钛合金表面辉光离子渗Mo合金化层在航空煤油环境中的摩擦学行为(英文)

为改善钛合金在航空煤油中的摩擦学性能,采用辉光离子渗技术在Ti6Al4V合金表面制备Mo合金化层。分析合金化层的表面形貌和微观结构,测试合金化层的显微硬度和元素沿层深的分布,对比研究钛合金基体、渗Mo合金化层和5CrMnMo工具钢在航空煤油中分别与GCr15钢及QSn4-3铜合金配副对磨时的耐磨性能,并探讨渗Mo合金化层的表面粗糙度对摩擦磨损行为的影响。结果表明:经表面抛光处理后,钛合金表面辉光离子渗Mo合金化层不仅显著降低了钛合金的摩擦因数,而且有效增强了摩擦配副的耐磨性。渗Mo合金化层的摩擦性能优于5CrMnMo工具钢。实验还发现铜合金配副的磨损体积损失与Mo合金化层的表面粗糙度成正比,这主要是由合金化层与配副表面之间微凸体的磨粒磨损作用决定的。     

离子渗氮对多弧离子镀CrN涂层摩擦学性能的影响

目的 采用离子渗氮技术强化40Cr钢基体,以提高大载荷条件下基体表面CrN涂层的耐磨性能。方法 首先采用离子渗氮技术强化40Cr钢基体,再采用多弧离子镀在强化后的基体表面上沉积硬质CrN涂层。采用金相显微镜和扫描电镜观察分析基体和涂层的微观形貌,采用划痕试验测试涂层与基体的结合力,采用维氏硬度表征涂层及基体不同深度的硬度,通过大载荷摩擦磨损试验研究基体强化对涂层耐磨性的影响。结果 经离子渗氮后,40Cr钢基体的表面硬度由380HV提高至879HV,渗层深度达到0.30 mm;多弧离子镀CrN涂层的表面硬度为2 380HV,厚度为33 μm,涂层的结合力达到37.79 N。摩擦磨损试验结果表明,40Cr钢基体的平均摩擦因数为0.92,磨损量为43.1 mg,磨痕宽度和深度分别为1 805、224 μm;经离子渗氮后40Cr钢基体的平均摩擦因数为0.68,磨损量为28.4 mg,磨痕的宽度和深度分别为1 260、156 μm;未强化基体表面CrN涂层的平均摩擦因数为0.55,磨损量为19.4 mg,磨痕的宽度和深度分别为884、89 μm,在摩擦磨损试验中出现了涂层剥落失效现象;经强化后基体表面CrN涂层的平均摩擦因数为0.42,磨损量为2.6 mg,磨痕的宽度和深度分别为328、16 μm,未出现涂层剥落现象。结论 采用离子渗氮强化基体的方法,使基体、渗氮层、CrN涂层形成了硬度梯度,提高了多弧离子镀CrN涂层的耐磨性能,避免在大载荷条件下出现因基体变形引起的涂层脱落失效。     

TC4钛合金表面沉积CrAlSiN涂层的组织与性能

为了提高TC4钛合金表面硬度和耐磨性能,通过等离子渗氮技术和多弧离子镀技术相结合的方法对TC4钛合金进行表面改性处理。通过扫描电镜、维氏显微硬度计、三维轮廓仪、高速往复摩擦磨损试验仪和电化学工作站,对比研究了TC4钛合金、渗氮层和CrAlSiN涂层的显微组织、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能。结果表明,经渗氮处理后,TC4合金表面渗氮层硬度提高了约2倍,在此基础上制备的CrAlSiN涂层的平均硬度高达3222 HV0.025,涂层表面存在少许大颗粒和凹坑;CrAlSiN涂层平均摩擦因数为0.22,磨损机理主要为粘着磨损,对磨副的材料粘着到涂层表面,而涂层几乎无磨损,耐磨性能显著提高。CrAlSiN涂层的自腐蚀电位为-0.542 V,比TC4钛合金基体的自腐蚀电位-0.747 V正移了0.205 V,表明在渗氮层基础上沉积CrAlSiN涂层显著提高了合金的耐电化学腐蚀性能。     

表面渗钒处理对SDC99和Cr12MoV钢摩擦磨损性能的影响

以SDC99和Cr12MoV钢为研究对象,通过对两种钢进行TD法(Thermal diffusion)表面渗钒处理,对比研究了两种钢经摩擦磨损试验后表面微观组织及成分的变化规律。结果表明,采用TD法对SDC99和Cr12MoV钢表面进行渗钒处理均可减少钢表面犁沟的数量、降低犁沟深度;磨损后SDC99钢表面的渗钒覆层并未磨穿,磨屑在环境温度和摩擦生热的共同作用下发生了氧化;较Cr12MoV而言,SDC99钢的耐磨性能更好。     

基体钢制冷作模具表面强化研究

研究了基体钢7Cr4MoSiV1的力学性能和其离子氮碳共渗和气相沉积TiN工艺。结果,该钢具有较高的强韧性、良好的渗氮和镀膜性能。其屈服强度σ0.2为2200-3100MPa,抗弯强度为3500-5000MPa,冲击韧度为20-70J/cm^2。离子氮碳共渗层深度为0.1-0.3mm,表面硬度为1000-1300HV0.025,多弧离子镀TiN膜与基体结合较好,表面硬度为1500-2000HV0.025。用7Cr4MoSiVl钢并经表面强化的冷作模具使用寿命比原模具提高1－10倍。     

32Cr2MoV复合镀TiN的滑动摩擦试验分析

对32Cr2MoV进行了复合镀膜处理以及滑动摩擦试验。结果表明,离子镀膜虽然加大了经过机械抛光的离子氮化试样的表面粗糙度,但在相同的实验条件下,离子镀TiN后,其摩擦力、磨损量、磨痕宽度、摩擦系数均有所减小,并且其承受的摩擦载荷大大提高。表面磨痕观察表明,二者为磨粒磨损,且离子氮化+离子镀TiN试样的磨痕沟槽较浅,因此经复合处理后的32Cr2MoV在滑动摩擦条件下也具有较好的耐磨性。     

32Cr2MoV复合镀TiN的滑动摩擦试验分析

对32Cr2MoV进行了复合镀膜处理以及滑动摩擦试验。结果表明．离子镀膜虽然加大了经过机械抛光的离子氮化试样的表面粗糙度，但在相同的实验条件下，离子镀TiN后，其摩擦力、磨损量、磨痕宽度、摩擦系数均有所减小，并且其承受的摩擦载荷大大提高。表面磨痕观察表明，二者为磨粒磨损，且离子氮化＋离子镀TiN试样的磨痕沟槽较浅，因此经复合处理后的32Cr2MoV在滑动摩擦条件下也具有较好的耐磨性。     

钛合金表面原位合成TiN渗镀层摩擦性能研究

采用双层辉光离子渗金属技术在钛合金TC11表面原位合成TiN渗镀层以提高其耐磨性。利用OM、SEM、EDS、XRD对TiN渗镀层的形貌、组织成分、相结构进行分析;通过显微硬度、划痕试验对TiN层力学性能进行研究;通过常温磨损试验研究了TC11合金表面TiN渗镀层摩擦磨损行为及机理。结果表明,在常温磨损试验条件下TiN层摩擦系数下降一半,表现出较好的减磨耐磨性能;渗镀层显微硬度达到1400HV0.2;渗镀层与基体结合力为45N,结合强度高。     

Cr12MoV钢渗钒层组织及耐磨性能

为改善Cr12MoV钢耐磨性,提高其使用寿命,通过950℃×8hTD盐浴渗钒处理在Cr12MoV钢表面制备渗钒层。利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射和摩擦磨损试验对渗钒层组织成分和磨损性能进行检测分析,结果表明:Cr12MoV钢表面渗钒层组织均匀致密,且覆层与基体间存在明显的界面,渗钒层厚度约为9.0μm。渗钒层主要物相由VCx相组成,碳化钒覆层具有(200)和(220)晶面择优取向。经渗钒处理后试样表面显微硬度可达2 002HV0.05,约为原始试样显微硬度值的2.88倍。用GCr15钢球作为摩擦副,载荷为4.9N,滑动速度为0.1m/s,磨损时间为30min条件下,渗钒层的摩擦因数约为0.58;渗钒后试样的磨损体积约为原始试样的0.29倍,其磨损的机制主要为粘着磨损。通过TD盐浴渗钒处理,在Cr12MoV钢表面制备碳化钒涂层可有效提高其耐磨性。     

离子渗氮对Cr12MoV表面CrNiTiN镀层耐磨性和表面能的影响

在经过离子渗氮(PN)处理的冷作模具钢Cr12MoV基体上,采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀法制备CrNiTiN镀层,与未渗氮的试样进行了膜/基结合力、耐磨性和表面能的对比。研究表明,CrNiTiN膜层具有较低的表面能,但是膜层和基体的结合力较差。Cr12MoV钢经离子氮化后,CrNiTiN膜层与氮化层间结合紧密,提高了膜与基体的承载能力;离子氮化处理使膜层的摩擦系数和磨损率明显降低;离子氮化会提高CrNiTiN膜层总表面能,但不会影响表面的抗粘性能。     

物理气相沉积Ti/TiN提高冷冲模具寿命研究

对Cr12MoV冷作模具钢表面进行了单一处理(PVD Ti／TiN)和双重处理(低温等离子氮化 PVD Ti／TiN),通过显微硬度、划痕和磨损试验综合分析了这两种不同处理涂层的摩擦学性能。而且,对PVD Ti／TiN涂覆的“控制臂翻边凸模”进行应用试验。研究结果和应用试验表明：较单一处理,双重处理改善了涂层与基体界面的结合,显著提高了Cr12MoV钢的表面承载能力和耐磨性,PVD Ti／TiN涂覆的“控制臂翻边凸模”寿命提高了2倍多。     

Cr12MoV钢等离子S-N-C共渗摩擦磨损特性研究

首先对Cr12MoV钢进行等离子渗氮，然后再采用等离子S—N-C共渗工艺，在其表面形成一层硫的化合物层；在MM200磨损试验机上对其耐磨性和摩擦系数进行测试，同时利用扫描电镜对试样的磨损形貌进行了观察分析。结果表明，等离子S—N-C复合处理能显著提高其耐磨性、降低摩擦系数。     

钒对Cr12Mo模具钢渗氮层及其摩擦学行为的影响

在Cr12Mo和Cr12MoV模具钢表面进行气体渗氮处理,对比分析了V对Cr12Mo模具钢渗氮层显微结构及其摩擦学行为的影响。结果表明,气体渗氮后两种模具钢的表面均制备出深度约120 μm的渗氮层,由表及里依次为渗氮层、扩散层和基体;V提高了模具钢的耐磨性,Cr12MoV表现出较好的耐磨效果;相比V对模具钢基体和扩散层硬度的提升而言,V对渗氮层最大硬度值附近区域的硬度提升幅度更为明显;V对两种模具钢渗氮层耐磨性的影响并不明显,但V的主要贡献在于促进了渗氮时N的有效渗入,大大提高了渗氮层与扩散层间的界面结合力,避免了渗氮层与扩散层间的开裂,促使磨损机制由疲劳磨损转变为黏着磨损,进一步提高了渗氮层的服役寿命。     

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.     

32Cr2MoV钢氮化后离子镀TiN的摩擦磨损研究

对离子氮化后的32Cr2MoV钢进行离子镀TiN处理，并将其与离子氮化的32Cr2MoV试样在相同的条件下进行了滚动摩擦试验，比较了二者的磨损试验情况并分析了磨损机理。结果表明，离子氮化后表面沉积TiN能够使32Cr2MoV表面获得硬度梯度更合理的高硬度层，降低表面的摩擦系数，耐磨性明显高于离子氮化的32Cr2MoV。     

20CrNiMo表面针状空心阴极辉光放电制备TiN研究

在真空炉内以针状钛丝为溅射源极,以氩气和氮气为放电气体,利用辉光放电现象、尖端放电和空心阴极效应在20CrNiMo表面复合渗镀合成TiN改性层,目的是提高20CrNiMo表面的耐磨性能。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了改性层的截面形貌;测量了改性层的显微硬度并用XRD观察分析了改性层的相结构;采用MFT–4000型高速往复磨损试验机对渗镀改性层的摩擦磨损性能进行了研究。结果表明:在试验工艺条件下20CrNiMo试样表面制备的TiN改性层厚度约为40μm。改性后表面摩擦因数为0.169,较20CrNiMo基体的摩擦因数0.324明显减小,耐磨性能提高。