高温下TiN涂层的摩擦与磨损行为

采用阴极离子镀方法在YT14硬质合金刀具表面制备了Ti N涂层,用高温摩擦磨损试验机考察Ti N涂层在500℃高温下摩擦-磨损行为。通过扫描电镜观察涂层表面-界面形貌和高温磨损后表面形貌,用XRD分析了Ti N涂层物相变化,并用EDS能谱仪对结合界面进行线扫描分析和磨痕进行面扫描分析,同时用工具显微镜观察了表面犁沟形貌,对Ti N涂层500℃下磨损机理进行探讨。结果表明,Ti N涂层在500℃磨损后发生高温氧化,Ti N涂层表面磨痕处主要以Ti O2为主,这些氧化层起到了润滑减摩的作用,适合于高速切削与干式切削;在5 N载荷作用下,Ti N涂层的摩擦系数平均值为0.7116;在高温下Ti N涂层表现为氧化磨损,同时伴随着一定的磨粒磨损和黏着磨损。     

电弧离子镀TiAlN和TiAlSiN涂层的高温摩擦磨损行为

采用电弧离子镀技术在高速钢和单晶硅上沉积TiAlN和TiAlSiN涂层,利用高温摩擦磨损试验机考察两种涂层在常温、400℃和600℃下的摩擦磨损行为。通过光学轮廓仪观察涂层磨损后三维形貌和二维磨痕轮廓曲线,利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析磨痕、摩擦副的微观形貌以及元素分布,研究Si元素的加入对TiAlN涂层高温摩擦磨损性能的影响。结果表明:TiAlN、TiAlSiN涂层在600℃摩擦稳定后的摩擦因数最低,其次是在400℃,常温下的摩擦因数最高;TiAlN涂层在常温下摩擦完后已经磨穿失效,而TiAlSiN涂层在600℃摩擦完后才失效。粘着磨损和氧化磨损主要存在于TiAlN涂层摩擦过程中,TiAlSiN涂层常温下主要磨损形式为磨粒磨损、粘着磨损以及塑性变形导致的鱼鳞状裂纹,400℃下为粘着磨损和氧化磨损,600℃下为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。     

M2高速钢的高温摩擦磨损行为

采用Bruker UMT-3型高温摩擦磨损试验机,对M2高速钢在200、400和600℃下的高温摩擦磨损性能进行研究。采用扫描电镜观察磨损表面形貌,探讨了其磨损机制。结果表明:温度是影响M2高速钢高温摩擦磨损性能的重要因素。随着温度的升高,磨损体积先升高后降低,400℃时磨损体积最大,分别是200和600℃的15倍和1.2倍。200℃时摩擦因数最大为0.65,随温度升高摩擦因数先降低,随后趋于平稳,400和600℃时分别为0.39和0.40。200℃时M2高速钢的磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损,以磨粒磨损为主,碳化物减磨作用明显; 400和600℃时主要磨损机制为粘着磨损和轻微的氧化磨损。400℃时粘着磨损严重,磨损加剧。600℃时以氧化磨损为主,氧化层起到良好的减磨作用,磨损减弱。400和600℃下的摩擦因数较200℃小,这是表面的软化熔融和氧化层的润滑的共同作用所致。     

TA15钛合金高温摩擦磨损性能研究

目的 为探究TA15钛合金高温耐磨性能的潜力,研究了TA15钛合金在室温~800 ℃下的摩擦磨损性能。方法 利用Rtec摩擦磨损试验机(Rtec,San Jose,USA)进行TA15钛合金的摩擦磨损性能测试,通过激光共聚焦显微镜、JSM-7800F扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等手段,分析了TA15钛合金在不同温度下的磨痕形貌、成分变化以及磨损机理。结果 在不同试验温度下,微观组织没有出现明显变化,主要为等轴α相和β相;不同温度下的摩擦因数波动不大,从室温的0.279下降到600 ℃的0.224,而在800 ℃时,表面严重氧化导致摩擦因数增大到0.309;在室温~400 ℃时,试样表面磨痕不断变窄变浅,犁沟和磨屑不断减少,而到400 ℃以上时磨痕逐渐变宽,比磨损率也大幅增大,且在600 ℃时的磨损量最大;在600 ℃时,以氧化磨损为主,并伴随着磨粒磨损和黏着磨损,且表面磨痕形貌和宽度比较均匀;在800 ℃时磨损表面以黏着磨损和氧化磨损为主,并伴随着高温焊接的发生。结论 TA15合金表面的O元素含量随温度的升高而逐渐升高,并且氧化反应主要发生在β相内。随着试验温度的升高,TA15钛合金磨损表面的氧化磨损现象也更加明显。     

铁基粉末冶金材料渗硼强化的干滑动高温摩擦磨损行为

通过固体粉末渗硼法直接烧结铁基粉末冶金材料,制备具有渗硼层的试样。将铁基粉末冶金材料在850、950和1050 ℃渗硼处理3、5和10 h,采用光学显微镜及扫描电镜观察了渗硼层的形貌,测定了渗硼层的厚度;用 X 射线衍射仪分析了渗硼层的物相组成;用Rockwell-C粘附性试验评估渗硼层与基体的粘合强度质量。使用 HT-1000 型高温摩擦磨损试验机测试了试样的摩擦磨损性能。结果表明,在850 ℃及950 ℃下渗硼形成单相Fe₂B,而FeB+Fe₂B双相渗硼层在1050 ℃下生成。粘附性试验与高温磨损试验均表明,在950 ℃下渗硼5 h的试样的渗层与基体结合最为紧密,抗磨损及抗氧化的能力最强。高温摩擦磨损试验中,微裂纹引起的分层剥落及氧化磨损是渗硼试样主要的磨损机制,未渗硼试样出现严重的的氧化和塑性变形。     

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。     

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。     

马氏体不锈钢不同剩余磁场条件下短时干摩擦的摩擦损伤行为研究

本文研究了马氏体不锈钢磨削加工产生的剩余磁场对其短时干摩擦过程中摩擦系数的影响.结果表明:剩余磁场对摩擦行为的影响与外加载荷有关,当外加载荷较低时,摩擦系数随剩余磁场强度的升高无明显变化;随外加载荷的升高,剩余磁场强度对摩擦系数的影响作用增大;当外加载荷较高时,摩擦系数随剩余磁场强度的升高而增大;在短时摩擦过程中,随着剩余磁场强度的升高,摩擦界面吸附磨损颗粒的能力增强,加速了摩擦界面的磨粒磨损,使摩擦系数升高.     

等离子喷涂制备NiCoCrAlY/BaF2/CaF2/C/Y自润滑涂层及其高温摩擦性能

通过等离子喷涂技术制备润滑相BaF2∶CaF2∶C比分别为3.1∶1.9∶7和15.5∶9.5∶4.9的两种NiCoCrAlY/BaF2/CaF2/C/Y复合涂层,研究了所选固体润滑剂在高温摩擦中对涂层润滑性能和机械性能的影响,分析BaF2/CaF2/C的综合作用,在500℃和800℃时分别对涂层进行高温摩擦试验。结果表明:500℃时,摩擦面比较粗糙,涂层的摩擦因数较高,磨损较为严重,表现出明显的剥落现象;800℃时,涂层表面没有BaF2/CaF2/C等润滑相的存在,发生了摩擦化学反应,摩擦表面生成了一层光滑致密的氧化膜,并存在一定程度的材料转移现象。经过X射线衍射(XRD)分析表明,在高温和摩擦的共同作用下,涂层表面有BaCrO4生成,摩擦因数最低可达0.268,对应的磨损量为0.351 6mm3,有效降低了涂层的摩擦和磨损。在涂层的性能测试中,各润滑相之间的协同作用较好。     

干摩擦条件下钻头胎体与花岗石摩擦特性的试验研究

为了了解热压钻头胎体与花岗石在干摩擦条件下的摩擦特性,分别选取了3组不同硬度的热压钻头胎体试样和3组不同金刚石浓度的孕镶金刚石胎块试样,与同一种花岗石进行了一对一的摩擦磨损试验,得出了不同条件下的摩擦系数与摩擦力矩。分析探讨了胎体试样硬度及金刚石浓度对摩擦系数的影响规律。结果表明:不含金刚石的胎体试样与花岗石之间的干摩擦,随着胎体硬度的增大,摩擦力矩与摩擦系数先增大后减小;添加金刚石的胎体试样较之于纯胎体试样,摩擦力矩与摩擦系数显著减小;含金刚石的胎体,随着金刚石浓度的增大,摩擦力矩与摩擦系数逐渐增大。     

RE-N-C-S-V-Nb 多元共渗 H13 钢的高温耐磨性

目的研究RE-N-C-S-V-Nb多元共渗H13钢的高温耐磨性,为避免铝型材挤压模具的早期磨损失效提供表面强化的新工艺。方法把多元共渗试样及对比试样进行高温摩擦磨损实验,然后利用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析仪、X射线衍射仪等设备进行检测分析。结果淬火试样和软氮化试样均存在较严重的磨粒磨损和粘着磨损现象,渗层有微裂纹,高温摩擦系数曲线有明显的波动和峰值,磨损率分别为21.20×10-13,11.30×10-13m3/(N·m),在560℃保温4 h后的显微硬度分别为584,1018HV0.1。RE-N-C-S-V-Nb多元共渗试样以微量氧化磨损和微量粘着磨损形式出现,渗层无裂纹,高温摩擦系数曲线平缓,磨损率仅为2.96×10-13m3/(N·m),显微硬度高达1334HV0.1。结论 RE-N-C-S-V-Nb多元共渗H13钢具有较强的高温耐磨性。     

一种船用低温钢板在干态室温下的往复摩擦特性研究

目的研究新型船用低温钢板的摩擦磨损性能。方法采用UMT-2型多功能摩擦磨损实验机,测试了船用低温钢板在室温干态环境、不同载荷(10、20、30 N)、不同频率(2、5 Hz)下的往复摩擦试验行为。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)分析了船用低温钢板的磨痕表面形貌,用光学轮廓仪分析了磨损表面轮廓,用EDS对试样磨损表面进行了成分分析。结果随着试验法向载荷从10 N增加到30 N时,船用低温钢板的摩擦系数从0.51逐渐增加到0.63,磨损率先增加后降低,再逐渐增加。在相同载荷下,摩擦系数随着往复频率的提高而降低。载荷为30 N时,往复频率为5 Hz,摩擦2 h后,磨损断面轮廓宽度和深度分别为750μm和3871 nm。接触面从磨粒磨损转向疲劳磨损,接触面出现氧化层、表面硬化层和转移层。结论载荷较低时,船用低温钢磨损主要为氧化磨损和疲劳磨损;载荷增大时,接触面磨损出现疲劳磨损。同等载荷下,摩擦系数会随着移动速度的提高有所下降,接触面在摩擦热作用下形成的金属膜有助于降低表面粗糙度,减小摩擦系数。     

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。     

表面微织构对45#钢摩擦副表面摩擦学性能影响的实验研究

目的 通过在摩擦副表面进行激光微织构加工,研究不同分布形式的微织构对摩擦副的减摩作用效果,为微织构摩擦副在实际工程应用中的设计与选用提供参考。方法 选取45#钢作为摩擦材料制备环环接触的摩擦副,通过激光微雕刻在试件表面加工一定尺寸的微织构,在油润滑条件下,利用万能摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验,并通过超景深三维显微镜观察磨损表面,研究不同微织构在油润滑方式下对摩擦副的减摩作用机理及具体影响规律。结果 带有合理分布形式微织构的摩擦副接触表面能产生明显的动压润滑效应,其中径向沟槽微织构和凹坑状微织构在稳定磨损阶段的摩擦系数明显小于光滑表面,分别能减小摩擦系数16%和11%,局部网状微织构的摩擦系数与光滑表面没有明显差异,周向沟槽微织构的摩擦系数大于光滑表面。带有径向沟槽和凹坑微织构的摩擦副相比于光滑表面,温升有所降低,而周向沟槽和局部网状微织构随着摩擦表面磨损的加剧,温升更加明显,下试件分布有微织构的摩擦副接触表面摩擦系数要明显小于上试件分布有微织构的摩擦副。磨损局部放大图中,凹坑状微织构表面产生的磨粒剥落痕迹要明显浅于光滑试件表面,说明微织构能有效存储磨损磨粒,减少二次磨损对摩擦表面的破坏。结论 表面微织构能有效改善摩擦副的润滑性能,合理选择微织构分布形式和分布位置,才能最大限度地发挥微织构的减摩效果。     

M2高速钢高速干摩擦特性研究

在MMS-1G高温高速摩擦试验机上进行M2高速钢的高速干滑动摩擦磨损试验。用热电偶测量并计算摩擦面的摩擦温度，用XRD方法分析磨损前后试样摩擦面的合金相组成。利用SEM观察并分析摩擦面磨损形貌及磨损机理。结果表明：M2高速钢在高速干摩擦条件下，随着速度的增加，摩擦因数降低，磨损率达到最大值后降低。当摩擦热累积达到一定值后，摩擦表面产生严重塑性变形甚至形成润滑薄膜，同时伴有新相析出。     

MoS2-Al复合薄膜高温摩擦学性能研究

目的提升MoS_2薄膜在高温环境下的润滑性能。方法应用非平衡磁控溅射技术共溅射MoS_2靶和Al靶沉积MoS_2-Al复合薄膜。通过场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、纳米压入仪和CSM牌高温摩擦磨损试验机,评价MoS_2-Al复合薄膜表面及断面形貌、微观结构、机械性能和高温环境下的摩擦学性能,并通过奥斯巴林显微镜观察磨痕及磨斑形貌。结果温度超过400℃时,Al含量(原子数分数)为18.3%的MoS_2-Al复合薄膜表现出了优异的高温润滑性能,摩擦初始阶段的摩擦系数保持在0.07左右,平均摩擦系数低至0.172,比纯MoS_2薄膜的摩擦系数降低了64%,摩擦曲线十分稳定。结论当薄膜中Al的添加量为18.3%时,Al的引入在不破坏MoS_2结构时起到了自身优先氧化的作用,从而保护了MoS_2结构不被破坏,使MoS_2-Al复合薄膜在高温环境下的润滑能力得到了显著提升。     

等离子喷涂NiAl-V2O5/CuO复合涂层的宽温域摩擦学行为

目的 以具有较好低温润滑性能的V2O5和CuO为复合润滑相,设计并制备在宽温域下具有良好摩擦学性能的NiAl基高温润滑耐磨涂层.方法 采用大气等离子喷涂技术(APS)制备了不同配比的NiAl-V2O5/CuO复合涂层,并探究其在宽温域内(RT～800℃)的摩擦学性能.利用SEM(扫描电子显微镜)、XRD(X射线衍射仪)...     

激光熔覆Ni60A涂层对20CrNiMo合金高温干滑动摩擦磨损性能的影响

为改善制动盘材料的耐磨性能,选用Ni60A粉末,利用光纤激光器对20CrNiMo铸钢进行激光熔覆处理,研究了涂层的微观组织、成分均匀性、硬度、干滑动磨损性能及其损伤机制。结果表明：涂层主要由γ-Ni、M₂₃C₆、Ni-Cr-Fe、Ni₃B、[Fe, Ni]、FeNi₃、NiC、FeNi等相构成,涂层平均显微硬度HV_0.3为4600 MPa,较基体提高2.63倍。与基体相比,涂层在高载、高温工况下具有更小的平均摩擦系数,耐磨性得到显著提升。当载荷为150 N时,在室温和400 ℃时,耐磨性分别提高15.3和22.0倍。随温度和载荷的增加,涂层的损伤机制由磨粒和粘着磨损向氧化和磨粒磨损转变。     

表面纳米化对316L不锈钢干摩擦性能的影响

目的研究表面纳米化316L不锈钢干摩擦磨损性能,以获得合理的喷丸时间,提高316L不锈钢的使用寿命。方法采用普通喷丸强化方法对316L不锈钢进行表面纳米化处理,利用洛氏硬度计测量了纳米化前后材料表面洛氏硬度;利用激光共聚焦显微镜观察了纳米化前后材料表面三维形貌,测量了材料表面的粗糙度;利用扫描电子显微镜观察了表面纳米化处理后横截面的金相组织;利用材料表面性能综合测试仪在干摩擦条件下进行了摩擦磨损实验,测量了材料的摩擦系数;利用扫描电子显微镜观察了磨痕表面形貌,分析了材料的磨损机理。结果与未纳米化试样相比,喷丸时间为15 min时,表面硬度提高9.7%,而表面粗糙度降低17.6%,干摩擦系数降低17.3%;喷丸时间为30 min时,表面硬度提高34.1%,粗糙度降低35.1%,干摩擦系数降低28.8%。未纳米化试样呈现典型的粘着磨损和磨粒磨损机制,而纳米化处理后试样则主要呈现疲劳磨损和磨粒磨损机制。结论表面纳米化处理后试样表面硬度随处理时间的增加而增加,粗糙度随处理时间的增加而降低,干摩擦系数随处理时间的增加而减小。喷丸处理时间较短时以疲劳磨损为主,处理时间较长时以磨粒磨损为主。     

磷化-皂化处理对冷拔钢表面摩擦学性能的影响研究

在CETR UMT-2型试验机上考察了45钢、27SiMn钢磷化-皂化处理表面的摩擦学性能,采用扫描电镜观察了磨损表面形貌,探讨了磨损机理.结果表明:45钢、27SiMn钢经磷化-皂化处理后,与YT5硬质合金对摩时,摩擦系数降低,此时摩擦系数受润滑介质的影响不明显;磷化-皂化膜在磨损后仍存在于摩擦表面,但未完全阻止45钢向YT5硬质合金表面的材料转移.