TA19钛合金TiAlN薄膜的摩擦磨损特性研究

为了提高钬合金的耐磨性能,采用磁控溅射技术在TA19钛合金表面制备了TiAIN硬质薄膜。采用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射分析了薄膜的表面和截面形貌,成分分布以及相结构。分别以5 m/min、10 m/min及20 m/min的滑动速度对未制备和制备了TiAlN薄膜的TA19合金进行了球-盘磨损试验,以揭示其摩擦磨损特性。结果表明:TiAlN薄膜表面均匀、无孔洞,厚度约3.6μm;平均显微硬度达1 208.2 HV0.1,比TA19合金提高了近3倍;滑动速度不同,TiAlN薄膜的摩擦因数、磨损速度和比磨损率均小于TA19合金;随着滑动速度的提高,TiAlN薄膜的磨损机制由轻微的磨粒磨损转化为磨损量较大的磨粒磨损和氧化磨损。     

PVD法制备的TiAlN/Al_2O_3复合涂层氧化铝陶瓷刀具切削性能研究

在刀具表面沉积一层硬质、耐磨涂层,可有效提高刀具切削性能。目前刀具涂层的研究主要侧重于氮化物、碳化物等硬质涂层(基体为硬质合金),氧化物涂层(基体为陶瓷)仍未有突破性进展。文章涉及陶瓷基体表面的氮化物和氧化物涂层制备及切削性能研究。采用阴极电弧蒸发镀技术(PVD-CAE)和PEM辅助PVD工艺在氧化铝陶瓷刀具表面制备TiAlN硬质耐磨涂层(中间层)和Al_2O_3抗高温氧化涂层(外层)。采用扫描电子显微镜(SEM)和EDS线扫法分析涂层微观结构和元素成分变化,通过显微硬度计表征涂层表面硬度。通过连续干切削灰铸铁试验研究TiAlN/Al_2O_3涂层的切削寿命、磨损机理和加工表面质量。结果表明:该复合涂层具有细晶致密的微观结构;TiAlN硬质层可将刀具表面硬度提升至2781±19HV_(50g),从而提高了刀具耐磨性;连续干切削灰铸铁试验中,无涂层氧化铝刀具发生崩刃破损,而TiAlN/Al_2O_3涂层刀具主要发生磨粒磨损和少量的粘结磨损,无崩刃现象;PVD法制备的TiAlN/Al_2O_3涂层刀具寿命是常规无涂层氧化铝刀具的2倍以上,且加工表面质量优良而稳定。     

AZ91D镁合金表面激光重熔Al-Si-Cu涂层的性能

采用等离子喷涂和激光重熔复合工艺在AZ91D镁合金表面制备Al-Si-Cu合金涂层,利用扫描电子显微镜（SEM）、显微硬度计、摩擦磨损试验机等研究了涂层的微观组织、显微硬度与摩擦磨损性能。结果表明,激光重熔后涂层组织致密均匀,涂层与基体呈良好的冶金结合,涂层显微硬度约为基体的2.2倍,由于晶粒细化和硬质相的存在耐磨性较基体明显提高,重熔层的磨损机制主要为磨粒磨损。     

不同载荷下镍基自润滑耐磨复合涂层的摩擦磨损性能

为了拓展所制备的镍基自润滑耐磨复合涂层的应用领域,基于前期研究基础,在HT-1000型高温摩擦磨损试验机研究涂层在300℃不同载荷下的摩擦磨损行为,利用SEM和EDS对磨损表面进行了形貌观察与成分分析,研究其摩擦磨损机理。结果表明:该复合涂层的摩擦系数及磨损率都随着载荷的增大呈现先减小后略增大的趋势;当载荷较低(2 N)时,涂层的磨损表面出现少量分散的磨屑;在中等载荷(5 N)下,磨损表面光滑平整,涂层中的润滑颗粒被挤压出磨损表面形成润滑膜,导致涂层具有良好摩擦磨损性能;随着载荷的增大,达到10 N时,磨损表面出现犁沟及部分由于硬质相碳化物和润滑颗粒剥落而形成的凹坑。     

TiN/TiAlN涂层金属陶瓷的摩擦学性能研究

采用多弧离子镀技术在Ti(C,N)基金属陶瓷基体上沉积了TiN/TiAlN多层涂层,通过对不同速度、载荷下的微量摩擦磨损试验前后涂层金属陶瓷的显微形貌、组织、成分、相结构及粗糙度的观察分析,研究了涂层金属陶瓷的摩擦学性能.结果表明,TiN/TiAlN涂层金属陶瓷的平均摩擦系数均低于金属陶瓷基体本身的平均摩擦系数;在相同载荷下,滑动速度较低时,涂层金属陶瓷磨损表面粘着严重,有GCr15掉下的大块粘着物,随着滑动速度的增大,由严重粘着对磨偶件材料向少量粘着变化,其平均摩擦系数增大.在相同的滑动速度下,载荷较大时,TiN/TiAlN涂层金属陶瓷的平均摩擦系数较大.TiN/TiAlN涂层金属陶瓷的磨损机制主要是粘着磨损和磨粒磨损.     

GH864表面爆炸喷涂Cr_3C_2-NiCr涂层的显微组织和高温摩擦性能研究

采用爆炸喷涂技术在GH864基体上制备了Cr_3C_2-Ni Cr/Ni Cr Al复合金属陶瓷涂层。运用HT-1000高温摩擦磨损实验机,以Si_3N_4陶瓷球为摩擦副对基体和涂层进行高温摩擦磨损实验。选用扫描电镜、能谱仪、X衍射等分析手段,研究了在GH864表面爆炸喷涂涂层的组织形貌、相组成及涂层和基体的高温摩擦行为。对800℃时涂层和基体摩擦性能进行研究。结果表明:该涂层组织致密呈叠层堆砌,其显微组织为Cr_3C_2硬质相及周围缝隙中充填的Ni Crγ相和少量的Cr_3C_2分解形成的Cr_7C_3相。涂层在高温下的磨损形式主要为磨粒磨损、疲劳磨损以及粘着磨损和氧化磨损,涂层中大量分布的具有热稳定性的Cr_3C_2硬质颗粒起主要的耐磨作用,复合涂层可提高GH864的高温耐磨性。     

Q345 D钢表面Fe-Cr-Mo激光熔覆层的组织及摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术在Q345D基体上制备Fe-Cr-Mo涂层,采用XRD、SEM、EDS、显微硬度计等手段进行熔覆层的物相组成、显微组织、成分分析和显微硬度,探讨了不同负载下涂层的摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层中形成了稳定的碳化物并生成了致密的氧化膜,并与基体呈现良好的冶金结合;由于固溶强化、细晶强化和弥散强化效应,涂层的平均显微硬度992 HV0.2,约为基体硬度的5倍;在F_N=2 N时,摩擦因数最大;随着载荷的增加,涂层的磨痕深度变大;当F_N=1 N时,涂层以磨粒磨损为主,当F_N=2 N时,涂层表面表现为磨粒磨损和黏着磨损,当F_N=3 N时,涂层出现了剥落磨损。     

高铝铜合金粗粉超音速等离子喷涂层的边界润滑摩擦特性

采用超音速等离子喷涂技术在45#钢基体上制备高铝铜合金粗粉涂层,对涂层进行边界润滑摩擦实验,分析涂层的摩擦磨损特征及表面元素的质量损失。结果发现:涂层的摩擦因数随外加载荷的增加呈逐渐下降趋势;尽管磨损量随载荷的增大逐渐增加,但磨损率呈下降趋势,表明随外加载荷的增加涂层耐磨性能逐渐增强。涂层在中低载荷下以磨粒磨损为主,当载荷达到高载荷540 N时,涂层由磨粒磨损向疲劳磨损转变,并在犁沟边缘发生疲劳磨损的同时表现出轻度的粘着磨损。边界润滑条件下,涂层元素的质量磨损主要表现为Cu元素的损失,磨粒磨损留下的犁沟为O元素进入摩擦界面提供通道,使涂层表面形成微氧化膜。     

等离子喷涂纳米氧化锆涂层摩擦性能研究

利用大气等离子喷涂技术,在不锈钢基体上用不同颗粒尺寸的纳米粉末制备了两种纳米氧化锆涂层S1(平均粒度较小颗粒的喷雾造粒粉末所得)和B1(平均粒度较大颗粒的喷雾造粒粉末所得).运用XRD、SEM、TEM、拉曼光谱和金相技术等分析手段对喷涂用的粉末原料和涂层的显微结构、物相组成进行了观察与确定;利用环-块摩擦试验在干摩擦条件下对涂层的摩擦磨损性能进行了测试.结果表明,两种氧化锆涂层的摩擦系数均随载荷增大而减小.在较低载荷(100 N)条件下,S1涂层与不锈钢的摩擦系数低于B1涂层与不锈钢的摩擦系数;而在较高(400 N)载荷下,两种氧化锆涂层的摩擦系数开始趋于一致.其原因在于:较低的载荷下两种涂层与不锈钢摩擦副的摩擦磨损机制不同,S1涂层的磨损属于粘着磨损,B1涂层的磨损属于磨粒磨损;而在较高载荷下,两种涂层的磨损机制趋于一致,均为粘着磨损.     

脉冲磁场下制备的TiB2增强ZL203复合材料的磨损行为

采用混合盐反应法制备了原位TiB2颗粒增强ZL203复合材料,在制备过程中施加脉冲磁场处理以提高复合材料的耐磨性能。研究了不同载荷条件下材料的干摩擦磨损行为。结果表明,原位TiB2颗粒的引入显著细化了复合材料的凝固组织,施加脉冲磁场处理后复合材料的组织得到了进一步细化;与基体合金相比,原位TiB2颗粒的引入使得复合材料的耐磨性显著提高。而施加脉冲磁场处理后复合材料的耐磨性得到进一步提升,发生严重粘着磨损的临界载荷由80N提升到100N。磨损表面分析表明,基体合金的磨损机制为严重粘着磨损和剥层磨损共同作用,未施加脉冲磁场处理的复合材料的磨损为以磨粒磨损为主和轻微的粘着磨损,施加脉冲磁场处理后的复合材料主要为磨粒磨损。     

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。     

TiCNi／Fe自蔓延反应热压复合工艺及其摩擦磨损性能研究

进行了TiCNi/Fe应力缓解自蔓延反应热压复合涂层设计研究,提出了新的涂层结构设计方法.利用自蔓延反应热压技术,在铁基体表面制备了TiCNi金属陶瓷梯度涂层.研究了TiCNi/Fe金属陶瓷材料微观组织,采用球一盘式磨损试验机进行磨损试验,重点探讨了其磨损特性.结果表明:TiCNi/Fe基金属陶瓷具有优良耐磨性,在干摩擦条件下,载荷为30 N,磨损40 min,材料几乎没有质量损失,其磨损机制主要为粘着磨损、磨粒磨损和硬质相剥落.     

冷喷涂铁基非晶复合涂层的制备、微观组织及摩擦性能

采用液氮-室温循环深冷处理工艺方法对Fe87.4Cr2.5Si6.8B2.4C0.9非晶合金粉末进行预处理,通过调控冷喷涂工艺参数,成功在6061铝合金基体表面制备非晶涂层。同时研究了深冷处理工艺对非晶粉末沉积行为以及涂层微观组织的影响机理,通过摩擦磨损试验研究非晶合金涂层的摩擦磨损性能。结果表明:使用原始非晶粉末制备得到的涂层厚度仅为6μm,且非晶颗粒在基体表面不连续分布,只有粒径较小的非晶颗粒可发生有效的塑性变形,但是粉末沉积过程中晶化率较低;使用经过深冷预处理的非晶粉末制备的涂层平均厚度为67μm,且涂层内非晶合金颗粒分布均匀,粒径较大的非晶颗粒也可发生有效塑性变形,但是粉末沉积过程中晶化率较高。在摩擦磨损过程中6061铝合金基体的主要磨损机制为粘着磨损与疲劳磨损,非晶涂层的主要磨损机制为磨粒磨损,且使用原始非晶粉末和循环深冷处理粉末制备得到的非晶涂层的质量磨损量较低,分别为6061铝合金基体质量磨损量的15.7%、11.8%。     

DZ125合金表面Al-Ce-Y渗层的组织与摩擦磨损性能

采用扩散共渗法在DZ125合金表面制备了Ce-Y改性渗Al涂层,分析了涂层的组织结构和形成机制,对比研究了DZ125合金基体及涂层在20、300和600℃时的摩擦磨损行为。结果表明,经950℃保温2h所制备的Ce-Y改性渗Al涂层厚约125μm,组织致密,主要由Al_3Ni_2、Al_3Ni和Cr_7Ni_3相组成。Ce-Y改性渗Al涂层在20和600℃时的耐磨性能优于DZ125合金,但在300℃时其耐磨性能低于基体合金。在20℃磨损时,DZ125合金的磨损机理为剥层磨损和轻微的磨粒磨损,Ce-Y改性渗Al涂层为表面擦伤;30 0℃时DZ125合金表现为粘着磨损、剥层磨损和磨粒磨损,Ce-Y改性渗Al涂层为剥层磨损及磨粒磨损;当温度为600℃时,二者均为剥层磨损和磨粒磨损。     

TiC/Fe基复合材料的耐磨性能研究

采用真空消失模铸造结合SHS技术制备TiC/Fe基表面复合涂层,研究了涂层的硬度及其耐磨性。在MMW-1型销盘式摩擦磨损试验机上,分别采用TiC涂层和基体材料作为试样,研究了不同载荷条件下两种材料的磨损机理。结果表明:随着载荷的增大,TiC涂层和基体材料的磨损量均增加。在不同的载荷条件下,TiC涂层的耐磨性能均优于基体材料的耐磨性能,其磨损机制主要为磨粒磨损。     

铁基含TiC陶瓷粉电弧喷涂粉芯丝材的研究

采用电弧喷涂含TiC陶瓷粉末的粉芯丝材，在低碳钢基体上制备了铁基复合涂层。用MLS-225型湿砂橡胶轮磨损试验机测试了涂层的抗磨粒磨损性能。利用光学显微镜、SEM、XRD分析技术对涂层的显微组织结构、磨损表面和相组成进了研究。结果表明：采用电弧喷涂工艺可制备含TiC陶瓷硬质相的复合涂层，在铁基体上弥散分布着一定量的TiC硬质颗粒，使整个涂层得到强化，涂层显微硬度平均值约为1137HV0.1，涂层的抗磨粒磨损性能较好，相对Q235钢提高T6倍。涂层磨损机制主要为犁沟切削和脆性断裂。     

不同载荷对HVOF 喷涂AlCoCrFeNi 高熵合金涂层摩擦学性能的影响

目的 提高深地钻探钻具关键零部件的抗磨性能。方法 采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)制备AlCoCrFeNi高熵合金涂层。采用X射线衍射仪对高熵合金粉末和涂层的相组成进行研究,采用扫描电子显微镜对高熵合金粉末及涂层的微观结构进行分析,使用维氏显微硬度计测得涂层的显微硬度,采用摩擦磨损试验机对涂层在不同载荷下的磨损行为进行研究。采用SEM和EDS对磨痕表面进行分析,采用XPS技术分析磨痕元素成分,利用三维白光干涉形貌仪测量涂层的磨损体积和表面粗糙度。结果 HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层结构致密,相结构为BCC相,显微硬度达(536±34)HV0.2,约为35CrMo钢基体[(278±20)HV0.2]的2倍。随着载荷的增加,涂层的摩擦系数减小、磨损率增大。相同载荷下(6 N),涂层的磨损率约为基体的41%。HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层的磨损失效机制为,低载荷下(2 N)主要为氧化磨损伴随着轻微的磨粒磨损;高载荷下(4、6 N)受到反复剪切应力出现疲劳磨损。结论 HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层具有良好的抗磨性能,可以有效减轻磨损,有望应用于深地钻探钻具关键零部件的表面防护。     

TA1钛合金的表面复合强化与磨损行为研究

目的 针对钛合金硬度低、耐磨性差的问题,利用机械球磨技术在TA1钛合金表面获得复合强化层,研究强化层的组织结构对合金磨损行为的影响。方法 采用行星式机械球磨装置,以WC粉末为增强介质,在0.05 MPa氮气气氛、转速为350 r/min、时间为8 h的条件下,对TA1钛合金进行表面机械变形+固相涂层复合强化处理,利用光学3D轮廓仪、XRD、SEM-EDS、往复式磨损机等对复合强化层的组织结构和耐磨性能进行测试。结果 当表层机械复合强化后,TA1钛合金表面的复合强化层由WC涂层+形变细晶区组成,硬化区厚度为20～40μm,形变细晶区厚度约为30μm。涂层区硬度达到1 100HV0.25,为基材硬度的5倍。在5 N载荷下,摩擦因数为0.2～0.3,并可保持近4 000 s,在10 N载荷下,摩擦因数接近0.2并可保持1 200 s。可将磨损过程分为低摩擦因数区、过渡区和高摩擦因数区3个阶段,且每阶段的磨痕深度、磨损量与摩擦因数具有正相关性。结论 表层机械复合强化可大幅提升TA1钛合金表层的硬度和耐磨性,WC颗粒增强涂层具有较强的减摩效果,其磨损机制主要是磨粒磨损与氧化磨损。这种一步法表面强...     

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。     

超音速等离子喷涂Mo-W涂层的力学性能

采用超音速等离子喷涂技术在45CrNiMoVA钢表面制备了Mo-W合金涂层,利用场发射扫描显微镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)、维氏显微硬度计分析测试了涂层组织、硬度,利用球-盘式摩擦磨损试验机研究了磨损载荷及频率对Mo-W合金涂层摩擦学性能的影响。结果表明:质量比为3:1的Mo、W机械混合粉喷涂后涂层中Mo、W元素质量比接近3:1。涂层组织致密,与基体结合为机械结合,表面平均显微硬度为563.2 HV0.1。Mo-W涂层的显微硬度、耐磨性和减摩性比基体45CrNiMoVA钢有所提高,且载荷越大,涂层的耐磨性和减摩性优势越明显。Mo-W涂层与Si3N4陶瓷的摩擦磨损机制以磨料磨损和氧化磨损为主。当磨损载荷变大和磨损频率变高时,疲劳剥落磨损表现明显。