钛微弧氧化膜层在不同摩擦工况下的摩擦磨损行为研究

目的 研究钛微弧氧化膜层在不同摩擦工况下的摩擦磨损行为,为该膜层在工业领域中的合理应用提供参考.方法 首先,在铝酸盐电解液中,通过恒压模式制备钛微弧氧化膜层,然后在四种摩擦工况下(干摩擦/GCr15对磨球、干摩擦/Al2O3对磨球、油润滑/GCr15对磨球和油润滑/Al2O3对磨球),测试微弧氧化膜层的摩擦学性能.通过XRD分析膜层的物相组成,通过SEM、EDS分析不同摩擦工况下磨痕的表面形貌和元素分布,测量膜层的摩擦系数和磨损率,探讨不同工况下钛微弧氧化膜层的摩擦磨损形式和机理.结果 干摩擦/GCr15对磨球工况下,膜层主要发生磨粒磨损,磨损率为1.4×10–5 mm3/(N·m);在干摩擦/Al2O3对磨球工况下,膜层迅速失效;在油润滑/GCr15对磨球工况下,膜层仅发生轻微磨损,表面出现疲劳剥落现象,磨损率为5.3×10–6 mm3/(N·m);在油润滑/Al2O3对磨球工况下,膜层疲劳磨损较严重,磨损率为1.5×10–5 mm3/(N·m).结论 当对磨副材料为硬度较低的金属材料时,钛微弧氧化膜层在干摩擦和油润滑工况下,均表现出良好的耐磨性,但干摩擦工况容易造成对磨副材料的严重磨损;当对磨副材料为高硬度的陶瓷材料时,干摩擦工况下,钛微弧氧化膜层的耐磨性很差,然而通过润滑油可以显著降低膜层的摩擦系数和磨损率.     

润滑状态对C/C复合材料摩擦磨损特性的影响

在M-2000型摩擦磨损实验机上,对3种C/C复合材料与40Cr钢配副分别在干态、水润滑、油润滑3种条件下的摩擦磨损行为进行了研究.结果表明:在3种润滑条件下,干态摩擦试样的摩擦系数最大,体积磨损最小;基体炭为树脂浸渍炭的试样在3种试样摩擦系数最高,约为0.141～0.205;水润滑时试样的摩擦系数最小,为0.05～0.10,但体积磨损最大,最高可达7.75 mm3油润滑时试样的摩擦系数和体积磨损均介于干态和水润滑之间;干摩擦时,试样的摩擦系数随着载荷增加而缓慢降低,水润滑和油润滑的摩擦系数则随着载荷的增加而先增加后减少;干态摩擦时材料表面形成了完整的摩擦膜,水润滑和油润滑条件下摩擦膜很薄且不完整;所有润滑条件下试样均以磨粒磨损或犁削磨损为主.     

离子液体润滑下非晶碳膜的载流摩擦磨损行为

目的考察非晶碳膜(amorphous carbon film,a-C)在干摩擦和在离子液体(IL)润滑下的载流摩擦磨损行为特点。方法选取不锈钢、涂覆离子液体的不锈钢、a-C薄膜和涂覆离子液体的a-C薄膜(a-C-IL)分别与不锈钢小球对磨,在直流电流为0.2 A的条件下进行摩擦磨损测试,对比了各种试样的摩擦学行为。通过扫描电镜、表面三维轮廓仪和拉曼光谱对磨痕和磨斑进行分析表征,并讨论各种摩擦副的磨损机制。结果非晶碳膜与离子液体均能有效地降低钢-钢摩擦副在载流条件下的摩擦系数,使得稳定摩擦系数从～0.8分别降低到～0.2和～0.15。当a-C膜与IL进行复合后,进一步降低了a-C膜的载流摩擦系数(～0.1),但是a-C膜的耐磨性能降低。结论在载流摩擦磨损测试下,钢-钢摩擦副的摩擦系数大,磨损严重,伴随轻微的粘着磨损;离子液体可以明显减小摩擦副之间的粘着,降低钢-钢摩擦副的摩擦系数和磨损率。在钢基底上镀a-C薄膜,摩擦过程中a-C磨屑形成的转移膜发生了石墨化,能显著降低摩擦系数,减小磨损率。a-C-IL固液复合薄膜具有比a-C膜更低的载流摩擦系数,但其耐磨性能不如a-C膜。     

温度对TiAl合金及SiC配副摩擦磨损性能的影响

通过对TiAl合金与SiC配副在20,300和600℃下的摩擦磨损性能研究,分析了摩擦系数,磨损率和磨损形貌随温度的变化规律,探讨了磨损机制。结果表明:在实验温度条件下,TiAl合金的磨损率随温度的增大而增大。在20℃下TiAl合金主要为犁削磨损、磨粒磨损,随着温度的升高,出现氧化磨损,当温度增加到600℃时,氧化磨损严重;而SiC配副在20℃下的磨损率显著高于300及600℃下的磨损率,这是由于随温度的增加,SiC球的破坏机制由沿晶断裂向剝层磨损转变。     

不同环境下AlSiFeMm非晶纳米晶涂层摩擦磨损行为研究

目的研究AlSiFeMm(Mm为镍包混合稀土)非晶纳米晶涂层在干摩擦和3.5%NaCl溶液中的摩擦磨损行为。方法采用Rtec(MFT-3000)往复式磨损试验机测试涂层在干摩擦条件和有腐蚀介质条件下的摩擦磨损性能,使用LEXTOL3000-IR非接触三维表面轮廓仪测定涂层的磨损体积和磨痕的三维形貌,利用扫描电子显微镜对磨痕进行形貌观察和成分分析。结果铝基非晶纳米晶涂层的摩擦系数随着载荷的增加而不断减小。干摩擦条件下,铝基非晶纳米晶涂层的磨损率随着载荷的增加而增大,当磨损速度为10 mm/s、载荷为15 N时,涂层相对耐磨性为6061铝合金的2.5倍,其磨损机制为脆性剥落、磨粒磨损,并伴随氧化磨损。在3.5%NaCl溶液中,涂层的磨损率随着载荷的增加而逐渐降低,当磨损速度为35 mm/s、载荷为30N时,涂层的耐磨性能约为6061铝合金的8倍,其失效机制主要为剥层磨损和腐蚀磨损。结论铝基非晶纳米晶复合涂层在干摩擦和腐蚀介质中均表现出较为优异的耐磨性能,可以作为轻质合金涂层应用于表面防护领域。     

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。     

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.     

ZrO2填充PI/EP–PTFE固体润滑涂层的制备及其摩擦学性能

目的 提高发动机铝合金轴瓦在温升的油润滑甚至干摩擦工况下的摩擦磨损性能。方法 设计4种不同添加量的ZrO2填充PI/EP–PTFE涂层材料,采用液体喷涂工艺在A370铝合金基体表面制备涂层。通过摩擦磨损试验、纳米压痕试验、形貌特征及元素分布等测试试验,研究涂层在不同温度及不同润滑方式下的摩擦磨损性能。结果 涂层的硬度随ZrO2添加量的增加呈先增后减的趋势。在室温干摩擦工况下,涂层磨损率随ZrO2添加量的增加呈先减后增的趋势。当ZrO2添加量超过8%时,涂层进入动态平衡阶段的时间变长。4%ZrO2添加量的涂层性能最佳,室温干摩擦因数和磨损率分别为0.09和1.01×10^?6mm³/(N.m)。随着温度增加,摩擦因数呈先增后减的趋势,磨损率呈逐渐上升趋势。当ZrO2质量分数小于4%时,室温工况下涂层以黏着磨损为主;当添加量高于8%时,磨损机制以磨粒磨损为主。随着温度增加,涂层犁沟和磨损坑道更加明显。在油润滑工况下,摩擦因数和磨损量进一步减小。8 h油润滑和30 min干摩擦试验后,涂层出现磨痕深度高度相近,宽度不同现象。结论 在温升和不同摩擦接触状态下,涂层中高分子材料和ZrO2软化程度不均匀、大颗粒材料团聚、润滑油黏温特性是导致上述摩擦磨损变化的主要原因。     

热轧钢/热轧钢摩擦副干摩擦高温摩擦行为的研究

用多功能SRV试验机评价了热轧钢/热轧钢摩擦副在干摩擦条件下的高温减摩抗磨性能,并对高温磨损表面进行了分析.结果表明,在试验范围内热轧钢/热轧钢摩擦副的高温摩擦系数随时间的延长呈增长趋势,增长趋势的快慢与试验参数有关,高速时的高温摩擦系数明显低于低速时的高温摩擦系数;大量氧化铁磨屑的产生是造成热轧钢/热轧钢摩擦副高温摩擦系数上下波动的主要原因.试验速度对热轧钢/热轧钢摩擦副的高温磨损机理有很大的影响,在高速（0.32m/s）条件下,高温磨损机理主要是磨粒磨损;而在低速（0.10m/s）条件下,高温磨损机理主要是粘着磨损.     

类金刚石膜对CoCrMo合金摩擦性能的影响

目的研究类金刚石膜(DLC)在不同工况条件下的摩擦性能。方法使用磁控溅射技术,在CoCrMo合金表面沉积掺杂Cr元素的DLC薄膜。通过X射线衍射能谱和拉曼光谱对DLC膜表面的化学成分进行分析,采用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察DLC膜的表面形貌,借助摩擦试验仪测试DLC膜在不同工况条件下的摩擦性能。结果薄膜表面呈现颗粒状结构,且薄膜表面粗糙度在10 nm左右,物相分析表明,DLC薄膜为非晶化结构。在牛血清白蛋白(BSA)和NaCl溶液润滑条件下,DLC/CoCrMo摩擦副的平均摩擦系数(COF)分别趋于0.08,磨损区域存在少量的刮痕;而在干摩擦条件下,摩擦系数曲线表现出由高到低的变化趋势,平均摩擦系数约为0.21,同时在销磨损表面能观察到石墨化转移层。当接触压力为1 MPa时,平均摩擦系数约为0.10;接触压力增加至8 MPa时,平均摩擦系数约为0.08。结论润滑条件下,DLC膜表面悬键被钝化,减小其与配副表面之间的相互作用力,因此摩擦系数较低;干摩擦条件下,石墨化转移层充当固体润滑层,最终导致摩擦系数呈现下降趋势。DLC薄膜对摩擦配副具有明显的减摩效果。     

镍基金属陶瓷涂层在人工海水中的摩擦学性能

目的探讨镍基金属陶瓷涂层在海水中的耐腐蚀磨损性能。方法采用激光熔覆技术在45钢表面制备了1.1 mm厚的镍基金属陶瓷涂层。采用电化学测试系统,对比分析了涂层的耐蚀性。采用往复式摩擦磨损试验机,测量了涂层在干摩擦及海水环境下的摩擦系数。采用扫描电镜等手段分析了涂层和磨痕的表面形貌。结果镍基金属陶瓷涂层的表面硬度约为基体的3倍,且硬度较均匀。在结合区开始,硬度剧烈下降,直至降为基体硬度。在3.5%Na Cl溶液中,镍基金属陶瓷涂层的腐蚀倾向低于316L不锈钢及316L堆焊层,而腐蚀速率介于两者之间。干摩擦条件下,镍基金属陶瓷涂层明显降低了基体的摩擦系数(从0.58降低至0.49)和磨损量(降低了50%)。与干摩擦实验相比,人工海水明显降低了镍基金属陶瓷涂层的摩擦系数(从0.49降低至0.37)和磨损量(降低了40%)。结论由于具有良好的耐蚀性和较高的硬度,镍基金属陶瓷涂层在人工海水中表现出了良好的耐磨耐蚀性能。磨损过程中,人工海水的冷却、润滑作用和其中盐类的隔离作用,有效改善了摩擦界面的接触状态,提高了镍基金属陶瓷涂层的耐磨性。     

激光表面织构化对45钢摩擦磨损性能的影响

目的研究表面织构对45钢干摩擦和乏油状态下摩擦磨损性能的影响。方法用激光加工的方法在45钢表面加工出不同面密度的凹坑织构,在UMT-2型多功能摩擦磨损试验机上以球-盘副考察凹坑密度在干摩擦和乏油条件下对45钢摩擦磨损性能的影响。结果在干摩擦条件下,织构密度在4%时,摩擦配副的摩擦系数最小,稳定摩擦系数为0.56。随着织构密度的增大,摩擦系数也逐渐增大,当织构密度增大至16.2%时,配副摩擦系数最大,稳定摩擦系数为0.72。在乏油条件下,织构密度在4%时,摩擦系数为0.39,小于未织构试样摩擦配副。凹坑密度增大后,其摩擦系数大于未织构试样,但是均在0.43左右。在干摩擦和乏油条件下,织构化试样的磨损率都小于未织构试样,并且随着织构密度的增大,磨损率先减小后增加,织构密度在8.1%时,抗磨效果最好。结论表面织构能收集磨粒,储存润滑油,从而起到良好的减磨作用。     

Feasibility Study of Using DLC Coating in Conjunction with Laser Ablation process to Improve the Tribological Performance of an Engineering Surface

Increasing demands such as low friction,low wear rate,and long life-time have reached the limits of single DLC coatings.In order to meet the requirements,we propose to use an integrated approach to improve the wear property of an engineering surface.Firstly,dimples are introduced perpendicular to an engineering surface by a Nd:YAG laser emitting at 1064 nm.Subsequently,solid lubricant DLC is prepared on the patterned surface by magnetron sputtering technique.The effect of dimple densities from 7%to 45 %on tribological properties of the coating surface was revealed.The wear performance of the textured DLC surfaces was studied by a pin-on-disk reciprocating sliding wear tester under boundary lubrication and dry conditions.The results showed that the DLC coatings with appropriate dimple densities have an obvious improvement on wear performance in term of friction coefficient,wear rate and wear life,as compared to un-textured DLC coatings.In boundary lubrication conditions,the improved wear performance can be explained by the promotion of reservoirs to enhance lubricant retention during sliding.In dry condition,the dimples trap wear particles and leave a free interface between pin and sliding contact surface,and avoid the surface worn by abrasive manner,thereby improving the wear performance of the DLC coating.     

石墨增强聚酰亚胺在海水中的摩擦学性能

目的为石墨增强聚酰亚胺复合材料在海水环境下的摩擦学应用提供实验依据。方法利用SST-ST销/盘摩擦试验机,研究了质量分数为15%石墨增强聚酰亚胺复合材料与17-4PH不锈钢组成的摩擦副在海水介质中的摩擦学性能,并与干摩擦和纯水润滑条件下的摩擦学性能进行比较。结果聚酰亚胺复合材料在干摩擦下的摩擦系数和磨损体积最大,分别为0.134、1.930 mm~3。干摩擦条件下,聚酰亚胺复合材料的磨损表面存在较深的犁沟,在犁沟周围出现了材料塑性流动及粘着剥落现象,对偶件表面有聚酰亚胺复合材料转移。磨损机理主要表现为磨粒磨损、材料塑性变形以及粘着和剥落。在纯水润滑下,聚酰亚胺复合材料表面存在较多材料粘着撕裂现象,同时存在宽浅不一的犁沟,磨损机理主要为粘着磨损和磨粒磨损。在海水润滑下,复合材料的摩擦系数和磨损体积最小,分别为0.086、1.235 mm~3,材料磨损表面十分光滑,只有沿运动方向存在少量轻微犁沟,磨损机理主要表现为磨粒磨损。结论石墨增强聚酰亚胺复合材料在海水中的摩擦学性能优于干摩擦和纯水环境下的摩擦学性能。     

液压作动器关键部件摩擦磨损性能分析

为了探究不同润滑状态下,液压作动器关键部件材料和表面处理技术的选择对摩擦磨损性能的影响,在干摩擦、乏油润滑以及充分供油润滑3种润滑状态下,分别对活塞-液压缸内壁与活塞杆-端盖2种应用工况开展正交摩擦试验。通过测试不同对摩副的摩擦因数、磨损量以及磨损前后表面形貌的变化,分析润滑状态对2种应用工况磨损性能的影响。受导向带的表面织构及碳化钨自润滑性能的影响,在干摩擦与乏油润滑状态下,活塞-液压缸配伍界面采用40Cr-导向带对摩副、活塞杆-端盖配伍界面采用碳化钨-导向带对摩副时的摩擦因数较低;而在充分供油润滑条件下,由于接触界面之间会形成油膜,使得摩擦磨损趋势与上述结果相反,活塞-液压缸配伍界面采用Cu-40Cr对摩副、活塞杆-端盖配伍界面采用Cu-碳化钨对摩副时的摩擦因数较低。     

干摩擦条件下钻头胎体与花岗石摩擦特性的试验研究

为了了解热压钻头胎体与花岗石在干摩擦条件下的摩擦特性,分别选取了3组不同硬度的热压钻头胎体试样和3组不同金刚石浓度的孕镶金刚石胎块试样,与同一种花岗石进行了一对一的摩擦磨损试验,得出了不同条件下的摩擦系数与摩擦力矩。分析探讨了胎体试样硬度及金刚石浓度对摩擦系数的影响规律。结果表明:不含金刚石的胎体试样与花岗石之间的干摩擦,随着胎体硬度的增大,摩擦力矩与摩擦系数先增大后减小;添加金刚石的胎体试样较之于纯胎体试样,摩擦力矩与摩擦系数显著减小;含金刚石的胎体,随着金刚石浓度的增大,摩擦力矩与摩擦系数逐渐增大。     

镍-铁-石墨-硅自润滑材料及其性能

采用熔炼法制备出镍-铁-石墨-硅自润滑材料,并研究了铁含量对镍-铁-石墨-硅自润滑材料的力学性能、干摩擦磨损性能及油润滑摩擦磨损性能的影响.结果表明:随着铁含量的增加,合金中石墨量逐渐增多,自润滑性能逐渐提高,材料的冲击韧性和抗拉强度逐渐降低,硬度值先减小后增大;材料的干摩擦因数和油润滑摩擦因数均随着铁含量的增加而逐渐降低,磨损率随着硬度值的增大逐渐减小,其中Ni-60Fe-3.5C-1Si合金(质量分数,%)的摩擦因数最小,干摩擦因数和油润滑摩擦因数分别保持在0.18和0.05.     

大变形纯钛微弧氧化膜层的生物摩擦学性能研究

采用微弧氧化法在纯钛及大变形纯钛表面制备多孔氧化膜层,研究微弧氧化膜层在干摩擦、模拟体液和小牛血清不同润滑介质条件下的生物摩擦学性能,探讨钛基材组织细化对其膜层表面摩擦磨损性能的影响。结果表明：与纯钛微弧氧化膜层相比,大变形纯钛微弧氧化膜层耐磨性能更优的原因在于钛基材晶粒的细化使得晶体缺陷增多,为微弧氧化膜层的形核提供了更多的能量,反应生成的TiO2膜层硬度更强,膜层表面更致密均匀光滑,提高了其摩擦磨损性能所致。大变形纯钛微弧氧化膜层在小牛血清润滑时的摩擦系数和磨损程度都优于干摩擦和模拟体液润滑条件下的摩擦系数与磨损情况。这归因于小牛血清于摩擦表面形成的化学反应膜及物理吸附膜,起到了更有效的润滑、冷却与承载作用。     

HIPIMS制备Cr-B涂层及摩擦学性能

为研究Cr-B涂层在多测试环境(干摩擦、蒸馏水和海水环境)下摩擦磨损行为,采用高功率脉冲磁控溅射沉积技术制备Cr-B涂层,分析涂层成分、结构、微观形貌和力学性能,重点考察涂层在不同环境下的摩擦磨损性能。结果表明:制备的Cr-B涂层,B/Cr的原子比为1.8,结构主要由CrB2和自由Cr相组成,硬度和弹性模量分别为(26.9±1.0)GPa和(306.7±6.0)GPa。摩擦测试结果显示:涂层在干摩擦时具有较高的摩擦因数为0.75,发生严重磨损失效,归因于摩擦过程中涂层剥落而导致严重的磨粒磨损;与干摩擦相比,涂层在蒸馏水和海水环境中的摩擦因数均显著降低,分别为0.26和0.22,这主要由于蒸馏水和海水的边界润滑作用所导致,在蒸馏水中摩擦的磨损机制为磨粒磨损,而在海水中的磨损机制为磨粒磨损和腐蚀磨损的协同作用。