多弧离子镀TiAlSiN梯度涂层制备及切削性能

针对含Si超硬涂层与基体结合强度不足,切削过程中涂层易发生剥落从而导致涂层刀具切削性能低的问题,采用离子源增强的多弧离子镀技术在硬质合金刀具上制备了不同含Si层梯度结构的TiAlSiN梯度涂层。利用XRD、SEM、OM以及切削试验探讨不同含Si层梯度结构对涂层物相、表面形貌、膜基结合强度、摩擦磨损以及切削性能的影响。结果显示：不同含Si层梯度结构的TiAlSiN涂层主要由固溶的（Ti,Al） N和（Al,Ti） N相组成。其中,低Si直接过渡的TiAlSiN涂层（S3）呈现出较高的硬度、良好的膜基结合力、较低的涂层残余应力和摩擦因数。铣削结果显示,涂层刀具的切削磨损机理主要表现为粘着磨损。当切削速度为80 m/min时,低Si过渡涂层（S3涂层）表现出更高的切削长度（925 m）,显著高于S1涂层的525 m;当切削速度由80 m/min增加至110 m/min时,S3涂层切削长度增加到1650 m。对含Si刀具涂层进行梯度设计,可有效提高涂层的膜-基结合强度和涂层刀具的切削性能。     

Ni含量对Ni/AT13涂层摩擦磨损性能的影响

采用大气等离子喷涂技术在20钢表面制备Ni质量分数分别为0%、10%、30%、50%和60%的Ni/AT13复合涂层,采用QG-700型摩擦磨损试验机在室温干摩擦条件下测试了涂层的摩擦磨损性能,采用扫描电镜和XRD射线衍射仪研究了涂层的显微形貌和相组成,并研究了Ni添加量对涂层摩擦磨损性能的影响。结果表明:添加Ni后,涂层中有NiO新相生成,涂层中孔隙减少,涂层与基体的结合强度增加,显微硬度降低。涂层磨损率随着Ni含量的增加而降低,Ni的添加改善了涂层的摩擦磨损性能,其中Ni质量分数为30%时涂层摩擦磨损性能最好。     

Ti-Al-Si-N多层梯度涂层的微观结构及力学性能研究

目的 分析Ti-Al-Si-N多层梯度涂层微观结构特征和力学性能,得到涂层强化机制.方法 采用阴极电弧离子镀镀膜工艺,使用4个靶材交替沉积的方式,分别在高速钢和Si基底上制备Ti-Al-Si-N多层梯度涂层.采用X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)和纳米压痕仪对Ti-Al-Si-N多层梯度涂层晶相组织、...     

复合梯度膜层摩擦磨损性能研究

应用离子渗氮与多弧离子镀复合技术,在40Cr基体上制备Ti0.33Al0.67N复合膜层,对梯度Ti0.33Al0.67N膜层与其他膜层的摩擦磨损性能进行了研究与对比。结果表明,Ti0.33Al0.67N膜层具有良好的耐磨损性能,是适合在高温环境下采用的耐磨涂层。     

非晶碳涂层的摩擦磨损性能研究

采用多源磁控溅射物理气相沉积法在单晶硅表面制备梯度变化非晶碳涂层(类金刚石薄膜),通过调整工艺参数获得厚度在1～2μm的涂层.采用MML多功能纳米性能测试系统测试了非晶碳涂层的纳米硬度和弹性模量.采用CETR UTM-2型显微摩擦测试仪测试了非晶碳涂层在不同载荷下的摩擦磨损行为.结果表明,涂层具有较高的硬度和弹性模量,可以分别达到12.5GPa和184GPa;涂层在不同的载荷下具有较好的摩擦性能,摩擦因数基本保持在0.1左右,磨损率达到10-9 mm3/ N·m数量级.     

载荷对Cr-Si复合渗层摩擦磨损性能的影响

采用双辉等离子渗金属技术在TA15钛合金表面制备了Cr-Si复合渗层。研究了不同载荷(130 g、230g、330 g)下Cr-Si复合渗层的摩擦性能。使用硬度仪、纳米压痕仪和划痕仪测定了复合渗层的力学性能。采用HT-500型摩擦磨损试验机对TA15合金和Cr-Si复合渗层进行了摩擦磨损试验,以研究载荷对摩擦因数和比磨损率的影响。采用SEM、EDS等探究了渗层的磨痕形貌、成分变化及磨损机制。结果表明,Cr-Si复合渗层与基体结合良好,渗层总厚度达40μm,力学性能较基体有大幅度提高。在不同载荷下,渗层的摩擦因数、磨损体积和比磨损率均较基体大大降低。在重载荷下,基体的磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损,而Cr-Si复合渗层则以磨粒磨损和氧化磨损为主。     

工作气压对TiBN/TiAlSiN纳米多层涂层的结构和性能影响

为应对高速干式切削、工磨具行业对新型防护涂层的需求,制造高硬度、耐摩擦磨损的纳米复合涂层具有巨大的市场前景。 采用阴极多弧离子镀技术,在不同的工作气压下用 TiB2 和 TiAlSi 合金靶作为阴极蒸发靶材,在硬质合金衬底上分别沉积了 TiBN,TiAlSiN 涂层和 TiBN/ TiAlSiN 多层涂层。 借助于 XRD、 XPS、 SEM、 AFM 和 HRTEM 对涂层的成分、形貌及微观结构进行表征分析。 并用纳米压痕硬度计和球盘式摩擦测试仪分别研究了涂层的硬度和摩擦磨损性能。 研究结果表明:TiBN/ TiAlSiN 涂层呈现一种非晶相包裹纳米多晶相的微观结构形态,工作气压越高,涂层表面越趋于光滑;涂层在 1. 0 Pa 工作气压下涂层显微硬度值达到 38 GPa;在 2. 0 Pa 的工作气压下,涂层显微硬度值约 34 GPa,摩擦因数低于 0. 29。 与 TiBN 和 TiAlSiN 涂层相比,TiBN/ TiAlSiN 纳米多层涂层的机械、摩擦学性能更加优越,这为应用在干式切削、磨削工具领域的硬质润滑多层涂层的制备与研究指明了一条方向。     

热喷涂金属陶瓷/合金多层涂层的磨粒磨损性能

采用超音速火焰(HVOF)和电弧喷涂技术制备金属陶瓷/合金多层涂层。运用光学显微镜观察涂层组织结构;涂层硬度采用显微硬度仪进行测试;用湿式橡胶轮磨粒磨损试验机测试涂层的磨损性能。结果表明:涂层组织为扁平层状结构,涂层与基体、涂层与涂层之间结合紧密;多层涂层表层和底层(WC-12Co涂层)的硬度较高,中间层(NiCr合金涂层)的硬度较低;涂层的磨损质量损失与载荷成正比;磨料的硬度较高时,涂层的磨损质量损失较大,与单层涂层相比,多层涂层在较高载荷作用下具有较好的抗磨损性能。     

CrN涂层对中碳轴承钢摩擦磨损性能的影响

为了改善钟形壳用中碳轴承钢的耐磨性能,采用磁控溅射技术在中碳轴承钢表面制备了CrN涂层。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机等对比分析了有无涂层的中碳轴承钢的微观形貌、力学性能和摩擦磨损性能。结果表明:中碳轴承钢热处理后的组织为回火马氏体,硬度为589. 2 HV0. 5,表面沉积CrN涂层后,硬度达到了756. 9 HV0. 5。该涂层由CrN和Cr_2N相构成,结构致密,厚度约5. 891μm。在相同摩擦磨损条件下,涂层试样比无涂层试样的磨损量减少了约35. 6%。涂层试样的主要磨损机制为氧化黏着磨损,而无涂层试样则为氧化黏着磨损和磨粒磨损。     

水热腐蚀老化对热障涂层的摩擦磨损性能的影响

海洋环境下，热障涂层因水蒸气的作用发生水热腐蚀老化，同时还承受高温气流冲蚀带来的摩擦磨损破坏。本文采用大气等离子喷涂技术在单晶合金N5上制备了带有NiCrAlY粘结层和8YSZ面层的热障涂层，并使用MFT-5000摩擦磨损试验机测试了热障涂层在水热腐蚀老化后的摩擦磨损行为，同时通过XRD与SEM对涂层腐蚀后的物相构成与磨损形貌进行了分析。结果表明，水热腐蚀老化会使YSZ陶瓷发生四方相至单斜相的相变，且单斜相主要在ZrO₂晶界处萌生，引起晶粒间结合强度降低，导致涂层耐磨性能降低。在高温氧化环境及高温氧化-低温水热老化交变环境下，涂层的磨损机制为脆性断裂引起的片层剥离，同时还伴有磨粒磨损和黏着磨损；而在低温水热环境下涂层的磨损机制为微断裂引起的晶粒剥离。     

滚轮表面TiAlSiN涂层制备及失效机理研究

目的通过对滚轮表面制备超硬纳微米TiAlSiN涂层,提高滚轮的综合工作性能。方法采用阴极电弧离子镀膜技术在滚轮工作面及高速钢试样表面制备超硬纳微米TiAlSiN涂层。通过X射线荧光测量系统测量涂层厚度,采用扫描电子显微镜(SEM)观察涂层表面特征和形貌,采用能谱仪(EDS)对涂层元素的成分进行分析,通过纳米压痕仪及洛氏硬度计对涂层的硬度及膜基结合力进行测定和分析。结果滚轮表面1.97μm厚的TiAlSiN涂层的Si原子数分数为4.21%,其显微硬度为37.69 GPa,涂层与基体的膜基结合力符合VDI-3198工业等级的HF3,呈现出较强的膜基结合力。经生产线上滚压机实际成形加工验证,涂层后滚轮的工作寿命是未涂层滚轮的5倍,滚轮具有强度高、耐磨损、抗氧化、耐腐蚀、粘附性降低等特性,显著改善了磨损、剥落、疲劳裂纹、缠辊、粘滚等现象。结论在滚轮表面制备超硬纳微米TiAlSiN涂层,能显著提高滚轮的综合工作性能。     

滑动频率对超音速等离子喷涂Mo涂层载流摩擦磨损性能的影响

目的 提高45NiCrMoVA钢的高频载流摩擦磨损性能。方法 采用超音速等离子喷涂技术在表面制备Mo涂层,通过红外热成像仪、高速摄像机记录载流摩擦实验中的温度分布、起弧率和电弧形貌。采用载流摩擦磨损试验机、三维形貌仪测算涂层的摩擦系数、稳定性系数、磨痕轮廓和磨损率。利用场发射扫描显微镜、X射线能谱分析仪、X射线衍射仪对磨痕、磨屑进行分析。结果 当滑动频率由5 Hz提升至20 Hz时,起弧率由1.13%提升至8.24%,造成的电弧烧蚀区面积逐渐扩大。载流摩擦过程中表面的温度变化明显受滑动频率与实验时间的影响,各组均在300 s时达到最高温度,范围为63.3~91.7 ℃。随滑动频率的增加,涂层的摩擦系数及稳定性系数呈先下降后上升趋势,15 Hz时,两者值达到最小,为0.337（平均摩擦系数）和1.443。磨损率同样随滑动频率的增加呈先下降后上升趋势,10 Hz时达到最小,为66.6×104 μm3/(N?m);当频率大于15 Hz时,磨痕深度、宽度大幅增加。结论 摩擦膜可以降低摩擦副间的粘着倾向,提高运动稳定性,其形成与破裂受表面温度、材料屈服强度等多方面因素的影响,是导致摩擦系数变化的主要原因。载流摩擦除机械损耗外,还存在电气损耗及电气-机械共同损耗。高频率下,电弧烧蚀现象明显,同时加剧了粘着磨损、氧化磨损、层片剥落及磨粒磨损,导致磨损率较高。     

高分子复合润滑涂层对低碳钢表面摩擦学性能的影响

为替代磷化-皂化处理工艺,通过浸涂高分子复合润滑液的方法在低碳钢试样表面制备涂层。利用HT-500型球盘摩擦试验机考察了低碳钢在高分子复合润滑涂层、磷皂化膜、无润滑介质这3种不同润滑条件下摩擦学性能,同时分析了干摩擦接触表面上摩擦切应力,并应用VHX-600K型超景深显微镜对磨损表面形貌观察,探讨磨损机制。结果表明：高分子复合润滑涂层与磷皂化膜具有相接近的润滑减摩特性,摩擦因数与干摩擦相比分别减小67.33%和68.79%,对摩初期5 min内前者略低2.1%,且减摩性能都较稳定。此外,磨损机制与不同润滑条件下的摩擦行为有关。干摩擦过程中,磨粒磨损、氧化磨损起主导作用;表面有磷皂化膜的摩擦磨损机制主要为轻微磨粒磨损与少量氧化磨损;高分子复合润滑涂层作用下,表面磨损程度最小,主要表现为轻微磨粒磨损。     

Ni包石墨对镍基涂层摩擦学性能的影响

用超音速火焰喷涂在45钢表面制备具有Ni包石墨的镍基固体润滑涂层．考察了Ni包石墨对Ni60涂层的摩擦学性能的影响。用SEM观察了喷涂层的磨损表面。探讨了磨损面的形貌与涂层的磨损机理之间的关系。并且分析了速度、载荷对涂层摩擦磨损的影响。结果表明，Ni包石墨喷涂层具有优良的摩擦学性能．明显好于镍基喷涂层，随着Ni包石墨的增加，摩擦系数不断降低，而磨损率呈先下降后上升的变化趋势。Ni包石墨含量为30wt%的涂层磨损性能最优。     

热震对TiAlSiN涂层结构与性能的影响

目的探究TiAlSiN涂层经过不同热震次数后,其组织结构及性能的变化规律及机制。方法采取电弧离子镀技术在单晶硅和M2高速钢(W6Mo5Cr4V2)表面沉积TiAlSiN涂层,采用加热-水淬循环的方法进行热震试验。采用3D表面轮廓仪、扫描电子显微镜(SEM)表征涂层显微形貌,用金相显微镜测定膜/基结合力,用能谱仪(EDS)分析涂层元素含量变化,用X射线衍射仪(XRD)表征物相结构,用划痕仪和硬度计测量涂层力学性能,用摩擦磨损试验仪、光学显微镜探究涂层摩擦学性能及摩擦磨损机制。结果随着热震次数的增加,涂层表面产生的TiO颗粒尺寸增大,含量增多,粗糙度增加。XRD衍射峰向小角度发生偏移,但仍保持立方结构。涂层的力学性能变差,硬度值由2066HV_(0.025)下降至1447HV_(0.025),结合力由常温的71.8 N下降至33.9 N,结合力等级由常温的HF1降至HF4。此外,30、40、50次热震后,涂层展现出比常温下更优异的耐磨性能,摩擦系数由常温的0.571分别降低至0.427、0.389、0.273,磨损率由常温时的1.4×10~(-14) m~3/(N·m)分别降至1.01×10~(-14)、0.93×10~(-14)、0.71×10~(-14)m~3/(N·m),磨损类型主要为粘着磨损与氧化磨损。结论 TiAlSiN涂层在600℃下具备优异的抗热震性能,多次冷-热循环后仍为立方结构。随着热震次数的增加,TiAlSiN涂层表面质量及力学性能下降,但摩擦磨损试验中,由于涂层表面多次热震形成的氧化物起到润滑效果,有效减缓了涂层与摩擦球的剧烈接触,使TiAlSiN涂层的耐磨减摩性能提高。     

MoS2/Pb-Ti多层薄膜的结构和摩擦学性能

目的 设计MoS2/Pb-Ti多层薄膜,改善真空和大气环境下的摩擦学性能。方法 采用磁控溅射技术沉积MoS2/Pb-Ti多层薄膜,通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射(XRD)、纳米压痕仪、真空和大气摩擦磨损实验,分别评价MoS2/Pb-Ti多层薄膜的表面形貌、微观结构、力学性能、真空和大气环境下的摩擦学性能,并通过光学显微镜、能谱仪（EDS）、Raman光谱仪对磨痕及磨斑进行分析。结果 随着MoS2层厚度的增加,MoS2/Pb-Ti多层薄膜的表面颗粒逐渐细化,变得更加光滑。同时,微观结构由金属相主导转变为由MoS2相主导,弹性模量逐渐降低,硬度则先升高后降低。在真空环境下,MoS2/Pb-Ti多层薄膜的摩擦系数低至0.01,磨损率低至2.2×10?7 mm3/(N?m),大气环境下摩擦系数低至0.07左右,磨损率低至2.7×10?7 mm3/(N?m)。 结论 在真空摩擦磨损实验中,MoS2层厚度过薄时,MoS2/Pb-Ti多层薄膜的磨损机制为粘着磨损,MoS2层厚度增加有助于形成稳定的转移膜,使得摩擦磨损大幅降低。在大气摩擦磨损实验中,Ti保护MoS2的结构免于H2O和O2的破坏,使体系具有低而稳定的摩擦磨损。     

TiAlSiN多元PVD涂层的研究

采用PVD方法在硬质合金基体上制备了不同成分与结构的TiAlN涂层和TiAlSiN涂层。研究了涂层的组织结构和物理性能,分析了Si元素掺杂在TiAlN基涂层中的作用机理及其对涂层性能的影响,并通过切削实验对涂层刀具的使用性能进行了验证。结果表明:在TiAlN基涂层中添加了Si元素获得了明显区别于TiAlN涂层的组织结构,Si元素以Si3N4非晶相形式包覆在TiAlN晶界,一方面起到了细化涂层晶粒尺寸提高涂层硬度的效果,另一方面还可以提高涂层的热稳定性能。切削实验表明,含Si元素的TiAlSiN涂层在许多应用条件下也表现出较TiAlN涂层更优异的使用性能。     

多元等离子体浸没离子注入与沉积和磁控溅射技术制备TiAlSiN/WS_2多层薄膜的力学性能和腐蚀行为(英文)

为了降低超硬TiAlSiN复合涂层的摩擦因数,采用多元等离子体浸没离子注入与沉积和射频(RF)磁控溅射技术制备TiAlSiN/WS2多层薄膜,利用XRD、SEM、Raman光谱、纳米探针、摩擦和电化学试验对薄膜的微结构、力学性能和腐蚀行为进行测试与分析。SEM结果表明:TiAlSiN/WS2多层薄膜具有清晰的调制周期。纳米硬度结果表明,TiAlSiN/WS2多层薄膜硬度介于TiAlSiN和WS2涂层硬度之间。摩擦实验结果证实TiAlSiN/WS2多层薄膜的摩擦因数低于TiAlSiN涂层的,且摩擦过程平稳。此外,TiAlSiN/WS2多层薄膜表现出良好的抗腐蚀能力,在相对较小的调制周期内,其腐蚀电流密度显著降低。