TiB2掺杂WS2复合薄膜的宽温域摩擦学性能研究

目的 探究TiB2溅射电流(即TiB2含量)对WS2/TiB2复合薄膜在宽温域(25~500 ℃)下摩擦学性能的影响。方法 采用非平衡磁控溅射技术制备WS2/TiB2复合薄膜。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)观察薄膜的形貌及结构;通过X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)表征薄膜结构;通过纳米压痕仪(Anton Paar,NHT²)评价薄膜的机械性能;利用高温球盘摩擦磨损试验机(THT01,03591)测试薄膜的摩擦学性能;采用光学显微镜(Olympus,STM6)、三维轮廓仪(Micro XAM–800)观察磨痕及磨斑形貌,通过HRTEM分析磨痕和磨斑的结构。结果 TiB2掺杂使WS2薄膜由高度结晶态向非晶态转变,增大了薄膜的致密度并提高了其机械性能。随着TiB2溅射电流的增大,复合薄膜的摩擦因数和磨损率呈先下降后上升的趋势。随着试验温度的升高,复合薄膜的摩擦因数先降低后升高,但磨损率一直逐渐升高。TiB2溅射电流为1.5 A时,制备的复合薄膜在宽温域(25~500 ℃)具有较低的摩擦因数和磨损率。300 ℃条件下,TiB2溅射电流为1.5 A时制备的复合薄膜在摩擦剪切力作用下重新定向形成了TiB2(101)晶体取向和平行于滑动方向的WS2(002)晶体取向,并在高环境温度和摩擦热作用下氧化形成了润滑相TiO2(001)晶体结构。结论 TiB2溅射电流为1.5 A时制备的复合薄膜具有优异的宽温域摩擦学性能。薄膜致密的非晶结构、高的硬度和弹性模量,以及在摩擦剪切力和高温氧化作用下重新结晶取向是低摩擦磨损的关键。     

高铼酸锌宽温度混杂润滑行为探索

采用水溶液法制备了高铼酸锌粉末,并通过表面活性剂将一定质量分数的高铼酸锌分散到聚α烯烃基础油中。利用MMW-10四球试验机和UMT-2M摩擦试验机分别测试了高铼酸锌作为油品添加剂的极压性能和宽温域的减摩性能。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)等分析了高铼酸锌物相、磨痕形貌及磨痕表面元素价态。四球试验结果表明:经含质量分数0.5%高铼酸锌添加剂油品润滑的摩擦因数以及磨斑直径较纯基础油分别降低了13.3%和16.8%,高铼酸锌可以提高油品的润滑性能。宽温度摩擦试验表明:随着温度上升,含有高铼酸锌添加剂油品润滑的摩擦副摩擦因数较纯基础油润滑的摩擦因数均有不同程度的降低。这主要是因为高铼酸锌固有的质软属性,以及在高温段发生晶形转变,在摩擦表面与基体自生的氧化物共同形成了减摩层,降低了摩擦因数。     

摩擦频率对Al-Mg_3Sb_2复相涂层摩擦学性能的影响

通过热喷涂在AZ31B表面制备了Al-Mg_3Sb_2复相涂层,分析了摩擦频率对涂层在干湿两种环境下摩擦性能的影响。采用SEM、XRD分析涂层形貌和物相;通过腐蚀磨损试验仪测试涂层的开路电位和摩擦因数;并用超景深三维显微镜测试涂层磨痕的截面轮廓和磨损体积。结果表明,在3.5%的NaCl溶液中,涂层的开路电位随摩擦频率的增大而降低。涂层在两种环境下的摩擦因数均随频率的增大而减小,而磨损率却随频率的增大而增大;涂层在3.5%的NaCl溶液中的摩擦因数和磨损率均小于干摩擦条件下的。涂层在干摩擦条件下的磨痕随频率的增大,剥落现象越来越明显;在3.5%的NaCl溶液中,涂层磨痕表面较光滑,随频率的增大,出现少量的剥落坑。     

温度对WC-WB-CoCr涂层高温摩擦磨损性能的影响

采用超音速火焰喷涂(HVOF)制备了WC-WB-CoCr涂层,研究了温度对WC-WB-CoCr涂层高温摩擦磨损性能的影响。通过SEM、XRD和显微硬度仪对涂层的微观组织、相结构和力学性能进行表征。通过摩擦磨损试验机和拉曼光谱仪研究了WC-WB-CoCr涂层的高温摩擦学性能和氧化产物,采用台阶仪扫描磨痕形貌并计算WC-WB-CoCr涂层的磨损率。结果表明：WC-WB-Co-Cr涂层主要由WC和CoW₂B₂组成,涂层结构致密,与基体结合紧密;随着磨损试验温度升高,涂层的摩擦系数从0.66降低到0.57,涂层的磨损率随着温度的升高而升高,但是其磨损率增长程度随着温度的升高而降低。在高温磨损过程中,磨痕表面的氧化膜主要由WO₃和CoWO₄组成,且CoWO₄比WO₃表现出更好的耐高温磨损性能。涂层的主要磨损机制为氧化磨损、疲劳磨损和粘着磨损。     

Ag含量对NiMoAl基涂层宽温域自润滑性能的影响

为了提高运动部件在宽温域(尤其是高温)条件下的润滑和耐磨性能,采用大气等离子喷涂(APS)技术在不锈钢基材上喷涂制备了三种Ag含量分别为0、10%和30%(质量分数)的NiMoAl-Ag固体自润滑涂层。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、CSM摩擦磨损试验机、三维光学轮廓仪等设备,对涂层的组织结构和在20～800℃时的摩擦磨损机制进行了分析。结果表明:NiMoAl-Ag涂层呈现致密的显微结构和均匀的组份分布;NiMoAl-Ag涂层在20～800℃时的摩擦因数随着Ag含量的增加而显著下降,含有30%Ag的NiMoAl-Ag涂层在800℃的摩擦因数降至0.12。但是,Ag含量的增大会降低涂层在20～400℃的耐磨性;当温度进一步升高到600℃和800℃时,Ag的加入却可以明显提高涂层的耐磨性。进一步分析涂层的润滑机理表明:涂层中的Ag含量增大可以在高温摩擦界面形成液态Ag和Ag_2MoO_4润滑釉质层的协同润滑作用,使得涂层具有较低的摩擦因数和磨损率。APS制备的NiMoAl-Ag涂层具有优良的宽温域自润滑性能,通过复配合适的增强相有望提高其中低温耐磨性能,是一种极有潜力的新型宽温域耐磨自润滑涂层材料。     

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。     

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。     

TD3钛合金离子渗氮层的摩擦磨损性能

采用等离子表面渗氮技术对TD3合金进行渗氮处理,并对渗氮层显微组织、相组成及硬度进行检测。对渗氮前后TD3合金分别进行常温(25 ℃)及600 ℃的摩擦磨损试验,分析摩擦温度对其摩擦因数、磨痕形貌及磨损率的影响;结果表明,离子渗氮处理后TD3合金表面形成一定厚度的氮化物层,氮化物层在降低摩擦因数的同时,显著降低了TD3合金的磨损率,温度由25 ℃升至600 ℃时,磨痕形貌变化较大,摩擦因数及磨损率也有一定幅度的增加。     

ZrO2填充PI/EP–PTFE固体润滑涂层的制备及其摩擦学性能

目的 提高发动机铝合金轴瓦在温升的油润滑甚至干摩擦工况下的摩擦磨损性能。方法 设计4种不同添加量的ZrO2填充PI/EP–PTFE涂层材料,采用液体喷涂工艺在A370铝合金基体表面制备涂层。通过摩擦磨损试验、纳米压痕试验、形貌特征及元素分布等测试试验,研究涂层在不同温度及不同润滑方式下的摩擦磨损性能。结果 涂层的硬度随ZrO2添加量的增加呈先增后减的趋势。在室温干摩擦工况下,涂层磨损率随ZrO2添加量的增加呈先减后增的趋势。当ZrO2添加量超过8%时,涂层进入动态平衡阶段的时间变长。4%ZrO2添加量的涂层性能最佳,室温干摩擦因数和磨损率分别为0.09和1.01×10^?6mm³/(N.m)。随着温度增加,摩擦因数呈先增后减的趋势,磨损率呈逐渐上升趋势。当ZrO2质量分数小于4%时,室温工况下涂层以黏着磨损为主;当添加量高于8%时,磨损机制以磨粒磨损为主。随着温度增加,涂层犁沟和磨损坑道更加明显。在油润滑工况下,摩擦因数和磨损量进一步减小。8 h油润滑和30 min干摩擦试验后,涂层出现磨痕深度高度相近,宽度不同现象。结论 在温升和不同摩擦接触状态下,涂层中高分子材料和ZrO2软化程度不均匀、大颗粒材料团聚、润滑油黏温特性是导致上述摩擦磨损变化的主要原因。     

宽温域低摩擦涂层研究现状*

减摩耐磨涂层是高端装备中传动机构可靠运行的关键材料。在温度变化较大的工况条件下如何降低运动副的摩擦磨损, 一直制约着高端装备技术的发展,探究宽温域低摩擦涂层对高速发展的现代工业技术具有迫切需求。简述目前宽温域低摩擦涂层的研究现状,归纳和评述金属复合基涂层、氧化物基涂层和氮化物基涂层等三类宽温域低摩擦涂层的组成、结构、摩擦学性能以及减摩机理等,得到单一结构的固体润滑涂层很难实现发展的需求。提出制备多层涂层、预处理(织构化、预氧化等)等技术路线去实现运动副良好的摩擦学性能,解决常规固体润滑涂层温度敏感性问题,为宽温域低摩擦涂层的相关研究发展提供新思路。     

等离子喷涂制备WC-Co-Cu-BaF2/CaF2自润滑耐磨涂层及其高温摩擦性能

通过大气等离子喷涂方法,使用自制的含有WC-Co、Cu和BaF2/CaF2共晶体的复合喷涂粉末,制备出WC-Co-Cu-BaF2/CaF2自润滑耐磨涂层。在200℃、400℃和600℃下进行WC-Co-Cu-BaF2/CaF2涂层和WC-Co涂层的高温摩擦试验,用扫描电镜观察涂层磨损表面微观形貌。结果表明:200℃时,由于WC-Co-Cu-BaF2/CaF2涂层摩擦产物层中含有的WC硬质颗粒引起磨粒磨损,该涂层摩擦因数和磨损率相对较高。而400℃和600℃时,WC-Co-Cu-BaF2/CaF2涂层的摩擦产物层中均无WC颗粒存在,且由于涂层中Cu和BaF2/CaF2等固体润滑剂的作用,生成的摩擦产物层光滑且致密,涂层的摩擦因数和磨损率均较低,在400～600℃下表现出比WC-Co涂层优异的耐磨性能。     

等离子喷涂制备WC-Co-Cu-BaF_2/CaF_2自润滑耐磨涂层及其高温摩擦性能

通过大气等离子喷涂方法,使用自制的含有WC-Co、Cu和BaF2/CaF2共晶体的复合喷涂粉末,制备出WC-Co-Cu-BaF2/CaF2自润滑耐磨涂层。在200℃、400℃和600℃下进行WC-Co-Cu-BaF2/CaF2涂层和WC-Co涂层的高温摩擦试验,用扫描电镜观察涂层磨损表面微观形貌。结果表明:200℃时,由于WC-Co-Cu-BaF2/CaF2涂层摩擦产物层中含有的WC硬质颗粒引起磨粒磨损,该涂层摩擦因数和磨损率相对较高。而400℃和600℃时,WC-Co-Cu-BaF2/CaF2涂层的摩擦产物层中均无WC颗粒存在,且由于涂层中Cu和BaF2/CaF2等固体润滑剂的作用,生成的摩擦产物层光滑且致密,涂层的摩擦因数和磨损率均较低,在400～600℃下表现出比WC-Co涂层优异的耐磨性能。     

多弧离子镀制备TiSiN-Cu涂层的结构和摩擦学性能

目的通过在TiSiN涂层中掺杂软金属Cu,提高TiSiN涂层的摩擦性能。方法采用多弧离子镀技术,在316L不锈钢基体上沉积TiSiN-Cu涂层。用扫描电子显微镜(SEM)观察涂层的表面形貌,用X射线光电子能谱仪(XPS)和X射线衍射仪(XRD)来分析涂层的元素组成和相组成,通过纳米压痕硬度测试和摩擦磨损实验,表征不同Cu含量TiSiN-Cu涂层的力学性能和摩擦学性能。结果 Cu含量对TiSiN涂层的结构、硬度和摩擦性能有明显影响。Cu在涂层中主要以单质形式存在,由于与空气接触,涂层表面有少量的CuO。随着Cu含量的增加,TiN的晶粒尺寸先减小后增加,硬度先升高后降低。在Cu原子数分数为6.28%时,硬度达到最大值29.26 GPa。在干摩擦条件下,TiSiN-Cu涂层的磨损率在Cu原子数分数为12.93%时达到最低,为6.65×10-7 mm~3/(N·m)。在海水环境下,涂层的磨损率较大。结论软金属Cu作为固体润滑颗粒可以明显改善Ti Si N涂层的干摩擦性能,在海水条件下,摩擦与腐蚀的交互作用加速了涂层材料的损耗。     

稀土元素对Cu14AlX涂层组织和摩擦性能的影响

采用气雾水冷方法制备Ce质量分数分别为0和0.6%的Cu14AlX合金粉末,超音速等离子喷涂的方法制备喷涂层,利用光学显微镜、XRD、SEM-EDS以及EPMA分析Ce元素对Cu14AlX喷涂层表面组织形貌、合金相结构和化学成分的影响。在边界润滑条件下,比较不同Ce含量下喷涂层摩擦磨损性能,用SEM-EDS分析喷涂层磨损形貌及成分变化。结果表明:Ce的加入可以细化Cu14AlX喷涂层组织,使得Fe元素和K相增多且分布更加均匀,提高了喷涂层的耐磨性。两种喷涂层有不同的磨损形式,随着载荷的增大,不含Ce的喷涂层粘着磨损严重并伴随轻微的磨粒磨损,在高载荷(4.90Mpa)下,由粘着磨损转化为磨粒磨损;含Ce(质量分数)0.6%的喷涂层以轻度磨粒磨损为主,在高载荷下,转变为中度磨粒磨损,部分区域出现加工硬化现象.     

Fe-Al/SiC复合涂层组织及摩擦磨损性能研究

利用高速火焰喷涂技术制备出Fe-Al／SiC复合涂层，在MM-Al立式磨损试验机上对涂层常温下的摩擦磨损特性进行研究。采用扫描电镜、能谱、金相显微镜和X射线衍射仪，对涂层的组织形貌和相组成以及磨损后的表面形貌进行观察分析。研究表明，涂层的基体为Fe-Al相，具有典型的层状结构、较高的结合强度和显微硬度，孔隙率低；SiC硬质相分布于涂层之中，对涂层起到了颗粒强化和弥散强化的作用；涂层在常温干摩擦条件下具有良好的耐磨损性能，磨粒造成的剥层磨损是涂层的主要磨损机理。     

使用温度对特氟龙食品接触用不粘涂层摩擦学性能的影响

目的模拟日常使用情况,考察使用温度对食品接触用特氟龙不粘涂层表面特性及摩擦学性能的影响。方法利用马弗炉,在大气环境下,对特氟龙不粘涂层在不同温度下加热处理30 min。采用扫描电子显微镜、Raman光谱仪、接触角测量仪、摩擦磨损试验机等对热处理前后涂层的结构及摩擦学性能进行测试。结果当热处理温度低于500℃时,不粘涂层的表面润湿性、硬度及摩擦学性能变化不大。当热处理温度达到550℃时,涂层的表面结构发生明显的变化,部分涂层从底材剥落,同时观察到涂层中含氟树脂已完全分解。此时涂层的表面对去离子水和橄榄油的接触角分别为10°和12°,表现为明显的亲水和亲油性能,硬度仅为未处理涂层的1/5。涂层在干摩擦条件下及去离子水介质中,摩擦系数和磨损体积均急剧增大。结论使用温度对食品接触用特氟龙不粘涂层的表面结构及摩擦学行为影响较大。     

Effect of hardness of the piston ring coating on the wear characteristics of rubbing surfaces

In marine engines, the wear between the piston-ring face and the cylinder liner is an extremely unpredictable and hard-to-reproduce phenomenon that significantly decreases engine performance. This study investigates the characteristics of wear arising between both hard and soft piston-ring coatings and the running surface of the cylinder liner. A detailed tribological analysis using a Pin-on-Disk (POD) testing machine compares the wear rate and the friction coefficient between piston-ring coatings and the cylinder liner for various test parameters, such as test temperature, roughness of the liner, and lubrication. The experimental results show that the wear rate and the friction coefficient of soft coatings were higher than those of hard coatings. The wear rate and the friction coefficient were also found to be influenced by test temperature, due to the lubrication effect of the wear-protective oxidized layers that developed at elevated temperatures. The surface roughness of the cylinder liner on the wear rate strongly influenced the soft coating but was much less apparent for the hard coating. The morphological features of the scuffed cylinder liner revealed that a harder piston-ring coating enhances scuffing of the cylinder liner.     

等温淬火处理对感应重熔镍基合金涂层摩擦学性能的影响

目的改善镍基合金涂层的摩擦学性能。方法分别采用感应重熔工艺及感应重熔-等温淬火一体化工艺,在GCr15钢基体表面制备了两种镍基合金涂层,并通过销盘摩擦磨损试验、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试对其摩擦磨损性能、微观组织、表面硬度进行了对比研究,探讨了等温淬火处理对感应重熔镍基合金涂层摩擦学性能、微观组织、表面硬度的影响,揭示了其增强机理。结果经等温淬火后的重熔涂层比感应重熔涂层具有更低的摩擦系数和磨损失重,摩擦稳定阶段的摩擦系数为0.301,比后者低23.8%,相对耐磨性是后者的1.71倍。感应重熔涂层同时存在着磨粒磨损和粘着磨损两种机制,而经等温淬火后的重熔涂层以磨粒磨损为主,比前者具有更优异的抵抗磨粒磨损和粘着磨损的能力。感应重熔涂层及经等温淬火处理后的重熔涂层平均显微硬度分别为818.0、873.6HV(0.5),硬度极差分别为170.9、132.6HV(0.5),形状参数分别为18.5057、22.6189,后者比前者具有更高的平均硬度值、更小的硬度极差以及更加稳定的涂层性能。经过微观组织分析发现,重熔涂层在经等温淬火处理后,其晶粒的细化、硬质相的相对均质弥散性、共晶相的减少、丰富的耐磨陶瓷相和快速凝固的定向晶粒结构的协同作用,是其具有优异的显微硬度Weibull分布特性,以及耐磨性得到进一步提高的根本原因。结论合适的等温淬火热处理工艺能够改善感应重熔镍基合金涂层的微观组织,从而有效减小其摩擦系数,并提高其耐磨性。     

AISI1045钢表面激光熔覆FeCoCrNiAl0.5Ti0.5涂层的界面特性及摩擦性能

激光熔覆高熵合金涂层摩擦磨损行为的研究主要聚焦在涂层表面,鲜有对熔覆层/基体界面区域的摩擦学行为进行研究。为了提高AISI 1045钢的耐磨性,采用激光熔覆技术在AISI 1045钢基体表面制备宏观形貌良好、组织均匀的FeCoCrNiAl_0.5Ti_0.5高熵合金涂层。利用OM、XRD、SEM、EDS和摩擦磨损测试仪对激光熔覆FeCoCrNiAl_0.5Ti_0.5涂层的微观结构、物相组成、界面特性和摩擦磨损性能进行研究。通过对FeCoCrNiAl_0.5Ti_0.5涂层XRD图谱和元素分布分析发现,涂层主要由面心立方(Fe,Ni)相和体心立方相(BCC)形成的共晶组织及其中弥散分布着的Ni Al金属间化合物构成。硬度测试表明,从涂层顶部到基体,涂层、稀释区、热影响区和基体的平均显微硬度分别为518±20、561±63、473±81和217±12 HV0.2。涂层/基体界面区域生成了Cr₂₃C₆,在摩擦过程中会形成一层摩擦...     

NiCrAlYSi/h-BN高温可磨耗封严涂层摩擦磨损性能研究

目的加入h-BN和团聚聚苯酯分别作为固体润滑剂和造孔剂,以提高NiCrAlYSi基封严涂层的高温摩擦磨损性能。方法采用真空熔炼雾化造粒和料浆喷雾造粒技术制备NiCrAlYSi/h-BN聚苯酯复合粉体,再利用大气等离子喷涂技术制备高温可磨耗封严涂层,通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、CSM摩擦磨损试验机和三维轮廓仪等手段,研究NiCrAlYSi/h-BN封严涂层显微结构、元素组成以及室温和800℃下的摩擦磨损性能,探究涂层在室温和800℃下的磨损机理。结果等离子喷涂NiCrAlYSi/h-BN封严涂层组织比较均匀,涂层结合强度可达15MPa,孔隙率约为32%。室温下封严涂层与DD6镍基单晶高温合金球间的平均摩擦因数为0.897,涂层磨损体积为2.09×10~8μm~3;800℃高温下平均摩擦因数为0.425,涂层磨损体积为3.22×10~8μm~3;封严涂层800℃下有良好的可磨耗性,相应对偶件的磨损较轻;高温下,封严涂层金属基相软化、h-BN的润滑作用和部分金属基相高温下生成自润滑性氧化物,是摩擦因数降低和对偶件磨损较轻的主要原因。NiCrAlYSi/h-BN封严涂层室温的主要磨损机理为涂抹、磨粒磨损和轻微氧化,高温下的主要磨损机理为切削、塑性变形、氧化和粘着磨损。结论等离子喷涂NiCrAlYSi/h-BN高温封严涂层在高温下的可磨耗性能较好。