等离子喷涂Al2O3涂层与高硬配副的摩擦学性能研究

目的 研究大气等离子喷涂Al2O3涂层在高硬配副下的摩擦磨损行为.方法 通过大气等离子喷涂(APS)制备了厚度约为380μm的Al2O3涂层,利用纳米压痕仪测量了Al2O3涂层和两种摩擦副的硬度和弹性模量.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对喷涂粉末、涂层以及磨痕的相结构和形貌进行了表征分析,通过X射线能量色散谱仪(EDS)分析了涂层磨痕中对偶元素的转移.另外,还通过CSM摩擦机系统地研究了该涂层的摩擦磨损行为.借助X射线光电子能谱仪(XPS)分析了磨痕中的化学组成.结果 制备的Al2O3涂层主要以γ-Al2O3相为主,且存在一定孔隙,并出现层状结构.在摩擦实验中发现,在同一摩擦副下,Al2O3涂层的摩擦系数随着载荷的增加而逐渐降低,磨损率随之增大.由于摩擦配副力学性能的差异,使Al2O3涂层表现出不同的摩擦磨损行为.以Si3N4为摩擦副时,Al2O3涂层的摩擦系数较小,但磨损率大,磨损机制主要是磨粒磨损和粘着磨损.在摩擦过程中,Si3N4对偶副会与空气中的水反应,生成少量具有润滑效果的Si(OH)4胶体.以WC为摩擦副时,Al2O3涂层的摩擦系数大,但磨损率低,磨损机制主要是粘着磨损和磨粒磨损,并伴有疲劳磨损.在摩擦过程中,由于产生了摩擦热,Al2O3涂层磨痕表面的γ-Al2O3相转变为 α-Al2O3相,摩擦配副的硬度和弹性模量越大,摩擦系数越高,γ-Al2O3相的转变也越多.结论 因高硬度的Si3N4和WC对偶球拥有不同的力学性能,对大气等离子喷涂制备的Al2O3涂层的摩擦磨损机理有显著的影响,并且在摩擦过程中,涂层磨痕内的γ-Al2O3相会向α-Al2O3相转变.     

CrAISiN涂层与不同材料配副时的摩擦学特性

目的 研究CrAlSiN涂层分别与304不锈钢、TC4钛合金、Al2O3陶瓷和GCr15钢四种不同材料配副时的摩擦学特性.方法 采用阴极电弧离子镀技术在M35高速钢上制备了CrAlSiN涂层,采用扫描电镜(SEM)、显微硬度计、划痕仪、球-盘式摩擦磨损试验仪和3D轮廓仪分别测试了涂层的结构和性能.结果 CrAlSiN涂层与304不锈钢、TC4钛合金和GCr15钢配副时的磨损形式为粘着磨损和磨粒磨损,其中与亲和性高的304不锈钢、TC4钛合金粘着磨损严重.CrAlSiN涂层与不锈钢对磨时,摩擦系数最高,达到0.71;与GCr15钢对磨时,摩擦系数最低,但摩擦系数波动大;与钛合金对磨时,摩擦系数介于两者之间.CrAlSiN涂层与亲和性较差的Al2O3陶瓷之间的磨损形式为磨粒磨损,随着磨损的进行,摩擦系数逐渐降低.结论 CrAlSiN涂层与亲和性较高的材料对磨时,磨损形式为粘着磨损和磨粒磨损,与亲和性较差的Al2O3对磨时为磨粒磨损.     

软/硬质摩擦偶件材料对Ni3Al基涂层宽温域内摩擦学行为的影响

目的 合理选用摩擦偶件材料,以减缓Ni3Al基涂层宽温域内的摩擦磨损.方法 分别以WC-Co和316L为摩擦偶件,研究25～800℃内其对Ni3Al基涂层润滑和磨损机理的影响.采用高温硬度仪测试摩擦偶件在不同温度时的硬度,采用附带能谱仪的扫描电子显微镜观察磨损表面、磨斑和磨屑的形貌并测试成分,采用拉曼散射仪测试磨损表面和磨斑的成分.结果 在25～800℃,随温度的升高,两种摩擦副的摩擦系数具有一致的变化规律.与WC-Co对摩时,涂层在各温度下均具有低磨损率,且随温度升高,磨损率呈下降趋势.在25～200℃,与316L对摩时,涂层主要表现为粘着磨损和磨粒磨损,而与WC-Co对摩时,涂层在高接触应力下发生塑性变形,抑制Ag润滑相析出和涂层剥落,使其较前者具有高摩擦系数和低磨损率.在400℃,与WC-Co对摩时,高接触应力下产生的摩擦热促使涂层发生轻微的氧化,形成NiO和NiCr2O4,使其减摩性能优于Ni3Al/316L摩擦副.在600～800℃,与316L对摩时,涂层由严重的粘着磨损转变为氧化磨损;而与WC-Co对摩时,涂层由氧化磨损和剥层磨损转变为氧化磨损.此外,800℃时,Ni3Al/316L摩擦副的摩擦磨损发生在光滑润滑膜与粗糙转移膜之间,而Ni3Al/WC-Co摩擦副发生在光滑的润滑膜与转移膜之间.结论 在25～800℃,涂层与316L和WC-Co对摩时均具有良好的减摩性能,且与WC-Co对摩时具有更优的耐磨性能.     

载荷对钛合金Al2O3Y2O3/AlY复合涂层摩擦学性能的影响

为了提高耐摩擦磨损性能,采用磁控溅射技术在γTiAl钛合金表面制备了Al2O3Y2O3/AlY复合涂层。检测了涂层的厚度、表面硬度、微观组织和成分变化。通过在130g、230g和330g载荷下采用GCr15钢球作摩擦副进行的摩擦磨损试验,研究了有和无复合涂层的γTiAl合金的耐摩擦磨损性能。结果表明:Al2O3Y2O3/AlY复合涂层的厚度约为33μm,由Al2O3Y2O3层、AlY层和扩散层组成,平均表面硬度为433.4HV0.1。带复合涂层的γTiAl合金摩擦因数和比磨损率均比无涂层γTiAl合金的小。在不同的摩擦磨损试验载荷下,无涂层γTiAl合金的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损,而有Al2O3Y2O3/AlY复合涂层的γTiAl合金则主要是磨粒磨损和氧化磨损。     

TiN/Ag涂层在真空环境下的摩擦学行为

目的 银具有低的剪切强度,可以降低涂层的摩擦磨损,在TiN硬质涂层中引入软金属Ag,以期拓展其在摩擦学领域的应用范围.方法 采用多弧离子镀沉积技术,在SUS304不锈钢基底上成功制备了TiN/Ag复合涂层.利用扫描电子显微镜、纳米压痕仪、RST3划痕仪,分析了TiN/Ag涂层的微观结构和机械性能.利用CSM(大气)和HVTRB(真空)摩擦磨损试验机评估了TiN/Ag涂层的摩擦学性能.结果 TiN/Ag涂层结构致密,厚度为1.2μm,硬度约为28.4 GPa.摩擦学测试表明,真空环境下的摩擦因数远低于大气环境下的摩擦因数,大气环境下的磨损机理主要为粘着磨损与磨粒磨损,而真空环境下主要表现为机械抛光及摩擦转移膜.真空环境下TiN/Ag涂层不同载荷下的摩擦试验表明,1 N载荷条件下,摩擦因数值低至0.07,且涂层发生轻微磨损;3 N载荷条件下,机械能和热应力使得摩擦界面中的Ag发生扩散,摩擦因数迅速增加到0.42左右;5 N载荷条件下,摩擦因数呈现较明显的波动,随着滑动次数的增加,摩擦因数最高达到1.0,涂层表面发生软化形成犁沟效应,而导致涂层失效.结论 TiN/Ag涂层中Ag掺杂可显著降低涂层的内应力,抑制摩擦过程中涂层微裂纹的扩展,适当载荷下能够有效地改善TiN硬质涂层真空下的摩擦学性能.     

氮化钛 / 氧化钛复相陶瓷涂层的干滑动摩擦磨损性能

目的研究等离子喷涂Ti N/Ti O复相陶瓷涂层的微观组织结构、显微硬度及干滑动摩擦磨损行为和机理。方法采用等离子喷涂技术,在45#钢表面制备Ti N/Ti O复相陶瓷涂层。分析涂层的相组成,测试涂层的硬度。通过磨损试验研究Ti N/Ti O复相陶瓷涂层的磨损行为,并观察涂层的磨损形貌,测试磨损表面的成分组成,探讨Ti N/Ti O复相陶瓷涂层的磨损机理。结果 Ti N/Ti O复相陶瓷涂层均匀致密,平均厚度为350μm,具有明显的层状结构,孔隙率为4.3%,显微硬度为1444HV0.1。在载荷30~50 N、转速370~1102 r/min的范围内,Ti N/Ti O复相涂层与GCr15对磨的摩擦系数为0.0963~0.2778,磨损量为1.32~6.8 mg。随着载荷的增加,摩擦系数下降;随着载荷和转速的增加,磨损量增加。结论等离子喷涂制备的Ti N/Ti O复相涂层组织致密,显微硬度高,在低速低载荷时表现出较好的耐磨性,但随着载荷和转速的增加,耐磨性降低。涂层的磨损机制主要为磨粒磨损和粘着磨损。     

TiB_2+TiC含量对等离子熔覆Ni55基复合材料涂层显微组织及耐磨性能的影响（英文）

采用等离子熔覆工艺,以不同比例的Ti、B_4C和Ni55为原料原位制备TiB_2-TiC强化Ni55基复合材料涂层,研究陶瓷相TiB_2+TiC含量对涂层显微组织及耐磨性能的影响。结果表明:通过等离子熔覆合成TiB_2和TiC陶瓷相,陶瓷相含量对涂层在不同载荷下的摩擦学性能和磨损机制有较大影响。在30N磨损载荷下,复合陶瓷通过阻碍裂纹扩展抑制剥层磨损的作用;在60N磨损载荷下,高硬度、高强度陶瓷可以有效降低磨粒磨损和黏着磨损的作用。另外,在高陶瓷含量的涂层磨痕表面发现有压实层结构分布,有效降低摩擦因数和磨损率。在30和60 N的磨损载荷下,TiB_2-TiC复合陶瓷通过不同的磨损机制提高涂层的磨损性能。     

电弧离子镀TiAlN、TiAlSiN涂层在高温及变温环境中的摩擦学性能

采用电弧离子镀技术在AISI304不锈钢表面制备TiAlN和TiAl Si N涂层。以Al2O3球为对摩材料,使用球-盘式摩擦磨损试验机测试涂层在室温(RT)、300℃、600℃恒温和RT~600℃、600→300℃变温环境中的摩擦学性能。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计研究涂层的表面形貌、微观结构、硬度和摩擦学性能。结果表明:TiAlN和TiAl Si N涂层的主要结构为面心立方TiAlN相,硬度值分别为1 631 HV0.05和2 044 HV0.05。在300℃恒温和RT~600℃升温环境中,涂层磨损剧烈,均被磨穿,磨损机理以粘着磨损和疲劳断裂为主。600℃条件下,TiAlN涂层发生了以"点蚀"为主的氧化磨损,氧化产物起到了很好的润滑作用,摩擦因数为0.5。Si元素的加入使涂层的抗氧化性增强,在600℃和600→300℃的环境中,磨痕表面生成具有保护作用的氧化膜,涂层的耐磨性提高。     

石墨/CaF2/TiC协同改善镍基合金喷涂层的摩擦磨损行为与机理（英文）

为了降低机械零件在强烈摩擦磨损条件下的摩擦因数,提高其耐磨性,制备了等离子喷涂石墨/CaF2/TiC/镍基合金复合涂层,研究其摩擦学行为及机理。结果表明,石墨/CaF2/TiC/镍基合金复合涂层的摩擦因数为0.22~0.288,较纯镍基合金涂层的降低了25.9%~53%,磨损率较之降低18.6%~70.1%。与GCr15钢球对摩时,复合涂层的磨损表面逐渐形成了由铁氧化物、石墨和CaF2组成的转移层,使GCr15钢球与复合涂层的摩擦转变为钢球与转移层的摩擦。由于转移层起到固体润滑作用,复合涂层的摩擦因数和磨损率大幅度降低。复合涂层的主要磨损机理是转移层在载荷的反复作用下而产生的层脱剥落。     

不同温度下γ-NiCrAlTi/TiC/CaF2自润滑耐磨复合涂层的摩擦磨损性能

为提高Ti6Al4V合金的摩擦学性能,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V表面制备出以Ti C为增强相、γ-Ni Cr Al Ti固溶体为增韧相、Ca F2为自润滑相的γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2自润滑耐磨复合涂层。分别在室温、300℃和600℃时测试了复合涂层和Ti6Al4V合金基体的干滑动磨损性能,并且讨论了其与对磨球的磨损机理。结果表明:从室温到600℃,γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2自润滑耐磨复合涂层的摩擦系数和磨损率均比Ti6Al4V合金基体显著降低,该复合涂层具有较好的自润滑耐磨性能;对偶件Si3N4陶瓷球的磨损也有一定程度的降低。600℃时,Ti6Al4V基体的磨损机理为氧化塑性变形,γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2磨损机理为润滑转移层的形成。     

Effects of K2O-Li2O doping on surface and catalytic properties of Fe2O3/Cr2O3 system

The effects of K₂O and Li₂O-doping (0.5, 0.75 and 1.5 mol%) of Fe₂O₃/Cr₂O₃ system on its surface and the catalytic properties were investigated. Pure and differently doped solids were calcined in air at 400-600 °C. The formula of the un-doped calcined solid was 0.85Fe₂O₃:0.15Cr₂O₃. The techniques employed were TGA, DTA, XRD, N₂ adsorption at −196 °C and catalytic oxidation of CO oxidation by O₂ at 200-300 °C. The results revealed that DTA curves of pure mixed solids consisted of one endothermic peak and two exothermic peaks. Pure and doped mixed solids calcined at 400 °C are amorphous in nature and turned to α-Fe₂O₃ upon heating at 500 and 600 °C. K₂O and Li₂O doping conducted at 500 or 600 °C modified the degree of crystallinity and crystallite size of all phases present which consisted of a mixture of nanocrystalline α- and γ-Fe₂O₃ together with K₂FeO₄ and LiFe₅O₈ phases. However, the heavily Li₂O-doped sample consisted only of LiFe₅O₈ phase. The specific surface area of the system investigated decreased to an extent proportional to the amount of K₂O and Li₂O added. On the other hand, the catalytic activity was found to increase by increasing the amount of K₂O and Li₂O added. The maximum increase in the catalytic activity, expressed as the reaction rate constant (k) measured at 200 °C, attained 30.8% and 26.5% for K₂O and Li₂O doping, respectively. The doping process did not modify the activation energy of the catalyzed reaction but rather increased the concentration of the active sites without changing their energetic nature.     

Fe3O4/SiO2/Bi2WO6磁性复合光催化剂的制备及其光催化性能

钨酸铋(Bi₂WO₆),结构最简单的Aurivillius相化合物,是近期受到研究者关注的新型光催化材料。然而,光催化剂粉末在反应介质中难被回收,工业化应用成本较高。本文用三步方法合成了可回收的Fe₃O₄/SiO₂/Bi₂WO₆磁性复合光催化剂,通过溶剂热法合成具有磁性的Fe₃O₄,用溶胶凝胶法在Fe₃O₄表面覆盖SiO₂层,后将磁性颗粒与Bi₂WO₆纳米片相结合。光催化剂的形貌结构及性能通过XRD、SEM、PL、UV-vis进行表征测试。结果表明,直径约500 nm的Fe₃O₄微球附着在边长约500 nm的Bi₂WO₆纳米片的表面,SiO₂在两者之间起到了粘连作用。光催化剂Fe₃O₄/SiO₂/Bi₂WO₆对于罗丹明B的光降解活性较好,且有一定磁性,可以通过外加磁场将其从溶液中分离,有较大的应用潜力。     

Sol-gel synthesis of Bi3.25La0.75Ti3O12 nanotubes

Ferroelectric Bi_3.25La_0.75Ti₃O₁₂ (BLT) nanotubes were synthesized by sol-gel technique using nanochannel porous anodic aluminum oxide (AAO) templates, and were characterized by X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), transmission electron microscopy (TEM) and high resolution transmission electron microscopy (HRTEM). BLT nanotubes with diameter of around 240 nm and the wall thickness of about 25 nm exhibited a single orthorhombic perovskite structure and highly preferential crystal growth along the [1 1 7] orientation, which have smooth wall morphologies and well-defined diameters corresponding to the diameter of the applied template. The formation mechanism of BLT nanotubes was discussed.     

Sinterability and dielectric properties of Ba0.55Sr0.4Ca0.05TiO3-CaTiSiO5-Mg2TiO4 composite ceramics

The composite ceramics of Ba_0.55Sr_0.4Ca_0.05TiO₃-CaTiSiO₅-Mg₂TiO₄ (BSCT-CTS-MT) were prepared by the conventional solid-state route. The sintering performance, phase structures, morphologies, and dielectric properties of the composite ceramics were investigated. The BSCT-CTS-MT ceramics were sintered at 1100 °C and possessed dense microstructure. The dielectric constant was tailored from 1196 to 141 as the amount of Mg₂TiO₄ increased from 0 to 50 wt%. The dielectric constant and dielectric loss of 40 wt% Ba_0.55Sr_0.4Ca_0.05TiO₃-10 wt% CaTiSiO₅-50 wt% Mg₂TiO₄ was 141 and 0.0020, respectively, and the tunability was 8.64% under a DC electric field of 8.0 kV/cm. The Curie peaks were broadened and depressed after the addition of CaTiSiO₅. The optimistic dielectric properties made it a promising candidate for the application of tunable capacitors and phase shifters.     

Gd3+掺杂La2Mo2O9的相稳定性及热导率

La2Mo2O9具有极低的热导率,但其在580℃左右会发生α-β相变,严重影响其性能和应用。本实验以Gd203掺杂La2Mo2O9制备了一系列La2-xGdxMo2O9 (x=0.0~0.5)固溶体,研究了掺杂Gd3+对La2Mo2O9相稳定性和热导率的影响。结果表明,随着Gd3+掺杂量的增加,相变得到有效抑制,当x≥0.2时样品以β相存在。样品的热导率随Gd3+掺杂量的增加先减小后增加,室温下在x=0.2时达到最低,此后缓慢上升,但所有样品的热导率均小于1 W/(m·K)。     

二维ZnO/ Bi3.9Zn0.4V1.7O10.5纳米异质结构的制备及其可见光催化活性

表面建造是提高半导体光催化活性的一种有效方法。本文利用Zn5(CO3)2(OH)6纳米片为基底沉积了BiVO4再通过煅烧成功制备了二维ZnO/Bi3.9Zn0.4V1.7O10.5复合纳米片。通过X射线衍射,透射电镜和元素映像技术表征了所制样品。结果显示随着锌与铋的原子比的上升,ZnO多孔片状的表面逐渐变成Bi3.9Zn0.4V1.7O10.5物质。但其比例高于1:0.02时,在片状Bi3.9Zn0.4V1.7O10.5的区域表面又生长出BiVO4纳米颗粒。漫反射光谱测试显示出ZnO/Bi3.9Zn0.4V1.7O10.5复合物随着锌与铋的原子比的上升其在400~600 nm可见光区的吸收逐渐增强。所制样品在可见光（波长大于420 nm）进行了光催化降解罗丹明B的测试,结果表明在所制样品中,锌与铋的原子比为1:0.0133的ZnO/Bi3.9Zn0.4V1.7O10.5纳米片虽然其可见光的吸收并没有明显增强但却表现出最佳的光催化活性。荧光与电化学测试得出了低含量BZVO的ZnO纳米片可见光催化活性的提高主要是因为表面ZnO/Bi3.9Zn0.4V1.7O10.5异质结构提高了光生载流子的分离与传送。这种二维材料的表面建造有利于光催化的进行。因此,此法可应用于其它二维纳米材料的建造以提高光催化活性。     

Preparation and characteristic of spherical Li3V2(PO4)3

Spherical Li₃V₂(PO₄)₃ was synthesized by using N₂H₄ as reducer. The products were characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The results show that single-phase, spherical and well-dispersed Li₃V₂(PO₄)₃ has been successfully synthesized in our experimental process. Electrochemical behaviors have been characterized by charge/discharge measurements. The initial discharge capacities of Li₃V₂(PO₄)₃ were 123 mAh g⁻¹ in the voltage range of 3.0–4.3 V and 132 mAh g⁻¹ in the voltage range of 3.0–4.8 V.     

La2O3含量对Al2O3/Cu基复合材料组织与性能的影响

以La₂O₃粉、Al粉、CuO粉为反应物原料、纯铜为基体,采用原位合成技术和近熔点铸造法制备颗粒增强Cu基复合材料,研究La₂O₃对Al-CuO体系制备的Cu基复合材料组织及性能的影响。结果表明：添加La₂O₃可获得纳米Al₂O₃颗粒,且弥散分布于Cu基体中,制备的材料组织更加细小、均匀,其材料的电导率及摩擦磨损性能明显提高。当添加0.6%wtLa₂O₃,复合材料的电导率达到90.2%IACS,磨损量达到最小,相比未添加La₂O₃,其导电率提高10.1%,磨损量减小36.6%。     

钕的添加对V2O5-MoO3/TiO2平板式脱硝催化剂性能的影响

本研究制备了一系列不同Nd含量的V₂O₅-MoO₃-Nd₂O₃/TiO₂平板式脱硝催化剂。采用XRD、N2-吸附脱附、XPS、H2-TPR、拉曼光谱、NH3-TPD和红外光谱等表征手段对催化剂进行分析。结果表明:适量的Nd2O3(0.25%、0.5%,质量分数)可以增强V₂O₅-MoO₃/TiO₂催化剂的还原性能,增加了催化剂的Oα/(Oα+Oβ)比率,从而提升了催化剂的脱硝活性。然而,过量Nd₂O₃(0.75%、1%)的添加,会导致催化剂酸性性能的显著降低,造成催化剂脱硝性能的下降。此外,过量Nd的添加还会对催化剂的耐磨性能有负面影响。各催化剂中,VMoN d(0.5%)/Ti催化剂显示了最佳的脱硝活性。并且,该催化剂还显示了优良的抗SO₂、H₂O性能。     

Ti/Mn(0.8-x)SnxIr0.2O2电极的电容性能研究

采用热分解法制备了Ti/Mn_(0.8-x)SnxIr_0.2O_2三元氧化物电极材料。通过扫描电子显微镜,X射线衍射、循环伏安和交流阻抗谱等分析了Ti/Mn_(0.8-x)Sn_xIr_0.2O_2电极材料的组织结构和电容性能。结果表明:随SnO_2含量增加,氧化物涂层中正方结构Mn_3O_4相逐渐减少,正方结构SnO_2相逐渐增加。与锰铱二元氧化物相比,SnO_2的加入可明显改善电极材料在0~0.5 V区间的电流响应,并促进氧化锰活性的发挥,但在一定程度上也抑制了氧化铱的活性。SnO_2的加入也改变了电极材料的电荷转移电阻、弛豫时间常数、以及不同频率下的电容响应速度。相比其它电极材料,Ti/Ir_0.2Mn_0.6Sn_0.2O_2电极材料在低频范围(≤1 Hz)有更好的电容响应和更高的活性,因而获得最高的比电容值。