类表面织构化镍基复合涂层的摩擦磨损性能

在低碳钢表面添加质量分数为20%的WC和6%的石墨颗粒,采用真空熔覆方法制备出具有类织构切面形貌的镍基合金(Ni0)复合涂层,研究了复合涂层的显微组织形貌及形成机理、相组成以及干摩擦条件下的摩擦磨损性能,并与镍基合金(Ni0)、碳化钨增强镍基合金(Ni0+20%WC)、石墨改性镍基合金(Ni0+6%石墨)三种涂层进行了比较。结果表明,WC呈不连续的三维网状分布在镍基合金基体中,镍基合金主要由基体相γ-Ni,铬化物硬质相CrB、Cr7C3、Cr23C6和共晶相Ni3B、Ni3Si构成;WC和石墨的单独加入都能提高复合涂层的摩擦磨损性能,类织构组织复合熔覆层的摩擦磨损性能优于相同组成的硬质颗粒单独弥散分布的复合熔覆层;在WC和镍基合金基体组成的类织构形貌结构和石墨润滑相的共同影响下,复合涂层比单一镍基合金涂层的耐磨性提高大约9.6倍。     

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。     

激光熔覆WC/Ni基复合涂层高温滑动干摩擦磨损性能

利用激光熔覆技术制备微米团聚和块状两种不同类型WC/Ni基复合涂层。在MMG-10型摩擦磨损试验机上对涂层进行高温滑动干摩擦磨损实验,并用SEM和EDS对涂层进行磨损形貌观察和成分分析。结果表明,激光熔覆WC/Ni基复合涂层高温磨损性能随着WC含量增加而提高,WC形态为微米团聚质量分数为60%的复合涂层具有优良的高温耐磨性能。高温下60%WC/Ni基复合涂层主要磨损机制由低温下的磨料磨损转变为氧化磨损和磨料磨损复合作用。     

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。     

TC4钛合金表面激光熔覆NiCrCoAlY-Cr3C2复合涂层的摩擦和高温抗氧化性能

为了提高TC4 钛合金表面摩擦磨损和高温抗氧化性能,以 NiCrCoAlY+20%(质量分数)Cr3 C2 混合粉末作为熔覆粉末,采用激光熔覆技术在TC4 钛合金表面制备NiCrCoAlY-Cr3 C2 复合涂层,利用OM,SEM,XRD,EDS等分析涂层的显微组织和物相组成;采用 HXD-1 000TB 显微硬度计测量涂层显微硬度;采用 MMG-500 三体磨损试验机与 WS-G1 50 智能马弗炉对涂层和基体进行摩擦磨损及高温抗氧化实验.结果表明:利用激光熔覆技术在 TC4 钛合金表面可以制备形貌良好、无裂纹和气孔等缺陷的复合涂层.熔覆区显微组织结构致密,多为针状晶和树枝晶;结合区的显微组织主要由平面晶、胞状晶和树枝晶组成,生成了多种可提高耐磨性和高温抗氧化性的碳化物、氧化物和金属间化合物.复合涂层的最高显微硬度为 1344HV,约为钛合金基体 350HV的 3.8 倍;复合涂层的摩擦因数为0.2～0.3,较钛合金基体的摩擦因数0.6～0.7 明显下降;相同条件下复合涂层的磨损失重为0.00060 g,是钛合金基体磨损失重 0.06508 g 的0.9%;恒温 850 ℃氧化 100 h后复合涂层氧化增重为 6.01 mg·cm－2 ,约为钛合金基体氧化增重 25.10 mg·cm－2的24%.激光熔覆技术有效改善了TC4 钛合金表面的摩擦磨损和高温抗氧化性能.     

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。     

304不锈钢激光原位合成自润滑涂层的宽温域摩擦学性能

由于304不锈钢在中、高温下摩擦学性能较差,制约了其在重要摩擦运动副零部件上的应用。为改善304不锈钢的摩擦学性能,以Ni60粉末为增韧相,WS2为合成润滑相的前驱化合物,TiC为高硬度耐磨相,采用高能激光束在其表面原位合成自润滑耐磨复合涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机和探针式材料表面磨痕测量仪表征涂层和基体的物相、微观结构、显微硬度与表面形貌,并系统研究涂层和基体在20,300,600,800℃下的摩擦学性能及其磨损机理。结果表明:涂层主要由Cr0.19Fe0.7Ni0.11,Ti2SC,Fe2C,Cr7C3,CrS和WS2组成;涂层的平均显微硬度(302.0HV0.5)略高于基体(257.2HV0.5),但涂层上部区域的硬度(425.4HV0.5)约为基体的1.65倍;涂层在所有等温摩擦学实验中摩擦因数和磨损率均低于基体,300℃时涂层润滑效果最好,摩擦因数为0.3031,600℃时涂层耐磨效果最好,磨损率为9.699×10^-5 mm^3·N^-1·m^-1。     

钛合金表面激光熔覆Co-WC复合涂层的组织及力学性能

在钛合金TC4(Ti-6Al-4V)表面利用激光熔覆Co-WC复合涂层,利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和硬度计研究涂层的微观组织及力学性能。结果表明,Co+15%WC、Co+30%WC及Co+45%WC试样熔覆层与基体都实现了冶金结合,表层激光熔覆层涂层内组织均匀致密,没有气孔、裂纹等缺陷。而Co+60%WC试样虽然熔覆层与基体界面也为冶金结合,但是熔覆层内发生了开裂。激光熔覆Co-WC复合熔覆层的宏观洛氏硬度较TC4基体提升了2~3倍,合金粉末中WC的含量比例越高,熔覆涂层试样的宏观洛氏硬度的提升越明显。4种熔覆试样从基体到熔覆层表面,其显微硬度都是逐渐升高的趋势,熔覆层表面显微硬度达到TC4基体的显微硬度的近3倍。在Co基合金粉末中添加WC的最大含量为45%,高于45%之后,熔覆层显微硬度值下降。     

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%。     

激光熔覆原位自生TiC颗粒增强镍基复合涂层的组织与耐磨性

采用预置粉末法在45钢表面进行激光熔覆镍基Ni60A+x%(SiC+Ti)(质量分数,下同)复合粉末涂层的实验研究。使用往复式磨损试验机对不同涂层材料的熔覆层进行干摩擦磨损实验,利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)观察和分析熔覆层的显微组织与磨损形貌。结果表明:复合粉末通过原位反应生成弥散分布的TiC颗粒增强复合涂层,随着(SiC+Ti)含量的增加,颗粒状TiC的尺寸和数目逐渐增加;复合粉(SiC+Ti)含量达到60%时,微观组织有气孔和夹杂缺陷;复合粉(SiC+Ti)含量为48%时,熔覆层耐磨性最佳;复合涂层的磨损主要为磨粒磨损,机理为微观切削和挤压剥落。     

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。     

超音频感应熔覆钴基涂层的组织与摩擦磨损性能

为提高45钢的摩擦磨损性能,采用超音频感应熔覆技术在45钢基体上制备Co基合金涂层,研究涂层的微观组织形貌、物相组成、显微硬度以及摩擦磨损性能.结果 表明:Co基合金涂层与基体冶金结合,涂层内无孔洞、裂纹等缺陷;涂层物相组成复杂,主要由γ-Co、γ-(Fe,Ni)、Cr23C6、Cr7C3、Co7W6以及金属间化合物Co3Fe7和FeNi3组成;钴基合金涂层的显微硬度约为573.1 HV0.2N,是基体45钢(215.0 HV0.2N)的2.67倍;在室温干摩擦条件下,钴基合金涂层的摩擦磨损性能优于45钢基体,其磨损形式为轻微的磨粒磨损和黏着磨损.     

牛血清环境下等离子喷涂ZrO_2增强羟基磷灰石涂层的摩擦磨损性能

为了研究ZrO_2增强羟基磷灰石(HA)复合涂层在牛血清润滑环境下的摩擦磨损性能,首先,采用等离子喷涂技术在钛合金基体上制备了ZrO_2含量分别为0、15wt%和30wt%的HA生物陶瓷涂层;然后,分析了ZrO_2/HA复合涂层的物相成分和结合强度;最后,采用UMT-3销盘摩擦试验机研究了ZrO_2/HA复合涂层在牛血清润滑环境下的摩擦磨损性能,观察涂层磨损表面微观形貌并分析了磨损机制。结果表明:HA涂层的主要物相为HA,15wt%ZrO_2/HA复合涂层和30wt%ZrO_2/HA复合涂层中的ZrO_2以立方相形式存在,并且衍射峰强度高于HA的。随着ZrO_2含量增大,涂层的结合强度明显增大。ZrO_2/HA复合涂层与纯HA涂层相比,有更好的耐磨性和更低的摩擦系数。纯HA涂层的磨损机制以犁沟效应和磨粒磨损为主,而15wt%ZrO_2/HA复合涂层和30wt%ZrO_2/HA复合涂层的磨损机制为脆性剥落磨损。     

放电等离子烧结Ni60_WC涂层的显微组织与性能

利用放电等离子烧结技术在45钢基体上制备了Ni60_WC涂层,并分析和研究了Ni60_WC涂层的显微组织、界面结合情况以及耐磨性能。结果表明,Ni60_WC涂层主要由WC、FeW3C、Cr23C6、Ni3Fe等相组成;涂层平均硬度为968.5HV0.3,过渡层硬度在968.5~225.2HV0.3呈梯度分布,宽度约为0.25mm,涂层与基体属于冶金结合;在磨粒磨损条件下涂层体积磨损率为2.31×10-2cm3。     

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。     

Al(Ni)含量对钛合金激光熔覆AlNiMoSi复合涂层摩擦学性能的影响

研究含Al、Si元素涂层的摩擦学性能可为其应用提供重要的理论参考。以Al、Ni、Mo、Si粉末为原料,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V合金表面制备了Al质量分数分别为20%(Ni的为40%),30%(Ni的为30%),40%(Ni的为20%)的AlNiMoSi复合涂层,分别命名为20Al、30Al、40Al复合涂层。采用XRD、SEM和EDS分析了涂层的物相和显微组织,并测试了复合涂层的干滑动磨损性能。结果表明:20Al、30Al和40Al复合涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.380,0.258,0.325和9.36×10~(-5),8.43×10~(-5),1.05×10~(-4)mm~3/(N·m),30Al复合涂层的磨损性能最好,主要是因为该涂层中TiC和Ti3Al含量较高;20Al和40Al复合涂层的磨损机理主要为黏着磨损和磨粒磨损,30Al复合涂层的磨损机理主要为轻微的磨粒磨损。     

激光熔覆FeCoCrNi系高熵合金涂层的组织及高温摩擦学性能EI北大核心

高熵合金涂层在提高不锈钢基材的耐磨性方面具有巨大的潜力。为探究Cu/Si两种元素掺杂对FeCoCrNi高熵合金涂层组织及高温摩擦学性能的影响,采用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备出FeCoCrNiCu_(x)和FeCoCrNiSi_(x)系列高熵合金涂层。采用XRD,SEM,EDS等手段表征了涂层的微观组织及物相分布,通过高温摩擦磨损试验机测试了涂层的高温摩擦学性能。结果表明:在合适的激光熔覆工艺参数下,FeCoCrNiCu_(x)和FeCoCrNiSi_(x)高熵合金涂层均形成了单一的FCC型固溶体,与基体呈良好的冶金结合;Cu元素的加入降低了FeCoCrNi涂层表面硬度,但由于涂层热导率提高,界面结合情况改善;Si元素的加入促进了晶粒细化,提高了涂层表面硬度;在600℃下,Cu/Si元素的加入对涂层的摩擦学性能均有明显改善,其中FeCoCrNiCu及FeCoCrNiSi涂层的摩擦因数分别为0.24和0.19,磨损率分别为1.58×10^(-4)mm^(3)·N^(-1)·m^(-1)和6.77×10^(-5)mm^(3)·N^(-1)·m^(-1),相比于FeCoCrNi涂层分别降低了56.1%和81.9%。FeCoCrNiCu涂层主要磨损机制为氧化磨损、疲劳磨损及轻微磨粒磨损,而FeCoCrNiSi涂层为氧化磨损。     

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。     

高速电弧喷涂再制造曲轴用复合涂层的设计与研究

为提高再制造曲轴的涂层性能和使用寿命,设计了FeAlCrNi/3Cr13、Ni95Al/3Cr13和1Cr13/3Cr13的3种复合涂层和不喷涂过渡层的3Cr13涂层,利用扫描电镜、能谱仪和微动摩擦磨损设备等测试技术分析了4种涂层的微观组织和微区成分组成,研究了喷涂不同过渡层对复合涂层结合强度的影响,重点考察了FeAlCrNi/3Cr13复合涂层的耐磨性能.结果表明, FeAlCrNi/3Cr13复合涂层组织致密,孔隙率约3.2%,氧化物含量低,涂层平均结合强度达到46.6 MPa,复合涂层在高载荷油润滑摩擦条件下的耐磨性能远高于基体45钢.FeAlCrNi/3Cr13复合涂层可以应用到高速电弧喷涂再制造修复曲轴产业中.     

爆炸喷涂AlCuFeSc准晶涂层的摩擦学性能研究

采用爆炸喷涂制备了AlCuFeSc准晶涂层,借助扫描电镜、X射线衍射对准晶涂层的微观及物相结构进行了表征,通过显微硬度计测试了准晶涂层的表面硬度,结果表明涂层与基体间结合良好,其中涂层主要由准晶相和β-AlFe组成,室温下涂层的表面硬度为569.4HV0.3,经退火处理后涂层硬度最高可达到658.33HV0.3。同时开展了在室温和700 ℃高温环境中,5、15、25 N不同载荷下AlCuFeSc准晶涂层的摩擦磨损性能研究,利用白光干涉仪对磨痕进行三维形貌观测并计算磨损的磨痕宽度、磨痕深度、体积损失,得出磨损率;采用SEM分析了不同实验条件下磨痕形貌的特征。结果表明,AlCuFeSc准晶涂层在不同温度及不同载荷下的耐磨系数在0.500~0.656之间(均低于基体),室温环境下准晶涂层的磨损机制随载荷增加从磨粒磨损为主转变为粘着磨损为主;高温环境下磨损机制则都以粘着磨损为主,准晶涂层对2A12基体具有良好的减摩耐磨功能。