ZM5镁合金微弧氧化膜的摩擦磨损性能研究

利用微弧氧化装置在硅酸盐体系中对ZM5镁合金进行了微弧氧化表面改性处理.采用XRD及SEM分析了ZM5镁合金微弧氧化陶瓷膜的形貌、组成和结构,并对微弧氧化陶瓷膜的硬度以及干式滑动摩擦磨损行为进行了研究.结果表明:微弧氧化膜由三层结构组成,主要由Mg2SiO4相和少量MgO相组成;可以显著提高镁合金基体的硬度和耐磨性,其室温滑动摩擦磨损机理为轻微犁削和粘附转移.     

外加拉应力对Ti3Al基合金500-700℃下选择性氧化的影响

研究了Ti3Al基合金(Ti-24Al-14Nb-3V-0.5Mo-0.3Si,原子分数,%)在500,600,700℃下应力水平对其选择性氧化行为的影响.合金氧化主要形成TiO2和Al2O3的混合膜.XPS与SEM分析表明,在500℃下,拉应力降低氧化物组成中TiO2的含量,增大Al2O3的含量.在600℃下结果与上述相反,且随应力增大,效果愈明显.而在700℃下,施加的外应力水平导致氧化膜发生开裂,氧化膜中相组成与无外应力时的相同.用力学化学活度的理论对实验结果进行了分析和讨论.     

锻压对原位Al3Ti/6063Al复合材料微结构及摩擦磨损性能影响

研究了不同锻压变形量30%、50%、70%,对Al3Ti/6063Al复合材料显微组织及摩擦磨损性能的影响。研究结果表明,复合材料锻压变形后,原位Al3Ti增强颗粒断裂、破碎,沿平行于锻压方向呈明显的定向分布,基体晶粒变形剧烈,形成流线型织构,材料内部产生大量位错。随锻压变形量的增加,摩擦系数降低;在相同载荷下,70%变形锻压样的摩擦系数最小;复合材料磨损表面粗糙度随锻压变形量的增加而减少,变形量为30%时,粗糙度波动范围最小,变化相对稳定;磨痕宽度随锻压变形量增加而变宽,磨痕深度则变浅;磨损机理主要是磨粒磨损。     

Ti3Al基合金在700～850℃空气中的循环氧化行为

研究了2种成分相近的Ti3Al基合金(Ti-24Al-14Nb-3V-0.5Mo-0.3Si(摩尔分数)及Ti-24Al-14Nb-3V-0.5Mo-0.6Si在700～850℃空气中的循环氧化行为;重点考察了合金的循环氧化动力学行为;结合SEM/EDX及EPMA分析了循环氧化后样品的表面、断面微观形貌及断面成膜元素面分布.结果表明:2种合金在各氧化温度下表面生成了Al2O3和TiO2混合氧化物,Al2O3主要分布在最外层;在700℃下2种合金具有较好的抗循环氧化性能,而在800℃及以上的温度条件下,表面氧化膜易于开裂和剥落;合金在较高温度下表面氧化膜失效方式为膜层中微裂纹的复合及由于这一过程的反复进行而导致的氧化膜间物理分层开裂.     

外加拉应力对Ti3A1基合金500—700℃下选择性氧化的影响

研究了Ti3Al基合金(Ti-24Al-14Nb-3V-0．5Mo-0．3Si，原子分数，％)在500，600，700℃下应力水平对其选择性氧化行为的影响，合金氧化主要形成TiO2和A12O2的混合膜，XPS与SEM分析表明，在500℃下，拉应力降低氯化物组成中TiO2的含量，增大A12O3的含量，在600℃下结果与上述相反，且随应力增大，效果愈明显，而在700℃下，施加的外应力水平导致氧化膜发生开裂，氧化膜中相组成与无外应力时的相同，用力学化学活度的理论对实验结果进行了分析和讨论。     

钛合金表面激光重熔微弧氧化层的组织结构及摩擦磨损性能

为改善TC21钛合金表面微弧氧化(micro arc oxidation,MAO)涂层的微观结构致密性和耐磨性能,对MAO涂层进行了激光重熔改性,并对重熔后涂层的微观结构、成分、相组成以及硬度、摩擦磨损性能等进行了表征测试。结果显示,重熔MAO涂层由重熔外层、重熔内层和热影响层3层结构组成,其中外层和内层主要由Al₂TiO₅、rutile-TiO₂和α-Al₂O₃组成,热影响层由α-Ti和β-Ti转变组织组成,重熔MAO涂层的硬度显著增大。在摩擦磨损实验中,重熔MAO涂层摩擦系数低于MAO涂层和TC21钛合金基体,其磨损机制以粘着磨损为主,并伴有轻微的磨粒磨损。激光重熔MAO涂层显著提高了TC21钛合金摩擦磨损性能。     

不同环境条件下铝合金微弧氧化陶瓷膜的摩擦磨损性能

在2A12铝合金表面通过微弧氧化制备氧化铝陶瓷膜。用X射线衍射仪分析薄膜的相构成,用涡流测厚仪测量膜层的厚度,用自动转塔显微硬度计测量薄膜的显微硬度,利用微摩擦磨损试验机研究Al2O3薄膜/Si3N4球在干摩擦及水润滑下的摩擦磨损特性,用非接触表面三维形貌仪测量薄膜的磨损体积,并采用扫描电镜观察磨痕的表面形貌。结果表明:2A12铝合金微弧氧化陶瓷膜主要由α-Al2O3相和γ-Al2O3相组成;干摩擦时,薄膜主要发生磨粒磨损和疲劳磨损,摩擦因数随法向载荷和滑行速度的增大分别从0.79和0.82增加到0.87,磨损率则分别从4.07×10?5mm3/(N.m)和4.36×10?5mm3/(N.m)增加到9.69×10?5mm3/(N.m);水润滑时,薄膜主要发生摩擦化学磨损和疲劳磨损,摩擦因数随法向载荷和滑行速度的增大分别从0.69和0.67下降到0.65,磨损率则分别从3.84×10?5mm3/(N.m)和2.89×10?5mm3/(N.m)增加到4.47×10?5mm3/(N.m);薄膜在干摩擦时的摩擦因数和磨损率都大于相同实验参数下水润滑时的摩擦因数和磨损率,表明水介质有效地改善了体系的摩擦条件,降低了薄膜的磨损。     

Ti3Al基合金的热处理显微组织与蠕变性能

对Ti_3Al基合金Ti_3Al-26M,Ti_3Al-11.5M和Ti_3Al-22M(wt%)(M=Nb,Mo,V)的热处理与显微组织和显微组织与蠕变性能之间的关系进行了探讨。结果表明:同一合金在不同热处理条件下的显微组织具有不同的特征和尺寸,而在同一热处理条件下的3种合金显微组织特征相同,只是晶粒的尺寸不同。高温蠕变性能测定表明,Ti_3Al-26M合金的蠕变性能优于Ti_3Al-11.5M和Ti_3Al-22M合金。Ti_3Al-26M合金经β固溶处理的魏氏组织的蠕变性能最好,经α_2+β固溶+时效和工厂处理的等轴组织蠕变性能次之。Ti_3Al-26M合金α_2+β固溶+时效状态的稳态蠕变速率与温度和应力的关系研究表明。随着温度和应力的增加稳态蠕变速率明显增加,并且随温度影响更为明显。     

Ti6Al4V辉光等离子渗铝摩擦磨损性能研究

利用双层辉光等离子渗金属技术在Ti6Al4V上渗铝以提高材料的摩擦磨损性能,对渗铝层的相结构和显微硬度进行了测试.采用球盘滑动磨损试验机对渗层进行摩擦磨损性能测试.结果表明:渗铝后渗层由Al3Ti和Al组成,材料的硬度值较基体Ti6Al4V有了很大的提高;材料摩擦因数和磨损体积减小,耐磨性得到提高.通过磨痕形貌分析可知,渗层磨损机制为粘着磨损.可见采用辉光等离子渗铝技术改善了材料的摩擦磨损性能.     

Ti2AlNb合金微弧氧化电解液优化及耐磨性研究

目的优化Ti_2AlNb合金微弧氧化的电解液配方,提高Ti_2AlNb合金微弧氧化膜的耐磨性。方法借助SEM、EDS、XRD研究硅酸盐-磷酸盐电解液体系中Na_2MoO_4浓度对Ti_2AlNb合金微弧氧化膜形貌、成分及相结构的影响。利用CFT-I型磨损试验机测试不同微弧氧化膜的摩擦磨损性能。结果电解液中添加Na_2MoO_4后,微弧氧化膜的生长速率增加,膜层中出现了Mo元素且含量也逐渐增加。Na_2MoO_4的加入降低了Ti_2AlNb合金微弧氧化膜的摩擦系数及比磨损率,但微弧氧化膜的耐磨性并非随Na_2MoO_4含量线性提高。含6 g/L Na_2MoO_4的体系中,微弧氧化膜摩擦系数低至0.25左右,比磨损率仅为1.20×10~(-3) mm~3/(N·m),表面呈轻微磨粒磨损特征。结论电解液中的Na_2MoO_4参与了成膜过程,对Ti_2AlNb合金微弧氧化膜的生长有显著的促进作用,有效地改善了Ti_2AlNb合金微弧氧化膜的耐磨性。     

氧化时间对 ZA 43 合金微弧氧化膜摩擦磨损性能的影响

目的研究ZA43合金微弧氧化陶瓷膜的摩擦磨损特性随氧化时间的变化规律。方法制备微弧氧化时间不同的ZA43合金微弧氧化陶瓷膜样品,采用球-盘磨损方法进行摩擦磨损实验,分析陶瓷膜磨损前后的形貌、物相组成及元素组成,测试膜层厚度和显微硬度。结果陶瓷膜主要由α-Al2O3和γ-Al2O3相组成。随着氧化时间的延长,陶瓷膜厚度和平均硬度逐渐增大。在干摩擦条件下,陶瓷膜的摩擦系数和磨损失重随氧化时间的延长而降低。结论随着氧化时间的延长,ZA43合金微弧氧化陶瓷膜的耐磨性逐渐提高,其磨损机制以磨粒磨损为主。     

钛微弧氧化膜层在不同摩擦工况下的摩擦磨损行为研究

目的 研究钛微弧氧化膜层在不同摩擦工况下的摩擦磨损行为,为该膜层在工业领域中的合理应用提供参考.方法 首先,在铝酸盐电解液中,通过恒压模式制备钛微弧氧化膜层,然后在四种摩擦工况下(干摩擦/GCr15对磨球、干摩擦/Al2O3对磨球、油润滑/GCr15对磨球和油润滑/Al2O3对磨球),测试微弧氧化膜层的摩擦学性能.通过XRD分析膜层的物相组成,通过SEM、EDS分析不同摩擦工况下磨痕的表面形貌和元素分布,测量膜层的摩擦系数和磨损率,探讨不同工况下钛微弧氧化膜层的摩擦磨损形式和机理.结果 干摩擦/GCr15对磨球工况下,膜层主要发生磨粒磨损,磨损率为1.4×10–5 mm3/(N·m);在干摩擦/Al2O3对磨球工况下,膜层迅速失效;在油润滑/GCr15对磨球工况下,膜层仅发生轻微磨损,表面出现疲劳剥落现象,磨损率为5.3×10–6 mm3/(N·m);在油润滑/Al2O3对磨球工况下,膜层疲劳磨损较严重,磨损率为1.5×10–5 mm3/(N·m).结论 当对磨副材料为硬度较低的金属材料时,钛微弧氧化膜层在干摩擦和油润滑工况下,均表现出良好的耐磨性,但干摩擦工况容易造成对磨副材料的严重磨损;当对磨副材料为高硬度的陶瓷材料时,干摩擦工况下,钛微弧氧化膜层的耐磨性很差,然而通过润滑油可以显著降低膜层的摩擦系数和磨损率.     

负电压对2A50铝合金微弧氧化陶瓷层微观结构和耐磨性能的影响

目的 通过调节负电压参数,制备具有较高硬度与较好耐磨性的2A50铝合金微弧氧化陶瓷层。 方法 通过微弧氧化,利用双极性脉冲电源,在硅酸盐为主的电解液中,于2A50铝合金表面原位生成耐磨的高硬度陶瓷层。通过改变负电压,研究其对微弧氧化陶瓷层相组成、微观结构、显微硬度和摩擦磨损性能的影响规律。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪表征微弧氧化膜层的微观形貌、物相组成。利用显微硬度计测试微弧氧化膜层的硬度,并通过摩擦磨损试验机评价膜层的耐磨性。结果 涂层的主要相组成为γ-Al2O3。陶瓷层由内侧致密层和外部疏松层组成,随着负电压的提高,微孔的数量和尺寸先减少后增大。微弧氧化后,2A50铝合金得到明显强化,经–100 V负电压的微弧氧化,其显微硬度由未处理的75HV0.5提高至1321HV0.5。微弧氧化陶瓷层具有良好的耐磨性,摩擦系数在0.35~0.55之间,其磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损共存。结论 正电压较高时,较低负电压可很好地抑制微弧氧化过程中的强放电现象,以获得较为致密、坚硬且耐磨的膜层。     

FeSO4浓度对Ti-6Al-4V合金表面微弧氧化膜层性能的影响

通过电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析了Ti-6Al-4V合金表面微弧氧化膜层的微观形貌、相组成和化学成分,采用拉伸试验机及红外光谱仪(FTIR)测试了膜层的结合强度以及5～20μm波段内的红外发射率。结果表明,随着(NaPO3)6电解液中FeSO_4浓度的升高,膜层的厚度、粗糙度及结合强度增加,红外发射率呈先增加后减小的趋势,其中,FeSO4浓度为6 g/L时膜层的红外发射率达到最大值0.86。结合XRD与XPS测试结果,推断元素Fe与P分别以非晶态的Fe2O3、H2PO4-、P2O7(4-)存在。Fe掺杂与非晶态的无序结构特征有利于局域能级的生成和增强原子间的极性振动,进而提高膜层的红外发射率。     

Na2SiO3系溶液中Ti6A14V微弧氧化陶瓷膜的结构与力学性能

采用交流微弧氧化法于Na2SiO3-KOH-（NaPO3)6-NaAlO2溶液中在Ti6A14V表面形成了氧化物陶瓷膜。用扫描电镜和X射线衍射研究了陶瓷膜的组织形貌和相组成，用Nano IndenterXP系统研究膜层的力学特性。结果表明：氧化膜分为3层，即过渡层、致密层与疏松层。膜层主要由金红石相TiO2及少量锐钛矿相TiO2组成。膜层中致密层与基底的弹性回复分别为40.5%和14.9%，硬度分别为8.54GPa和5.5GPa，弹性模量分别为87.4GPa和150GPa，膜层表现出明显的陶瓷特征。     

添加硫酸铜对 TC4 钛合金微弧氧化膜性能的影响

目的研究CuSO_4浓度和微弧氧化工艺参数(电压、氧化时间)对TC4钛合金微弧氧化膜颜色及性能的影响。方法在磷酸钠电解液中,对TC4钛合金进行微弧氧化处理,并添加CuSO_4获得不同颜色的陶瓷膜,对氧化膜的宏观形貌、微观形貌、物相结构以及硬度进行分析。结果添加CuSO_4能使陶瓷膜颜色变深,随着CuSO_4浓度升高,膜层由灰色逐渐变为红褐色。当CuSO_4质量浓度为0.5 g/L时,氧化膜表面均匀致密,显微硬度最高(627.1HV);当CuSO_4质量浓度为1.5 g/L时,氧化膜显微硬度最低(382.8HV)。随着电压升高,膜层颜色加深,色泽更均匀,但表面硬度下降。在400 V条件下制备的氧化膜硬度最低,但是色泽最均匀。随着氧化时间的延长,氧化膜厚度增加,颜色加深,色泽更为均匀,但是当氧化时间超过15 min后,氧化膜颜色变浅。结论 CuSO_4对微弧氧化膜的显色作用明显,其浓度及微弧氧化工艺参数(电压、氧化时间)均对涂层性能、色泽、致密性、厚度及相组成具有很大的影响。     

钛合金摩擦磨损性能及减磨方法研究进展

钛合金具有比强度高、抗腐蚀性强、耐高温以及生物相容性好等优点,在汽车制造、生物医疗等众多领域具有重要应用。但钛合金的摩擦磨损性能较差,会影响机械系统的使用寿命和可靠性。首先论述了摩擦磨损过程中摩擦层的形成过程以及摩擦层对钛合金磨损机理的作用,分析了润滑条件、环境温度、滑动速度、载荷等工况条件对钛合金摩擦磨损性能的影响规律。其次,对比总结了钛合金减磨的常见工艺方法及优缺点,指出了当前钛合金磨损机理研究和性能改善方面存在的问题。最后,对今后的研究工作进行了展望:将实验与仿真相结合,阐明钛合金摩擦层和磨损机理的动态变化规律;考虑各种环境因素对钛合金磨损机理的影响,完善钛合金磨损机制图;通过对多种技术协同配合时的工艺参数进行优化,促进钛合金表面强化复合技术的发展,从而提升钛合金的耐磨减摩性能。     

Na2WO4含量对镁合金微弧氧化膜层颜色和耐蚀性的影响

目的 研究电解液中的Na2WO4含量对AZ31B镁合金微弧氧化膜层的形成过程、颜色、微观结构、耐蚀性能的影响。方法 通过添加不同含量的NH4VO3和Na2WO4的碱性铝酸盐电解液体系,在AZ31B镁合金表面制备黑色的微弧氧化膜层。采用SEM、EDS分析加入不同含量的Na2WO4后膜层表面的微观形貌及元素组成,采用XRD分析物相组成,通过电化学实验表征膜层的耐腐蚀性能。结果 随着Na2WO4含量的增加,微弧氧化过程中的起弧电压下降,膜层的致密性提高,厚度呈先增加后减小的趋势。当Na2WO4的质量浓度为0.5 g/L时,膜层的厚度最大,且此时膜层表面微孔分布均匀,色度最低,耐蚀性最好,自腐蚀电位为−0.138 V,自腐蚀电流密度为2.36×10⁻⁷ A/cm²,相较于基体降低了3个数量级。结论 增加Na2WO4含量会使微弧氧化成膜过程中的电弧发生变化,适当增加Na2WO4会提高膜层的厚度,降低膜层的CIE色度,使陶瓷膜层表面的微孔分布得更加均匀致密,从而提高膜层的耐蚀性能。当Na2WO4含量过高时,会使膜层的离子浓度升高,电阻增大,介电击穿电压上升,导致膜层表面被烧蚀,耐腐蚀性能降低。     

表面活性剂对钛合金复合微弧氧化膜结构与耐磨性能的影响

为了在钛合金表面制备耐磨性能良好的复合微弧氧化膜层,研究了4种不同类型的表面活性剂对复合六方氮化硼(hBN)固体润滑微粒微弧氧化膜层微观结构及其耐磨性能的影响。结果表明,表面活性剂对复合微弧氧化(MAO)膜层的微观结构和耐磨性能有明显的影响,阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵降低了复合MAO膜层中h BN微粒含量,削弱了膜基结合,因而不利于膜层耐磨性能的改善;非离子型表面活性剂无水乙醇由于挥发性强导致膜层的致密性下降,降低了膜层的耐磨性能;阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠对复合MAO膜层的结构和耐磨性能影响较小;阴离子型表面活性剂羧甲基纤维素钠则有效改善了hBN微粒在电解液中的分散性,进而改善其在MAO膜层中的复合及分布状况,从而明显改进了复合MAO膜层的耐磨性能。