低的沉积效率,复合涂层相对于纯青铜涂层具有稍低的摩擦因数与较高的磨损率,颗粒磨损对复合涂层的摩擦行为起主要作用。     

超音速火焰喷涂氧化铬陶瓷涂层的干滑动摩擦磨损性能

采用箱式电阻炉对超音速火焰喷涂氧化铬陶瓷涂层进行热处理,利用显微硬度计、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和摩擦磨损试验机等设备,研究热处理温度对氧化铬涂层室温条件下干摩擦性能的影响,并讨论涂层的磨损机制。结果表明,在实验条件下,500℃热处理涂层的综合耐磨减摩性能最好。热处理未能改变涂层的磨损机制,在10N载荷下,涂层的磨损机制以磨粒磨损为主,并伴有轻微的剥落磨损;而在25N载荷下,涂层的磨损机制则以剥落磨损为主,并伴有磨粒磨损。     

热喷涂技术在摩擦磨损领域应用研究

该文综述了热喷涂技术在摩擦磨损领域应用的研究现状及进展,主要论述了喷涂方法、喷涂工艺、喷涂材料、涂层结构、涂层处理及喷涂涂层的磨损机理等方面在摩擦磨损领域的研究与进展,通过上述几方面的讨论与分析,总结了热喷涂涂层在摩擦磨损领域具体的应用情况,分析和总结了热喷涂涂层在摩擦磨损领域应用失效的主要原因和形式,并提出了提高热喷涂技术在摩擦磨损领域应用能力的方法和措施。     

等离子喷涂MoS2/Cu基复合涂层真空摩擦磨损性能

以MoS2/Cu复合粉体为原料,采用等离子喷涂技术在2A12铝合金基体上制备MoS2/Cu基复合涂层。运用扫描电镜、能谱、X射线衍射、拉曼光谱等手段对涂层显微结构、磨损表面进行表征,并利用GTM-3E球盘式真空摩擦磨损仪探讨真空环境下MoS2/Cu基复合涂层的摩擦行为。结果表明:MoS2颗粒均匀分布于涂层中;涂层结构比较致密且与铝基体结合牢固;XRD分析表明复合涂层物相组成主要为Cu,MoS2相及Cu2O相。实验条件下复合涂层表现出优异的真空减摩效果,涂层的真空摩擦因数在0.05～0.15之间。真空磨损过程中,MoS2自润滑膜层的形成是涂层低摩擦因数的主要原因;真空磨损机理主要表现为疲劳磨损和脆性断裂。     

纳米Fe2O3对聚氨酯/聚偏氟乙烯复合涂层摩擦学性能的影响

利用M-2000型摩擦磨损试验机考察了干滑动下纳米Fe2O3改性的聚氨酯/聚偏氟乙烯(PU/PVDF)复合涂层的摩擦磨损性能。采用扫描电子显微镜分析了纳米Fe2O3在复合涂层中的分布以及涂层的磨损表面。结果显示纳米Fe2O3在涂层中分布比较均匀,少量的纳米Fe2O3的加入不仅降低了聚氨酯/聚偏氟乙烯复合涂层的摩擦系数,而且还提高了聚氨酯/聚偏氟乙烯复合涂层的抗磨性。负载对复合涂层的摩擦磨损性能有较大的影响,随着负载的增加,涂层的磨损率升高。     

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.     

轴向送粉等离子喷涂纳米氧化铬涂层的结构与性能

普通等离子喷枪外径向送粉,粉末利用率低,采用轴向送粉等离子喷涂系统在不锈钢上制备了纳米氧化铬涂层.测试了涂层的硬度及结合强度;应用SRV振动摩擦磨损试验机研究了涂层的摩擦磨损性能;通过金相、场发射扫描电子显微镜及X射线衍射对涂层的形貌及组织结构进行了研究.结果表明,与普通氧化铬涂层相比,纳米氧化铬涂层的硬度及结合强度更高、摩擦系数更低、抗摩擦磨损性能更好.     

钻杆接头材料表面陶瓷复膜摩擦磨损行为

为了提高钻杆接头的耐磨损性能,选用由Ti、Cr、Al的氮化物、碳化物和氧化物所构成的金属陶瓷在钻杆接头材料(37CrMnMo)表面制备了多层陶瓷膜层。采用金相显微镜和扫描电子显微镜对金属陶瓷膜层的表面形貌及组织结构进行了分析。用MST3000摩擦磨损试验仪对钻杆接头材料进行旋转摩擦试验,得到表面陶瓷涂层摩擦系数的变化规律,结合摩擦副表面形貌观察和磨屑成分分析,分析了表面陶瓷涂层的耐磨性,探讨了表面陶瓷涂层的动态摩擦磨损机理。结果表明,在摩擦的初始阶段,表面陶瓷涂层摩擦系数急剧增加,随后稳定于某一定值,并在该值附近波动,波动范围逐渐增大。随着磨球被磨平,磨损形式由点面接触磨损,逐渐转换为面面接触磨损,磨斑面积不断增大。摩擦磨损开始以磨粒磨损为主,随着摩擦过程中挤压的加剧和温度的升高,磨屑发生塑性变形,形成不断增厚的转移层,覆盖于对磨面上,阻碍陶瓷涂层与对磨件的直接接触,从而减轻陶瓷涂层的摩擦磨损。     

化学气相沉积C-TaC涂层的结构及其摩擦性能

利用Ta Cl5-C3H6-Ar反应体系,用化学气相沉积法(CVD),在高纯石墨表面制备了不同炭含量的C-Ta C复相涂层。研究了室温条件下C-Ta C复相涂层的摩擦学性能。采用扫描电镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪等对涂层的微观组织结构及摩擦表面形貌进行了分析。研究发现:Ta的加入促使热解炭中更多sp2杂化键的形成,促进炭基涂层的石墨化。当炭含量为86.4%(质量分数)时,涂层结构为热解炭与Ta C晶粒相结合的纳米复相结构,此时涂层的摩擦系数最低,为0.13,且摩擦曲线平稳,磨损机制主要为磨粒磨损、黏着磨损和疲劳磨损。通过调节涂层中热解炭的含量以及晶粒大小可改善其摩擦学性能。     

CrNi3MoVA钢表面磁控溅射Ta涂层的摩擦磨损性能

为进一步提高火炮身管寿命,利用磁控溅射技术在CrNi3MoVA钢表面沉积了Ta涂层。沉积态Ta涂层由体心立方相α-Ta和亚稳态四方相β-Ta组成,在850℃下真空退火3h后其全部转化为单一的α-Ta相。利用纳米压痕仪和摩擦磨损试验机测试了α-Ta涂层的硬度、弹性模量及摩擦系数,结合扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)及掠入射X射线衍射(GIXRD)分析了涂层的微观结构,并与传统电镀硬Cr涂层进行比较,研究了α-Ta涂层的摩擦磨损性能。结果表明:α-Ta涂层的摩擦系数(0.70~0.80)略小于硬Cr涂层的摩擦系数(0.75~0.85),α-Ta涂层的磨损机制主要为粘着磨损,而硬Cr涂层的磨损机制主要为疲劳磨损和粘着磨损。     

干摩擦条件下3Cr13涂层的磨损寿命研究

在MM200摩擦磨损试验机上对高速电弧喷涂3Cr13涂层进行了干摩擦条件下的磨损寿命试验,通过恒定应力加速模型分别建立了载荷、涂层厚度、摩擦副转速与3Cr13涂层磨损寿命的关系图,并采用多元回归分析建立了预测3Cr13涂层磨损寿命的模型,对影响因素进行了相关度分析.结果表明:载荷的增大引起涂层内分层失效,涂层厚度的减小则引起涂层整层剥落,摩擦副的转速主要影响摩擦副间的犁沟和微切削程度.影响磨损寿命大小的因素依次顺序为:涂层厚度、载荷和摩擦副转速.     

高速车轮钢表面激光熔覆铁基合金涂层的摩擦磨损性能

为了探究激光熔覆对高速车轮钢合金涂层摩擦与磨损性能的影响,利用LDM2500-60型半导体全固态激光器在高速车轮钢表面激光熔覆制备Fe基合金涂层。分别采用金相显微镜、能量色散X射线光谱仪、X射线衍射仪(XRD)分析了熔覆涂层的组织结构、元素分布以及物相,利用MM-2000高速摩擦试验机研究了高速车轮材料激光熔覆处理前后轮轨材料的摩擦磨损性能。结果表明:激光熔覆处理能有效改善车轮材料的抗磨损性能,熔覆涂层主要由γ-Fe、Cr7C3碳化物以及含铁固溶体等物相组成,涂层组织主要以树枝晶和共晶为主;车轮合金涂层的磨损速率相比基体材料降低了51%左右,车轮熔覆铁基合金后的轮轨磨损机制主要表现为轻微的磨粒磨损和氧化磨损。     

超音速火焰喷涂WC-Co与NiCr-Cr2C3涂层磨损性能研究

采用超音速火焰喷涂(HVOF)工艺制备了WC-Co和NiCr-Cr2C3涂层,测定了涂层孔隙率、显微硬度及油润滑下摩擦磨损过程中涂层材料失重,得出涂层摩擦系数随时间的变化关系,分析了涂层摩擦磨损机理.结果表明,WC-Co和NiCr-Cr2C3涂层致密,孔隙率分别为1.29%和1.08%,显微硬度分别为1140HV0.3和950HV0.3.两种涂层均在摩擦时间25min时进入稳定磨损阶段,稳定摩擦系数均为0.1,涂层摩擦失重极小.油润滑下WC-Co涂层的摩擦磨损方式主要以为接触疲劳为主,伴随轻微的粘着磨损和磨粒磨损;NiCr-Cr2C3涂层碳化物的剥落和表面划痕较为明显,表面裂纹明显增多.     

纳米电刷镀In层真空辐照环境下摩擦学性能研究

采用纳米电刷镀技术在(n-Al2O3/Ni)工作层上制备了In涂层,利用扫描电子显微镜和能谱仪观察和分析了In涂层在大气、真空、原子氧辐照、紫外线辐照后的表面、磨痕形貌及元素组成.利用真空摩擦磨损试验机分别完成了干摩擦条件下大气、真空、原子氧辐照及紫外线辐照四种环境下的摩擦磨损性能测试.结果表明:金属铟在常态下具有良好...     

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。