基体偏压对CrN涂层结构和海水环境摩擦学性能的影响

采用多弧离子镀技术,在不同偏压(0~-100 V)下在316 L不锈钢基体上沉积CrN涂层,通过球-平面往复式摩擦磨损试验机研究基体偏压对涂层结构和海水环境下摩擦学性能的影响。结果表明:随着偏压的增大,涂层结构变为更加致密,涂层硬度先增加后基本稳定;随着偏压的增大,涂层与316L基体的结合力先增大后减小,偏压为-50~-75 V时涂层有最好的结合力;在海水环境下,涂层具有很低的摩擦因数(0.2~0.3),并随着偏压升高而降低;随着偏压的增大涂层的磨损率先减小后增大,偏压为-50~-75 V时涂层的磨损率较低。偏压为-50~-75 V时制备的涂层具有最好的综合机械性能。     

CrN和CrN/Ag涂层的真空高温摩擦磨损性能*

为改善涂层在真空、高温等苛刻条件下的摩擦学性能,利用中频直流磁控溅射技术在硅片和316L不锈钢上沉积了CrN和CrN/Ag涂层,利用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪对涂层的成分及相结构进行了表征,通过划痕测试仪、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机测试了涂层的力学及摩擦学性能。结果表明：添加Ag元素以后,CrN/Ag涂层硬度及承载能力有所减小,但结合强度增加;真空高温环境下CrN与CrN/Ag涂层摩擦因数随温度升高呈下降趋势,其中CrN涂层通过软化镀层减小剪切强度和阻力,从而减小摩擦因数,CrN/Ag涂层主要通过高温产生的热驱动力诱导表面Ag润滑膜的形成来减小摩擦因数;CrN涂层依靠自身剪切特性参与摩擦,而CrN/Ag涂层在真空高温下具有自润滑和持续润滑性能,作为自润滑零部件具有潜在的应用价值。     

不同涂层在甘油环境下的摩擦学性能对比研究

为提高甘油环境下摩擦副的抗磨能力,采用磁控溅射技术在单晶硅P(111)、316L不锈钢上分别制备DLC、CrN、TiN涂层。分别在大气及甘油环境下,利用多功能摩擦磨损试验机对涂层摩擦磨损性能进行对比研究,分析摩擦因数、磨损率及磨痕形貌的变化规律,并对比分析甘油环境中不同涂层与涂层配副在重载高速下摩擦力矩变化规律。结果表明:DLC涂层在大气环境下具有最优的减摩抗磨性能,DLC涂层和CrN涂层在甘油环境下均具有优良的减摩耐磨性能;在100 N载荷下DLC-CrN涂层配副在甘油环境下在整个测试过程中摩擦力矩比较小,且样块表面均无明显的磨损及划痕,表明DLC-CrN涂层配副在甘油环境及重载高速工况下具有优异的摩擦学性能。     

38CrMoAlA钢表面多弧离子镀CrN涂层的制备及其耐摩擦腐蚀性能研究

为提高酸性条件下38CrMoAlA钢的耐摩擦腐蚀性能,采用多弧离子镀技术在38CrMoAlA钢和渗氮38CrMoAlA钢基体上沉积CrN、Cr/CrN涂层,通过XRD、SEM等方法对涂层的微观结构进行表征,通过硬度和结合力测试、开路电位和极化性能测试、摩擦磨损试验,研究涂层的力学、电化学以及摩擦学性能。结果表明:CrN和Cr/CrN涂层开路电位较高,腐蚀电流密度小,涂层表面处于轻微钝化态,可提高酸性条件下38CrMoAlA钢的耐腐蚀性能;CrN和Cr/CrN涂层的摩擦因数和磨损率均小于38CrMoAlA钢基体,表明2种涂层均可提高38CrMoAlA钢基体的摩擦学性能;以渗氮38CrMoAlA钢为基体的Cr/CrN涂层的硬度虽略小于以38CrMoAlA钢为基体的CrN涂层,但其具有更高的膜基结合力和更优的耐摩擦腐蚀性能。     

离子镀沉积TiSiCN单层和TiSiCN/TiSiN多层涂层的微观形貌及摩擦学行为

采用多弧离子镀技术在钛合金表面制备了TiSiCN单层涂层和TiSiCN/TiSiN多层涂层,对比研究了两种涂层的微观形貌、硬度、结合性能和摩擦磨损性能。结果表明:两种涂层的组织结构均致密均匀;与TiSiCN单层涂层相比,TiSiCN/TiSiN多层涂层的硬度更高;TiSiCN/TiSiN多层涂层与基体的结合强度小于TiSiCN单层涂层的;TiSiCN/TiSiN多层涂层在大气中和人工海水中的摩擦因数分别为0.32和0.30,TiSiCN单层涂层在大气中和人工海水中的摩擦因数和磨损率均低于TiSiCN/TiSiN多层涂层的,TiSiCN单层涂层的耐磨性能更优。     

不同环境介质下氧化铝陶瓷与耐蚀金属摩擦磨损行为

为优选海水淡化高压泵关键零部件耐磨性能材料,以Al_2O_3陶瓷与TC4钛合金、316不锈钢、2205双相不锈钢组成的配对摩擦副作为研究对象,利用立式万能摩擦磨损试验机开展干摩擦、纯水及海水3种环境介质下配对材料的摩擦磨损试验,定量得到各摩擦副摩擦因数、磨损量,并对摩擦试样的表面形貌进行分析;采用正交试验法分析载荷、转速、环境介质对摩擦因数和磨损量的影响规律。结果表明:在相同的条件下,TC4钛合金与陶瓷配副摩擦因数较小,2205双相不锈钢与陶瓷配副磨损量较小;环境介质对摩擦因数影响较大,载荷对磨损量的影响较大;海水环境下2205双相不锈钢和316不锈钢磨痕较浅,磨损机制为疲劳磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损的交互作用。     

Cr-Si-C-N系统中含Cr氮化物薄膜的结构及其摩擦学特性研究进展

目前广泛应用的含Cr的薄膜有CrN薄膜,以及以CrN薄膜为基础,通过添加Si和C元素形成的CrSiN薄膜、CrCN薄膜和CrSiCN薄膜。综述上述4种薄膜的结构及其力学和摩擦学特性的研究进展,阐述在不同摩擦环境下掺杂元素含量对薄膜摩擦因数和磨损率的影响,指出Si和C元素的掺杂均能改善CrN薄膜的摩擦学性能,并从结构角度分析其原因。     

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。     

CrN 活塞环涂层的磨擦学性能

以PVD方法在不锈钢渗氮活塞环基体上沉积了厚约30 μm的CrN涂层.采用2种GF-3等级的全配方发动机油作为润滑剂,在SRV试验机上,对比了具有/没有CrN涂层的不锈钢渗氮活塞环的摩擦学性能.试验结果表明,CrN涂层能使摩擦因数数较快的稳定且数值较低,同时活塞环及其对磨缸套的磨损量也大大降低,对磨缸套的磨损量减少了80%以上.SEM分析结果表明,由于CrN涂层具有较高的硬度和较低的表面粗糙度,可以降低磨粒磨损,且能使对磨的缸套试样较快地与之适配,从而促进了摩擦反应膜的形成和扩展,是摩擦因数和磨损量降低的主要原因.     

TC4钛合金表面渗锆层的显微组织与摩擦磨损性能

采用双层辉光等离子渗金属技术在TC4钛合金表面制备渗锆层,研究了渗锆层的显微组织、相组成以及摩擦磨损性能,并与TC4钛合金基体的摩擦磨损性能进行了对比。结果表明:TC4钛合金表面的渗锆层厚度约为10μm;渗锆层的组织连续、均匀、致密,与基体结合良好,锆含量由表层向基体内部呈梯度分布;渗锆层的摩擦因数和比磨损率约为TC4钛合金基体的45.9%和13.6%,摩擦磨损性能明显提高。     

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。     

CrN活塞环涂层的摩擦学性能

以PVD方法在不锈钢渗氮活塞环基体上沉积了厚约30μm的CrN涂层。采用2种GF-3等级的全配方发动机油作为润滑剂，在SRV试验机上，对比了具有／没有CrN涂层的不锈钢渗氮活塞环的摩擦学性能。试验结果表明，CrN涂层能使摩擦因数数较快的稳定且数值较低，同时活塞环及其对磨缸套的磨损量也大大降低，对磨缸套的磨损量减少了80％以上。SEM分析结果表明，由于CrN涂层具有较高的硬度和较低的表面粗糙度，可以降低磨粒磨损，且能使对磨的缸套试样较快地与之适配，从而促进了摩擦反应膜的形成和扩展，是摩擦因数和磨损量降低的主要原因。     

激光织构和碳基薄膜复合处理提高钛合金摩擦学性能研究

在重载滑动干摩擦条件下，对比不同织构密度的钛合金表面的摩擦学性能；在耐磨性最好的织构密度钛合金表面再制备碳基薄膜，并与直接在钛合金表面制备的碳基薄膜的摩擦学性能进行对比。结果表明：3种低织构密度条件下，TC4钛合金的摩擦因数减小、磨损率降低；随着织构密度的增大，钛合金材料的摩擦因数变化极小，磨损率有所增加；在织构密度5.95%的钛合金表面制备的碳基薄膜，因织构微凹处产生的小微湍流，减少了摩擦阻力，使得其摩擦因数相比直接在钛合金表面制备的碳基薄膜的摩擦因数有所减小。织构化碳基薄膜的磨损率比钛合金的磨损率降低了99.31%，比直接在钛合金表面制备碳基薄膜的磨损率也降低了约60%，这是因为高接触应力摩擦过程中触发石墨化转变，被磨损的石墨化颗粒碎片嵌入织构微凹中，抑制了摩擦接触界面的磨损行为。     

含无机类富勒烯(IF)过渡族金属硫化物纳米复合涂层的环境摩擦磨损特性

采用固-气相反应、反应沉淀和溶剂热诱导法实现了IF-MoS2、IF-WS2纳米粉体的宏观量制备.分别用化学共沉积方法在硬铝基体上制备Ni-P-(IF-WS2)复合镀层,磁控溅射和激光溅射技术在硬铝合金和钛合金基体上制各(Ni,Mo)/IF-(Mo,W)S2梯度纳米复合涂层和IF-(Mo,W)S2/(Ni,Mo)-IF-(Mo,W)S2多层纳米复合涂层.用划痕仪、球-盘式摩擦仪评估纳米涂层的结合力及其在真空(10-2 Pa)和大气中的摩擦磨损性能.Ni-P-(IF-MoS2)化学复合镀层的硬度、摩擦因数和磨损率明显低于Ni-P化学镀层.梯度和多层复合结构有利于涂层与合金基体结合力的提高.(Ni,Mo)/IF-(Mo,W)S2纳米梯度复合涂层和(Ni,Mo)-IF-(Mo,W)S2/IF-(Mo,W)S2纳米多层复合涂层在不同环境下都有低的摩擦因数和磨损率.含无机类富勒烯(IF-)WS2或MoS2的纳米复合涂层具有优良的环境稳定性.     

选择性激光熔化零件微观结构及摩擦学性能研究

选择性激光熔化(Selective laser melting,SLM)快速成型是一种金属增材制造技术,316L不锈钢和Ti6Al4V(TC4)是SLM技术中使用最为广泛的材料。SLM零件的摩擦学性能对其在工程上的应用至关重要,但是相关研究较少而且未联系其显微结构对磨损机理进一步研究(尤其是润滑条件下)。使用盘-环试验机在油润滑条件下,研究SLM 316L和SLM TC4(经热处理)试件与软材料黄铜和硬材料38CrMoAl配对时的摩擦学性能,并与传统铸造方法制造(Traditional process,TP)的试件进行比较。结果表明,SLM试件存在熔池、孔隙和晶粒细化等现象,经热处理的SLM试件熔池消失、硬度变大。当与黄铜配对时,SLM试件与TP试件相比具有更低的摩擦因数和磨损率;当与38CrMoAl配对时,经热处理的SLM TC4比TP TC4具有更低的摩擦因数和磨损率。滑动摩擦初期,磨粒磨损占主导,逐渐的黏着磨损发生并占主导。SLM试件中晶粒细化等结构影响其摩擦学性能,同时试件的塑性变形程度及氧化膜对其裂纹的形成和材料的剥落影响较大。     

含h-BN 的钛合金激光熔覆自润滑耐磨涂层的摩擦学行为

为提高Ti6Al4V合金的摩擦学性能,采用激光熔覆技术在钛合金表面制备以TiC、TiB2、CrB等为增强相、γ-Ni基固溶体为增韧相、h-BN为固体润滑相的自润滑耐磨复合涂层;分别在不同载荷下测试复合涂层和Ti6Al4V合金基体的干滑动磨损性能。结果表明,该复合涂层的摩擦因数及磨损率随着载荷的增大呈现先减小后略增大的趋势,并且摩擦因数和磨损率均比Ti6Al4V合金基体显著降低;在中等载荷下,复合涂层中的润滑颗粒被挤出磨损表面形成润滑膜,因而具有较好的自润滑耐磨性能,磨损后表面光滑平整。     

电参数对CrN薄膜在去离子水环境下摩擦磨损性能的影响

采用多弧离子镀方法,在不同偏压和靶电流下在GH05合金试样表面制备系列CrN薄膜,利用扫描电子电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、多功能材料表面试验仪对薄膜的微观组织结构和力学性能进行测试分析。利用盐雾磨损试验机的球-盘摩擦方式研究各CrN薄膜在去离子水环境下与Si₃N₄球对磨的摩擦学性能。结果表明:随着偏压增大,CrN薄膜表面微颗粒大小逐渐减小,硬度增大,结合力先增大后减小,随着靶电流增大,CrN薄膜表面凹坑逐渐减小,硬度减小,结合力先增大后减小;随着偏压增大,CrN薄膜的平均摩擦因数先增大后减小,磨损体积先减小后增大,随着靶电流增大,CrN薄膜的平均摩擦因数先减小后增大,磨损体积先减小后增大,当偏压为-80 V,靶电流为100 A时制备的CrN薄膜在去离子水环境下具有最佳的摩擦学性能;CrN薄膜在去离子水环境下的磨痕形貌主要呈现磨粒磨损的沟槽形貌,同时表现出抛光效果。     

轧制和3D打印316L不锈钢与黄豆对磨的干摩擦磨损性能

3D打印不锈钢部件逐渐在食品机械领域得到应用,其与食品对磨的摩擦学性能需要加以关注。在干摩擦条件下,利用滑动摩擦磨损试验机,研究了黄豆试样分别与轧制和3D打印316L不锈钢配副的干摩擦磨损性能。利用光学相机、扫描电子显微镜、显微硬度计和质构仪,对不锈钢试样表面形貌、不锈钢硬度、黄豆硬度和磨损表面形貌进行了分析。结果表明：3D打印316L不锈钢与黄豆对磨时,摩擦因数的变化趋势较为平缓,第1 h和第6 h的平均摩擦因数分别为1.04和0.68;而对于轧制316L不锈钢,其磨合阶段更加剧烈,第1 h和第6 h的平均摩擦因数分别为1.70和0.46;与轧制工艺相比,3D打印316L不锈钢的耐磨性能更好,其在第1 h的磨痕宽度降低幅度达40%左右;黄豆试样的磨斑边缘和不锈钢磨痕表面均有黑色氧化物粉末出现,3D打印不锈钢磨损表面的黏着形貌和犁沟数量均显著减少;干摩擦条件下轧制316L不锈钢和黄豆配副的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损,而3D打印316L不锈钢和黄豆配副时,其磨损机制主要为磨粒磨损,这与其表面硬度更高有关。     

氮气流量比对CrN涂层结构及摩擦磨损性能的影响

采用直流磁控溅射技术在不同氮气流量比下在YG6基体上制备CrN涂层,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)分析涂层相组成、涂层形貌与涂层元素成分,利用数字式显微硬度仪、划痕仪测定涂层硬度与涂层结合力,在摩擦磨损试验机考察涂层摩擦学性能。结果表明:氮气流量比(氮气流量占气体总流量的比例)为20%、30%时,CrN/YG6涂层结构相对疏松,呈柱状生长;氮气流量比为40%、50%时,CrN/YG6涂层结构较致密,呈三角颗粒状生长;随氮气流量比增大,涂层硬度先增大后减小,当氮气流量比为40%时达到最大值HV1 752.5;CrN涂层的摩擦因数随氮气流量比的增大变化不大,但磨损率先增大后减小再增大,当氮气流量比为40%时达到最小值2.03×10~(-8)mm~3/(N·mm)。研究表明,当氮气流量比为40%时,所制备的CrN涂层具有良好的综合性能。     

CrN和CrSiN薄膜在不同介质下的摩擦学性能

采用中频非平衡反应磁控溅射法在单晶硅P(111)和不锈钢(304SS)基材上制备CrN和CrSiN薄膜;利用球-盘式摩擦磨损试验机(CSM)考察2种薄膜在不同介质(空气、去离子水、质量分数3.5%NaCl溶液)中和WC/Co球对摩的摩擦学性能。结果表明:大气环境下,CrN与CrSiN薄膜的磨损机制主要是磨粒磨损;水润滑下,CrN薄膜主要因机械抛光作用,CrSiN薄膜主要因摩擦化学反应,使得摩擦因数减小;在3.5%NaCl溶液中CrN薄膜易被腐蚀,由于NaCl颗粒析出以及涂层接触区域的腐蚀和磨损产物,作为第三体的润滑作用,导致摩擦磨损发生明显变化,而CrSiN薄膜不易被腐蚀,主要因摩擦化学反应,使得摩擦磨损性能发生显著变化。