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。     

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。     

电火花沉积AlCoCrFeNi高熵合金涂层的高速摩擦磨损性能

通过与传统电镀硬Cr涂层比较,研究了电火花沉积AlCoCrFeNi涂层的高速摩擦磨损性能。采用纳米压痕仪和摩擦磨损试验机测试涂层的纳米力学性能和摩擦系数,采用SEM、TEM、EDS和XRD分析涂层的微观结构、成分及相组成。结果表明,AlCoCrFeNi涂层晶粒细小,组织致密无裂纹,由BCC和FCC两相构成; AlCoCrFeNi涂层的硬度较硬Cr涂层的硬度提高了约10%,弹性模量降低了约8%,并具有更高的H/E与H3/E2值;与淬火GCr15钢球对磨时,当加载载荷为10 N、往复行程为10 mm、往复速率为800 r/min,AlCoCrFeNi涂层在稳定摩擦阶段的摩擦系数仅为0.25～0.33,而硬Cr涂层为0.65～0.73,AlCoCrFeNi涂层的磨损率较硬Cr涂层的磨损率减小了约41%;硬Cr涂层的磨损机制主要为粘着磨损,失效方式为因脆性裂纹扩展而产生的剥落,而AlCoCrFeNi涂层的磨损机制主要为微切削的磨粒磨损和氧化磨损,摩擦磨损过程中形成的氧化物层提高了涂层的耐磨性能。综上,AlCoCrFeNi涂层较硬Cr涂层具有更好的高速摩擦磨损性能。     

结晶器铜板等离子喷涂镍-石墨涂层的耐磨性

为提高连铸结晶器铜板的使用寿命和铸坯质量,采用超音速等离子喷涂技术在结晶器铜板材料Cr-Zr-Cu基体上制备镍-石墨自润滑涂层,利用扫描电镜(SEM)对喷涂粉末和涂层的组织形貌进行表征,通过球-盘式摩擦磨损实验研究载荷和温度对镍-石墨自润滑涂层、摩擦系数、磨损量的影响,并对涂层的磨损机制进行分析.结果表明:利用超音速等离子喷涂制备的镍-石墨涂层与基体结合良好,结构致密;涂层的摩擦系数和磨损量均随着载荷的增加而增加,不同载荷下涂层的磨损机制均是磨粒磨损,且随着载荷增加,磨粒磨损加剧;涂层的摩擦系数随着温度的增加而增加,且磨损机制均为氧化磨损,但是温度为225℃时,以石墨的润滑作用为主,温度为425℃时,石墨相被氧化镍覆盖,石墨的润滑作用降低,以氧化镍的润滑作用为主.镍-石墨涂层能显著降低Cr-Zr-Cu基体的摩擦系数和磨损量,提高结晶器的耐磨性能.     

利用热处理改善钒钛磁铁矿直接制备的铁基摩擦材料组织与性能

以攀枝花钒钛磁铁矿为原料,通过选择性碳热原位反应和真空烧结技术直接制备得到铁基摩擦材料.为进一步提高材料性能,本工作研究了淬火与回火处理对铁基摩擦材料组织和性能的影响.结果表明:900～1 000℃淬火使材料基体组织由珠光体向马氏体转变,硬度和摩擦性能随淬火温度的升高先提升后下降,在950℃时效果最佳,摩擦磨损行为由热处理前较严重的磨粒磨损和粘着磨损转变为磨粒磨损,且磨损程度降低.950℃淬火试样分别在250℃、500℃和650℃进行回火处理,基体组织随着温度的升高先由马氏体向低硬度屈氏体转变,而后转变为硬度更低的索氏体,但500℃回火时发生的回火二次硬化和碳化物的脱溶使得材料硬度提升,摩擦性能进一步提高,摩擦磨损行为表现为轻微的磨粒磨损.综合而言,950℃淬火+500℃回火处理后的铁基摩擦材料组织及性能最优,相比未热处理材料,硬度提高32％,磨损率降低61％,摩擦系数降低18％.     

AlCrNiFeTi高熵合金涂层的电火花沉积制备与摩擦磨损性能

采用真空电弧熔炼法制备直径为7 mm AlCrNiFeTi高熵合金(high-entropy alloy,HEA)作为电极,使用电火花沉积技术在304不锈钢表面成功制备了AlCrNiFeTi高熵合金涂层。通过XRD、OM、EDS、SEM、显微硬度计、摩擦磨损试验机对涂层的微观组织结构和摩擦磨损性能进行研究。结果表明,AlCrNiFeTi电极与涂层均以BCC1和BCC2简单固溶体为主,电极微观组织结构呈典型的树枝晶。涂层由沉积点堆叠铺展形成,表面均匀致密呈橘皮状、凸凹不平,为喷溅花样展开,涂层截面结构无宏观缺陷,厚度约为59.67μm。AlCrNiFeTi涂层最大显微硬度为587.3HV_0.2,比基材的硬度提高了约2.45倍。随着载荷的增大,涂层的磨损机制由氧化磨损和轻微磨粒磨损转变为磨粒磨损和黏着磨损。当摩擦载荷为5 N时,磨损率为1.213×10^-3 mm³/(N·m),摩擦因数仅为0.446,涂层的磨损率较基材的磨损率减小了约28.3%。     

超音速火焰喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层的组织结构与摩擦学性能

为进一步提高超音速火焰喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层的性能,采用超音速火焰喷涂技术在AISI1045钢基体上制备NiCr-Cr_3C_2涂层。采用扫描电镜、X射线衍射仪分析了涂层的形貌、相结构及化学成分;测试了涂层的显微硬度、弹性模量、结合强度等;采用摩擦磨损试验探究了涂层的摩擦学性能,得出了摩擦系数随时间的变化曲线及涂层的摩擦磨损机理。结果表明:超音速火焰喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层晶体结构复杂,含有单晶、纳米晶,还含有少量非晶相,且涂层结构致密,孔隙率低,显微硬度为916 HV3 N,弹性模量为248.671 GPa,结合强度为63 MPa;在不同载荷条件下,涂层的摩擦系数随时间变化趋势大致相同,且载荷越大,摩擦系数越低,磨损体积越大;载荷为20 N时,涂层磨损机制表现为黏着磨损,载荷增大到60 N时,涂层磨损机制过渡到磨粒磨损。     

冷热循环处理对钛基非晶合金摩擦学性能的影响EI北大核心CSCD

钛合金的耐磨性较差,在钛合金活动部件表面制备钛基非晶合金涂层是一种保持钛合金优势又提升其耐磨性的选择。采用X射线衍射仪、差示扫描量热仪、SEM、摩擦磨损试验机,对冷热循环处理前后钛基块体非晶合金的组织结构与摩擦行为进行比较研究。结果表明:经过冷热循环处理后的钛基块体非晶合金仍然保持着完全非晶态,弛豫焓提升11%。冷热循环处理后钛基非晶合金的平均纳米硬度从6.84 GPa降低到6.59 GPa,平均弹性模量从118.70 GPa降低到103.43 GPa,但硬度与弹性模量的比值增大。冷热循环处理后,钛基块体非晶合金在5 N和10 N的载荷下磨损率减小了约10%。与TC4合金相比,其在5 N和10 N载荷下的磨损率分别减小了20%和50%。TC4合金由于硬度较低,呈现较为严重的黏着磨损。冷热循环处理后,钛基非晶合金的磨损机制从铸态的磨粒磨损为主向磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损共同作用转变,且随着载荷的增大,黏着磨损减轻,磨粒磨损占据主导。因此,冷热循环处理是提升钛基块体非晶合金摩擦学性能的一种有效方法。     

微弧氧化处理对多孔Ti-15Mo合金显微结构、耐磨性和耐蚀性的影响

在铝酸盐电解液中对多孔Ti-15Mo舍金进行微弧氧化表面改性.利用SEM和XRD研究多孔舍金微弧氧化涂层的显微结构和相组成.采用显微硬度计、动电位极化曲线和球-盘摩擦磨损仪分析微弧氧化处理对多孔Ti-15Mo合金硬度、耐蚀性和耐磨性的影响.结果表明,微弧氧化处理未改变多孔Ti-15Mo合金原有的孔隙率和孔径,在合金表面和孔隙内壁呈现典型的粗糙多孔微弧氧化形貌.微弧氧化涂层主要由金红石TiO2和Al2TiO5相组成.经微弧氧化处理后,多孔Ti-15Mo合金的表面显微硬度提高了32％,摩擦系数降低了近50％,磨损率大幅度下降,磨损机制由磨粒磨损转变为粘着磨损.微弧氧化处理后多孔Ti-15Mo合金的耐蚀性较基体提高了近1个数量级,微弧氧化陶瓷涂层的保护效率高达90.78％.     

铸铁电火花沉积WC-8Co超细涂层的组织及性能

采用电火花沉积技术,在铸铁表面制备WC-8Co沉积涂层。利用XRD、SEM、显微硬度计、摩擦磨损试验机研究了涂层的微观组织及耐磨性能。结果表明,通过优化的沉积工艺参数可以获得组织均匀、致密且与基体呈冶金结合的沉积层。沉积层主要由Co3W3C、Fe3W3C、W2C和Fe7W6相组成;沉积层中弥散分布有大量的超细碳化物颗粒。沉积层的最高硬度为1512.1Hv,其耐磨性能是基体的2.3倍;沉积层的磨损机制主要是磨粒磨损和疲劳磨损。涂层中弥散分布的超细硬质相是沉积层硬度及耐磨性能提高的主要因素。     

微弧氧化处理对多孔Ti-15Mo合金显微结构、耐磨性和耐蚀性的影响

在铝酸盐电解液中对多孔Ti-15Mo合金进行微弧氧化表面改性。利用SEM和XRD研究多孔合金微弧氧化涂层的显微结构和相组成。采用显微硬度计、动电位极化曲线和球-盘摩擦磨损仪分析微弧氧化处理对多孔Ti-15Mo合金硬度、耐蚀性和耐磨性的影响。结果表明,微弧氧化处理未改变多孔Ti-15Mo合金原有的孔隙率和孔径,在合金表面和孔隙内壁呈现典型的粗糙多孔微弧氧化形貌。微弧氧化涂层主要由金红石TiO_2和Al_2TiO_5相组成。经微弧氧化处理后,多孔Ti-15Mo合金的表面显微硬度提高了32%,摩擦系数降低了近50%,磨损率大幅度下降,磨损机制由磨粒磨损转变为粘着磨损。微弧氧化处理后多孔Ti-15Mo合金的耐蚀性较基体提高了近1个数量级,微弧氧化陶瓷涂层的保护效率高达90.78%。     

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。     

定向凝固镍基复合涂层的摩擦磨损性能

用真空熔覆技术在ZG45表面制备出20%WC+Ni和5%G+20%WC+Ni复合涂层,研究了涂层的微观组织结构和常温摩擦磨损性能,揭示了磨损机理。结果表明:复合涂层由Ni基固溶体和Fe3Ni等硬质相组成,组织致密,与基体结合良好,微观组织具有定向凝固组织特征;涂层内和涂层与基体的结合界面处没有夹杂孔洞等缺陷;在摩擦参数相同的情况下5%G+20%WC+Ni涂层的摩擦系数及其波动范围和磨损量均低于20%WC+Ni涂层;20%WC+Ni涂层的磨损率随着频率的增大而增加,而5%G+20%WC+Ni复合涂层的磨损率的变化情况则相反;20%WC+Ni涂层以磨粒磨损与氧化磨损为主,5%G+20%WC+Ni涂层为微片层脆性断裂与氧化磨损为主。     

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。     

真空阴极电弧制备TiAlN涂层的硬度及摩擦学性能研究

采用真空阴极电弧制备了TiAlN涂层,研究了N2气压和基体负偏压对涂层硬度的影响规律,分析了涂层的致硬机理,探讨了硬度对摩擦学性能的影响。结果表明,N2降低入射离子能量,降低增原子扩散,导致晶粒细化;基体负偏压增大入射离子能量,导致涂层致密化并依次出现(200)、(111)、(220)、(200)择优取向。TiAlN涂层的硬度受Ti、Al、N原子间键能,生长面择优取向及晶粒显微组织的影响,其中最薄弱因素起决定作用。摩擦学性能研究表明,高硬度TiAlN涂层易形成磨粒磨损,摩擦系数和磨损率高;低硬度TiAlN涂层易发生粘着磨损,摩擦系数和磨损率低。     

微弧氧化处理对钛铌合金力学及摩擦磨损性能的影响

采用微弧氧化的方法于磷酸盐电解液中在二元β型TiNbx(x=5,10,15,20,25)合金表面制备了微弧氧化涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征各合金表面微弧氧化涂层的物相组成和微观形貌。采用纳米压痕仪、球-盘摩擦磨损实验仪分析了微弧氧化处理对钛铌合金力学性能、耐磨性的影响。结果表明,通过微弧氧化处理可以有效的在各基体表面制备出氧化涂层,表面微孔数目及大小无明显差别,拥有相似的致密度,氧化涂层主要由TiO₂相组成。随着基体Nb含量的增加,各基体表面微弧氧化涂层的硬度值与弹性模量表现出相同的变化趋势,Ti-15Nb合金表面微弧氧化涂层的硬度值和弹性模量值最大。经过微弧氧化处理后,Ti-5Nb和Ti-15Nb表面摩擦系数与基体相近,并无减摩效果;Ti-10Nb、Ti-20Nb和Ti-25Nb表面摩擦系数下降了55%以上,主要磨损机制由磨粒磨损变为粘着磨损,改善了合金的耐磨性能。     

励磁线圈电压对刀具42CrMo钢表面离子镀TiAlSiN涂层性能的影响北大核心CSCD

采用电弧离子镀技术在刀具42CrMo钢表面沉积制备TiAlSiN涂层,实验测试分析励磁电压对其的组织结构及其摩擦性能的影响。研究结果表明不同电压制备的TiAlSiN涂层表面形成了大量孔洞。随着电压升高后,涂层的粗糙度和厚度明显增加。所有层都形成了紧密结合状态,未产生明显缝隙结构,涂层都形成了具有柱状结构。当电压上升后,产生了更多的空隙,导致涂层致密度发生减小。逐渐提高电压后,获得了具备更高显微硬度的涂层,达到了比合金钢基体更高的硬度。随着电压升高,涂层的摩擦系数和磨损率先降低再升高,到达30 V电压时达到了最小的磨损率。涂层主要发生了磨粒磨损的情况。30 V电压时形成了更加平整的涂层表面,涂层的组织结构也变得更加致密,显著提高了耐磨性。     

环境和法向载荷对(TiVCrAlMo)N高熵合金薄膜摩擦学性能的影响

本工作研究了(TiVCrAlMo)N高熵合金薄膜在干摩擦、16烷、去离子水及三种粘度润滑油(0W-20、10W-30及5W-40)下的摩擦学行为,并探究了不同载荷(1 N、2 N和3 N)对其摩擦学性能的影响。结果表明：1 N和2 N下,高熵合金薄膜在16烷和润滑油中的摩擦系数远低于在干摩擦和去离子水中的摩擦系数,但在3 N下,高熵合金薄膜在去离子水中的摩擦系数出现大幅下降。在油润滑下,高熵合金薄膜在低粘度润滑油(0W-20)中的磨损率随载荷的增加而增大,而在中粘度润滑油(10W-30)中的磨损率随载荷的增加而减小,但在高粘度润滑油(5W-40)中的磨损率与载荷之间无明显的线性关系。高熵合金薄膜在干摩擦中的磨损机制是磨粒磨损和分层磨损,但随载荷的增加还伴有氧化磨损;在16烷中的磨损机制是疲劳磨损和氧化磨损,但在1 N下仅为轻微磨粒磨损;在去离子水中的磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。高熵合金薄膜在低粘度润滑油(0W-20)中1 N下的磨损机制是轻微磨粒磨损,但随载荷的增加转为疲劳磨损;相反的是,在中粘度润滑油(10W-30)中的磨损机制是疲劳磨损,但随载荷的增加转为轻微磨粒磨损;此外,高熵...     

励磁线圈电压对刀具42CrMo钢表面离子镀TiAlSiN涂层性能的影响

采用电弧离子镀技术在刀具42CrMo钢表面沉积制备TiAlSiN涂层,实验测试分析励磁电压对其的组织结构及其摩擦性能的影响。研究结果表明不同电压制备的TiAlSiN涂层表面形成了大量孔洞。随着电压升高后,涂层的粗糙度和厚度明显增加。所有层都形成了紧密结合状态,未产生明显缝隙结构,涂层都形成了具有柱状结构。当电压上升后,产生了更多的空隙,导致涂层致密度发生减小。逐渐提高电压后,获得了具备更高显微硬度的涂层,达到了比合金钢基体更高的硬度。随着电压升高,涂层的摩擦系数和磨损率先降低再升高,到达30 V电压时达到了最小的磨损率。涂层主要发生了磨粒磨损的情况。30 V电压时形成了更加平整的涂层表面,涂层的组织结构也变得更加致密,显著提高了耐磨性。     

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.