Si/MoS2及C-Si/MoS2涂层在不同湿度条件下摩擦磨损性能

为了改善传统MoS_2涂层的摩擦学性能,利用中频直流磁控溅射技术在硅片和304不锈钢上沉积Si/MoS_2和2种不同碳含量的C-Si/MoS_2复合薄膜,利用扫描电镜(SEM)配备的EDS设备对薄膜的成分及厚度进行表征,利用真空摩擦磨损试验机(CSM)测试不同湿度条件下Si/MoS_2和C-Si/MoS_2的摩擦磨损性能。结果表明:2种不同碳含量的C-Si/MoS_2含有相似的Si含量,Si在薄膜中以单质的形式存在;Si/MoS_2薄膜随着湿度的增加,摩擦因数持续增加,同Si/MoS_2薄膜相比,掺碳量49.08%(原子分数)的C-Si/MoS_2薄膜摩擦性能得到优化,仅在24%湿度下摩擦因数高于纯Si/MoS_2薄膜;含碳量为49.08%的C-Si/MoS_2薄膜磨损程度最小,这是因为C在摩擦过程中易剪切滑移,与MoS_2耦合润滑,优化了薄膜的摩擦学性能;真空下,Si/MoS_2薄膜及C-Si/MoS_2薄膜的磨损机制为黏着磨损,而在不同湿度条件下,由于水蒸气和氧气的作用,Si/MoS_2薄膜及C-Si/MoS_2薄膜均会发生氧化磨损及磨粒磨损。     

低速冲击下的界面响应和磨损行为*

为探究低速冲击下界面响应与磨损行为之间的联系，开展多周次的低速冲击磨损实验；通过分析冲击过程中的接触力峰值、接触时长、接触力冲量、动能耗散等，研究冲击速度对接触界面的力学响应的影响；通过对冲击磨痕的磨损轮廓和形貌、磨损体积的检测分析，以及对磨痕区域元素组分变化的测试，研究冲击速度对接触界面磨损损伤行为的影响。结果表明：冲击速度的增加会导致接触界面在更短的时间内受到更强烈的力学作用；能量吸收率对冲击速度的变化不敏感，但冲击速度的提高会导致单位能量造成的磨损损伤逐渐降低；冲击磨痕可分为以塑性变形和以剥层磨损为主要损伤形式的2种区域；磨损区内经历了严重的摩擦氧化，并随着冲击速度的增加发生冲击副材料转移。因此，冲击速度越高，接触界面间的摩擦越剧烈，形成的表面氧化层避免了冲击副与基底材料的直接接触，延缓了磨损损伤的进一步发展。     

空间机构MoS2固体润滑真空摩擦特性研究

研究超高强度不锈钢CF170材料上MoS_2固体复合润滑膜的真空摩擦特性和耐湿热性能,为空间机构产品选用可靠的MoS_2润滑膜提供理论基础和试验数据。在CF170材料的表面分别制备有机黏结MoS_2复合润滑膜、无机黏结MoS_2复合润滑膜和溅射MoS_2复合润滑膜,进行摩擦磨损试验和耐湿热性能试验,结合光学显微镜和电子扫描显微镜对摩擦磨损形貌进行微观分析。通过分析可知,有机黏结MoS_2复合润滑膜在摩擦过程中形成滑移面以降低摩擦因数;无机黏结MoS_2复合润滑膜在摩擦过程中使摩擦偶件与试件之间的摩擦转换为滚动摩擦降低摩擦因数和延长耐磨寿命;溅射MoS_2复合润滑膜在摩擦过程中被摩擦偶件剪切剥离,摩擦由点接触逐步过渡到面接触,增强了摩擦副之间的润滑效果。试验结果表明:溅射MoS_2复合润滑膜平均摩擦因数较小,耐磨寿命较长,磨损率很低,并且具有良好的耐湿热性能,适用于空间机构的润滑。     

不同对磨材料对AlCrN涂层摩擦磨损性能影响

在YT15硬质合金表面采用PVD技术制备Al Cr N涂层,并在UMT-2摩擦磨损试验机上分别与不同材料的对磨球(WC-Co、GCr15、Q235、304)进行摩擦磨损对比试验。在不同载荷和滑动速度条件下研究了不同对磨材料对涂层表面摩擦磨损性能的影响。结果表明:涂层与304球对磨的摩擦系数最小,与WC-Co球的次之,与Q235球的最大;涂层与WC-Co球对磨的磨损率最低,且磨损率随载荷和速度的增加而降低;涂层与Q235、304不锈钢球对磨时主要磨损形式为粘结磨损和氧化磨损,与GCr15球对磨以粘结、磨粒和氧化磨损为主,与WC-Co球对磨以磨粒磨损和氧化磨损为主。     

微织构表面电射流沉积MoS2/Ti涂层及其摩擦磨损特性研究

利用激光加工技术在YG6硬质合金基体上制备椭圆阵列微织构。配制了MoS_2/Ti悬浮液,利用电射流沉积技术在YG6硬质合金基体上沉积了厚度为17μm的MoS_2/Ti涂层,研究了电射流沉积流量和沉积高度对涂层形貌的影响。当沉积流量为12μL/min、沉积高度为5mm时,获得了均匀紧凑的MoS_2/Ti涂层。对MoS_2/Ti涂层沉积前后织构化基体摩擦磨损特性进行研究,结果表明:表面织构可以降低摩擦系数及其波动程度,有效储存涂层材料;MoS_2/Ti涂层降低基体表面的摩擦系数效果更为明显,能够减缓基体的磨损程度。     

波箔气体轴承MoS2基润滑涂层的制备和性能研究

为了提高波箔轴承的耐磨减摩性能,采用喷涂法在平箔片和圆盘试样上制备MoS_2固体润滑涂层,并对圆盘试样涂层结合强度进行分析;采用自制球盘摩擦磨损试验机研究涂层圆盘试样的摩擦磨损性能,通过扫描电镜(SEM)测试涂层圆盘试样摩擦磨损前后表面、截面形貌,利用波箔轴承性能测试实验台探究涂层在实际工作中的耐磨减摩性能。研究结果表明:基体表面的粗糙度影响MoS_2涂层的结合强度,其中试样表面进行喷砂处理后与MoS_2涂层结合力最好;制备的MoS_2固体润滑涂层中各成分均匀分布,涂层的结合方式以机械结合为主;球盘摩擦磨损试验表明,制备的MoS_2涂层的耐磨减摩性能较好,其平均摩擦因数相比不锈钢基体降低了54.5%左右,磨损量相对减小了40.7%;波箔轴承台架试验表明,制备的MoS_2涂层减摩性能已接近商用PTFE涂层,但其耐磨性能较差。     

锰白铜合金/W_2C复合涂层磨损机制研究

采用无压浸渍工艺,在45#钢表面制备出2种锰白铜合金/W2C复合涂层;考察了比压、转速及W2C颗粒尺寸对涂层与石油钻机的一种新型刹车材料对磨的耐磨性的影响,并分析了涂层的磨损过程与磨损机制。结果表明:涂层的磨损机制是W2C颗粒的疲劳磨损以及摩擦表面氧化锰薄膜和表面膜的生成、长大、破裂(撕裂)、剥落、再生的动态磨损过程,也是磨粒磨损、疲劳磨损、黏着磨损、塑性变形和氧化磨损等磨损机制的综合作用。     

TC4合金表面双阴极等离子溅射沉积NbTiN2涂层的摩擦磨损性能

采用双阴极等离子溅射沉积技术在TC4合金表面制备了NbTiN₂涂层,研究了涂层的物相组成、微观形貌、硬度、与基体的结合情况以及摩擦磨损性能。结果表明:NbTiN₂涂层具有很强的(220)晶面择优取向特点;涂层表面质量良好,无明显缺陷,厚度约为10μm,平均硬度为2 478.46 HV,约为基体的6倍,涂层划痕试验的临界载荷为68.5 N,涂层与基体结合良好;在2～5 N载荷、室温下涂层的摩擦因数低于基体,磨痕比基体窄,磨损率比基体低一个数量级,涂层的主要磨损机制是疲劳磨损;500℃下涂层的摩擦因数较室温高,磨痕更窄更浅,磨损率较低,磨损机制为黏着磨损和氧化磨损,涂层表现出更好的耐磨性能。     

TiN/Ti涂层在波箔轴承中的摩擦磨损性能

采用真空离子镀的方法在304不锈钢基体上喷涂厚度为3μm的TiN/Ti薄层,利用硬度计、三维形貌仪、划痕试验仪对涂层基本力学性能进行分析,通过球盘试验机分析涂层试样的摩擦磨损性能,根据波箔轴承性能测试实验台的测试结果:研究TiN/Ti涂层对基体表面耐磨减摩性能的影响。研究结果表明:TiN涂层硬度可达HV1500,是基材硬度的5.5倍;TiN/Ti涂层平均摩擦因数为0.23,相对不锈钢304基材的平均摩擦因数0.71,降低了68%,磨损量也仅为基材的18.75%;GCr15与PTFE对磨的最大摩擦力矩可达2.4 N·mm,而TiN/Ti与PTFE对磨的最大摩擦力矩仅为1 N·mm,仅为GCr15的41.7%。TiN/Ti涂层表现出了优异的承载能力和耐磨减摩性能。     

微滑动条件下PS304涂层与Si_3N_4配副的摩擦学性能研究

利用大气等离子喷涂在不锈钢表面制备PS304高温自润滑涂层。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜表征涂层的组成和结构;采用SRV微动摩擦磨损实验机研究PS304涂层和Si3N4摩擦副从室温到800℃的摩擦磨损性能;用扫描电子显微镜观察涂层和对偶球的磨损形貌,并分析涂层在室温和600℃的摩擦磨损机制。结果表明,常温下,涂层的摩擦因数和磨损率均较高,磨损表面伴随脆性断裂迹象,主要表现为磨粒磨损机制。在600℃下,涂层表现最低的摩擦因数和最小磨损率,其表面形成润滑膜并发生一定的塑性变形,磨损机制主要为黏着磨损。     

石墨烯/MoS2复合涂层多环境下的摩擦学性能

以MoS2作为润滑剂,以石墨烯(GE)作为润滑添加剂,采用喷涂法在GCr15钢样片表面制备不同含量的GE/MoS2复合涂层.利用HSR-2M型高速往复式摩擦磨损试验机测试涂层在干摩擦及海水环境中的摩擦磨损性能,并分析了磨痕形貌及磨损机制.结果表明:添加适量石墨烯可明显改善MoS2涂层的摩擦磨损性能,且海水环境中涂层的摩...     

不同石墨烯添加量下MoS2基复合涂层的摩擦磨损及耐腐蚀性能

为改善MoS2基固体润滑涂层的摩擦磨损性能和耐蚀性能,制备了不同石墨烯（GE）添加量的MoS2复合涂层,利用HSR-2M摩擦磨损试验机测试了复合涂层的摩擦磨损性能,并分析了其磨损机理,通过极化曲线、交流阻抗谱（EIS）研究了涂层在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀行为。试验结果表明,0.8-GE/MoS2复合涂层的摩擦磨损和耐腐蚀性能最优,其平均摩擦因数和磨损率分别为0.232和2.379×10-13 m3/(N·m),较未添加石墨烯的MoS2涂层分别降低了49.56%和43%,腐蚀速率（1.96×10-8 A/cm2）较纯MoS2涂层（5.54×10-6 A/cm2）降低了近2个数量级。石墨烯的二维片状结构具有良好的自润滑性能,在涂层中均匀分布时能有效阻隔腐蚀介质的渗透,因此,石墨烯的添加提高了MoS2基复合涂层的摩擦学性能和耐腐蚀性能,石墨烯的最优添加量为0.8%（质量分数）。     

Friction and wear behaviors of MoS2/Zr coated HSS in sliding wear and in drilling processes

MoS2 metal composite coatings have been successful used in dry turning, but its suitability for dry drilling has not been yet established. Therefore, it is necessary to study the friction and wear behaviors of MoS2/Zr coated HSS in sliding wear and in drilling processes. In the present study, MoS2/Zr composite coatings are deposited on the surface of W6Mo5Cr4V2 high speed steel(HSS). Microstructural and fundamental properties of these coatings are examined. Ball-on-disc sliding wear tests on the coated discs are carried out, and the drilling performance of the coated drills is tested. Test results show that the MoS2/Zr composite coatings exhibit decreases friction coefficient to that of the uncoated HSS in sliding wear tests. Energy dispersive X-ray(EDX) analysis on the wear surface indicates that there is a transfer layer formed on the counterpart ball during sliding wear processes, which contributes to the decreasing of the friction coefficient between the sliding couple. Drilling tests indicate that the MoS2/Zr coated drills show better cutting performance compared to the uncoated HSS drills, coating delamination and abrasive are found to be the main flank and rake wear mode of the coated drills. The proposed research founds the base of the application of MoS2 metal composite coatings on dry drilling.     

横向交变载荷作用下三种涂层螺栓的防松性能

选用二硫化钼涂层和碳化钨涂层对45钢螺栓进行表面处理,通过横向振动试验研究横向交变载荷作用下螺栓连接结构的松动行为,并与常用的电镀锌涂层螺栓进行对比分析,讨论3种涂层螺栓的防松性能。利用扫描电子显微镜和电子能谱仪分析试验后螺纹表面损伤形貌及化学成分,揭示螺纹表面的磨损机制。试验结果表明：二硫化钼涂层螺栓螺纹表面的主要磨损机制为疲劳磨损、磨粒磨损和氧化磨损,碳化钨涂层和电镀锌涂层螺栓螺纹表面的主要磨损机制为疲劳磨损和磨粒磨损;相同预紧力或等效应力条件下,二硫化钼涂层螺栓因其界面摩擦因数低,防松性能较差,碳化钨涂层螺栓因其表面耐磨性能优异,防松性能最好;相同预紧力矩条件下,二硫化钼涂层螺栓因预紧力高,防松性能最好,碳化钨涂层螺栓次之,电镀锌涂层螺栓最差。     

热压Ni-MoS2自润滑复合材料在不同温度的往复摩擦磨损特性

采用自润滑复合材料,对提高某些机械摩擦副的使用寿命有很显著的效果。研究了热压Ni-MoS2自润滑复合材料与GCr15钢球组成的点接触配对副,在室温和高温条件下进行微幅往复摩擦运动时的自润滑特性。考察了载荷、温度及MoS2含量对摩擦系数和磨损率的影响,并借助扫描电镜观察磨损表面的形貌特征。结果表明：摩擦系数随载荷增加而不断提高;温度在400℃以下时,摩擦系数能保持较低数值;在室温和250℃时,含60%MoS2的复合材料均具有最低磨损率;提高MoS2含量有助于改善高温自润滑性;MoS2转移润滑膜的完整程度可作为Ni-MoS2复合材料自润滑性能好坏的判据。     

不同基体CrN/CrCN多层涂层海水环境摩擦学性能研究*

为研究不同基体材料对CrN/CrCN多层涂层在海水环境下摩擦学性能的影响,采用多弧离子镀技术在H65铜合金、TC4钛合金和316L不锈钢基体上沉积CrN和CrN/CrCN多层复合涂层,通过XRD、SEM等技术对涂层的结构进行表征,通过结合力、硬度测试和摩擦磨损试验分析涂层在大气环境和海水环境下的力学性能和摩擦学性能。结果表明:CrN/CrCN多层涂层的内应力相对于CrN明显减小,且硬度相对CrN涂层较高;TC4钛合金为基体的涂层结合力较好且涂层硬度较高;在海水环境下涂层的摩擦因数相对于大气环境都有较大幅度下降,其中,以TC4钛合金和316L不锈钢为基体的涂层摩擦因数较小;以H65铜合金为基体的2种涂层在海水中的磨损率高于大气中,而以TC4合金、316L不锈钢为基体的CrN/CrCN多层涂层在海水环境下的磨损率低于大气环境;TC4钛合金为基体的CrN/CrCN多层涂层在海水环境下具有最低的磨损率,表明TC4钛合金更适合作为海水环境下CrN/CrCN多层涂层耐磨的基体材料。     

镍基Si3N4复合镀层的摩擦磨损特性

通过复合电镀法制备了N i-Si3N4和N i-P-Si3N4两种复合镀层,分别与热处理45#钢组成摩擦副,进行环-环摩擦磨损试验,测试了摩擦因数和磨损量,并观察了磨损表面形貌,探讨了摩擦副的摩擦磨损机理。结果表明,N i-P-Si3N4/45#钢摩擦副的摩擦因数较小,磨损量低,具有良好的减摩耐磨性能。镀层基体的性能明显影响复合镀层的摩擦磨损性能。磨料磨损是N i-Si3N4/45#钢摩擦副的主要磨损形式,导致45#钢的磨损量增大;N i-P-Si3N4镀层对Si3N4颗粒具有良好的把持力,避免了磨料磨损的产生,摩擦副处于稳定的边界润滑摩擦状态。     

化学复合镀(Ni-P-MoS_2)缝纫机导杆的摩擦磨损性能研究

以缝纫机导杆的减摩需求为背景,以曲面-曲面接触方式,在5 mm振幅下,以不锈钢为基体,研究Ni-P镀层、外加MoS2的Ni-P镀层及Ni-P-MoS2复合镀层的往复滑动摩擦学行为,研究载荷、频率以及MoS2对摩擦因数和磨损率的影响。研究结果表明,镀层摩擦因数均随着滑行频率和载荷的的增加呈不同的变化趋势,Ni-P镀层的摩擦因数最大,外加MoS2的Ni-P镀层次之,Ni-P-MoS2复合镀层最小;其磨损率均随着滑行频率和载荷的增加而增加,Ni-P-MoS2复合镀层的磨损率较外加MoS2的Ni-P镀层与Ni-P镀层的小,这是由于MoS2的低摩擦性并在化学复合镀后具有较好的结合力,从而使Ni-P-MoS2复合镀层具有较好的耐磨性和自润滑性。     

甘油润滑下CrCN涂层的超低摩擦特性

为开发与CrCN涂层具有良好配伍润滑性能的绿色润滑剂,使用磁控溅射技术在304不锈钢表面沉积CrCN涂层,利用场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜、纳米压痕仪、维氏硬度计、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪分别对其表面形貌、涂层厚度、力学性能、物相组成以及元素化学价态进行分析,并借助多功能摩擦磨损试验机评价在甘油润滑下CrCN涂层的摩擦学性能,并与PAO6润滑下结果进行比较。利用磁控溅射技术在不锈钢表面构筑的CrCN涂层表面光滑致密,粗糙度仅为1.01 nm,硬度可达14.39 GPa。对比钢-钢和钢-CrCN体系的摩擦学性能发现,钢-CrCN体系在甘油润滑下展现出优异的润滑性能;当负载为0.5 N时,钢-CrCN体系在甘油润滑下的摩擦因数可低至0.01,大大低于PAO6润滑下的摩擦因数。对磨痕的XPS分析表明,在摩擦过程中,甘油发生摩擦化学反应,在CrCN涂层的接触表面生成一层FeOOH层,甘油分子及其降解产物可能进一步吸附在FeOOH层,形成流体润滑层,有效降低了摩擦和磨损。     

The influence of surface defects on the mechanical and tribological properties of VN-based arc-evaporated coatings

The influence of surface defects, i.e., droplets and craters, on the mechanical and tribological properties of arc-evaporated V_xN coatings deposited on cemented carbide has been investigated in a scratching contact using a diamond stylus and a sliding contact using a stainless steel pin. Post-test characterisation using 3D optical surface profilometry and scanning electron microscopy was performed in order to investigate the mechanical and tribological response of the coatings. The results show that scratch induced coating cracking mainly is restricted to larger droplets showing a low interfacial bonding to the adjacent coating matrix. The influence of coating defects on the cohesive strength, i.e., the tendency to chipping of small coating fragments, was found to be relatively small. In contrast, the presence of defects may have a significant impact on the interfacial adhesive strength, increasing the tendency to spalling. In sliding contact, surface defects such as droplets and craters have a strong impact on the tribological behaviour of the coatings causing abrasive wear of the less hard counter material surface and material transfer to the coating, both mechanisms affecting the friction characteristics of sliding contact tribo systems.