汽车发动机用ZL114合金表面涂层制备与性能研究

以Cr作为中间过渡层,采用磁控溅射的方法在ZL114合金表面制备了类金刚石(DLC)硬质涂层,对比分析了母材与涂层的硬度、耐蚀性能和干/湿摩擦学性能。结果表明:在ZL114合金表面制备了Cr过渡层厚度约为2μm、表面DLC涂层约为10μm的Cr-DLC涂层;Cr-DLC涂层具有DLC薄膜的特性,显微硬度和纳米硬度分别为母材的3.73倍和3.96倍;Cr-DLC涂层的腐蚀倾向和腐蚀速率都要小于ZL114合金母材,ZL114合金表面沉积Cr-DLC涂层后耐腐蚀性能得到提高;母材和Cr-DLC涂层在湿摩擦条件下的摩擦系数和磨损率低于干摩擦条件下,且干/湿摩擦条件下Cr-DLC涂层的磨损率都要低于ZL114合金母材;Cr-DLC涂层在湿摩擦(3.5%NaCl溶液)条件下仍然具有较好的耐磨性。     

活塞-缸套系统表面织构设计与发展分析

表面织构技术作为一种有效的减摩抗磨方法已被广泛应用于改善活塞-缸套系统摩擦副的摩擦学性能研究中，但活塞-缸套系统表面织构的摩擦机理研究以及织构设计体系仍不够完善。因此，为了更好地拓宽表面织构技术在此领域的广泛应用，系统地总结了表面织构的研究目的和发展现状，从表面织构的摩擦机理及其产生原因展开讨论，之后从表面织构形貌和方向(凹坑织构、沟槽织构)、织构几何参数(深度、直径、纵横比、面密度和角度)、分布位置(活塞环、缸套)、分布形式(全织构分布、部分织构分布)等方面进行了分类综述，阐述了目前研究较少的复合织构和复合改性的相关研究进展情况，最后结合现有研究和未来需求，对表面织构应用于活塞-缸套系统摩擦副亟待解决的问题和今后发展趋势进行了总结和展望。     

表面织构参数对渗氮304钢在纳米微粒添加剂润滑油作用下摩擦特性的影响

采用激光打标机在304钢基体表面刻蚀出孔径与间距数值相等的均布微坑;将激光织构的试样放入渗氮炉中进行表面渗氮处理;采用表面修饰剂对质量比为1∶1的SiO_2和TiO_2混合纳米微粒进行表面修饰后,将其(3%,质量分数)加入到基础油中,使用摩擦磨损试验机对其进行摩擦磨损实验。系统地对试样复合改性表面硬度、表面化学成分、表面形貌及摩擦磨损形貌进行研究。实验结果表明:表面织构参数影响304钢的摩擦学性能,其摩擦因数随孔径及间距的增大而减小,在摩擦过程中,织构微坑能够起到收集磨屑、存储润滑剂、降低磨损的作用;表面经盐浴渗氮处理后,其显微硬度由222.53HV0.1提高到573.63HV0.1,硬度显著提升;纳米微粒作为润滑油添加剂不仅能够产生微轴承作用将部分滑动摩擦转变为滚动摩擦,同时还能生成一层润滑保护膜。复合润滑结构与含有纳米添加剂的润滑油配合能够显著地降低磨损,使材料具有优异的摩擦学性能。     

表面激光织构化复合盐浴渗氮改性304钢的摩擦学特性

为了较大程度上提高304钢在各工业领域的应用,采用M-DPSS-50半导体激光打标机在304钢基体表面刻蚀出直径及间距分别为269,131μm的点坑状织构,之后采用盐浴渗氮炉对织构化表面进行渗氮处理。分别采用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜及显微硬度测试仪检测复合改性表面的化学成分、表面形貌及表面显微硬度;采用微机控制多功能摩擦磨损试验机测试复合改性表面的摩擦学性能。结果表明:织构化处理获取了规则的织构点坑表面,盐浴渗氮处理后表面的显微硬度达到574.27 HV1 N,大大高于304钢基体表面的222.58 HV1 N。渗氮光滑表面的抗磨减摩特性都显著优于304钢基体表面,而复合改性表面又都明显优于渗氮光滑表面,说明复合改性表面具有极为优异的抗磨减摩特性。     

PTFE复合涂层的摩擦学性能及疏水性能研究现状

聚四氟乙烯(PTFE)具有优良的自润滑性能、耐化学腐蚀性能和介电性能,以及优异的高低温稳定性和化学稳定性。此外,PTFE还具有优异的超疏水性能,人工制备的超疏水表面在诸多领域有着广阔的应用前景,但单一的PTFE硬度较低、耐磨性差。本文综述了国内外近些年使用碳材料或聚合物对PTFE进行填充改性,并利用表面工程技术制备复合涂层以改善摩擦学性能及疏水性能方面的研究进展,并对未来PTFE复合涂层的研究方向进行了展望。     

Si3N4球/DLC膜摩擦副在真空环境下的摩擦学行为研究

采用非平衡磁控溅射技术在高速钢基体上制备了类金刚石(DLC)膜。采用球盘式摩擦磨损试验机考察了DLC膜在大气和真空环境干摩擦条件下的摩擦学性能,并比较分析了GCr15钢球和Si3N4球不同摩擦配副对DLC膜的摩擦学性能。采用光学显微镜及扫描电镜观察了摩擦副的磨损表面形貌。研究结果表明:由于转移膜的形成Si3N4球/DLC膜摩擦副在大气下具有良好的摩擦学性能;而在真空条件下摩擦副易发生明显的粘着磨损,使摩擦系数、磨斑增加,磨损表面上存在着较多的片状磨屑和微米级颗粒。     

无氢DLC涂层的摩擦学性能

为了探究轮胎模具无氢类金刚石(DLC)涂层的摩擦学特性,增强轮胎模具的易脱模、防粘、自清洁性能以及提高轮胎质量与服役寿命,以轮胎模具常用的35钢为基体,利用电弧离子镀在基体试样上制备无氢DLC涂层,对涂层Raman光谱、表面粗糙度、表面微观形貌、纳米硬度、结合力和摩擦系数进行了分析,着重研究涂层摩擦前后表面微观形貌的变化以及摩擦磨损机理。结果表明:通过改变表面粗糙度可以有效降低涂层的摩擦系数,涂层摩擦系数随粗糙度减小而显著降低;在140℃高温条件下,摩擦系数最小低至0.363 4,且涂层纳米硬度可达32.45 GPa,弹性模量高达348.94 GPa。无氢DLC涂层完全满足轮胎模具减摩耐磨和自清洁性的使用要求,为制造高性能轮胎模具提供了一种可行的工艺选择。     

超声马达涂层摩擦材料研究

超声马达是一种依靠摩擦力驱动的新型驱动器,摩擦材料对超声马达的性能有重要的影响.以环氧树脂为基体,选择MoS2粉、晶须和Cu粉为填料,利用表面粘涂法制备了两种规格的涂层摩擦材料试样,研究了填料含量对涂层摩擦材料摩擦学性能及硬度的影响;借助正交设计和回归分析实验方法,研制出一种基本满足超声马达使用要求的涂层摩擦材料.在超声马达摩擦特性模拟试验装置上考察了涂层摩擦材料厚度对超声马达性能的影响.研究表明,在本文的实验条件下,当涂层摩擦材料厚度为1mm时,超声马达具有较好性能.     

Ti6Al4V表面离子束辅助沉积DLC薄膜及其摩擦学性能研究

利用离子束辅助沉积(IBAD)的方法来制备含氢DLC薄膜,在球-盘微摩擦试验仪上对DLC薄膜及Ti6Al4V分别与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)组成的摩擦副的摩擦学性能进行了研究.结果表明:在Ti6Al4V球表面用离子束辅助沉积技术可以沉积DLC薄膜,所制备的DLC薄膜能有效地减小摩擦系数,改善摩擦学性能,在干摩擦下DLC薄膜表现出一定的减摩作用,在生理盐水润滑的条件下,DLC薄膜具有优异的减摩作用.     

316L不锈钢沟槽型表面微织构减摩特性实验研究

采用激光微加工技术在316L不锈钢光滑表面上进行沟槽型织构化处理。在往复式摩擦磨损试验机上利用柱-平面接触方式对沟槽型织构和光滑表面进行摩擦磨损对比实验,重点考察了激光表面织构参数对其摩擦性能的影响,同时通过扫描电子显微镜对磨斑形貌进行了分析。结果表明,与未织构试样相比,织构化表面的摩擦因数均有不同程度减小且表现得更为稳定、磨损相对轻微,这是由于所制备的表面微坑起到了储存润滑介质并捕获磨屑的作用;织构条纹的结构参数对摩擦磨损有重要影响,随着沟槽宽度和沟槽间距的增大,摩擦因数均呈先下降后上升的趋势,而当沟槽宽度为100μm和沟槽间距为200μm时减摩抗磨性能最佳;此外,研究表明接触载荷对织构化表面摩擦因数的影响较小,织构化处理对高负载环境下的减摩抗磨性能影响更加显著。     

沟槽型织构摩擦学性能的数值模拟与实验研究

为研究沟槽型织构角度及排布形式对接触表面摩擦学性能的影响,通过有限元分析软件对不同角度及排布形式的沟槽型织构进行数值模拟,利用YLP-20型激光加工系统在不锈钢圆盘表面加工沟槽型织构,并利用UMT-2摩擦磨损仪在旋转条件下进行摩擦实验。结果表明:沟槽型织构的数值模拟结果与实验结果基本吻合,加工有织构的摩擦副其摩擦学性能得到改善,且不同角度及排布形式的沟槽型织构对摩擦副的摩擦学性能影响不同,即当摩擦速率小于300r/min时0°平行织构的摩擦因数较小;摩擦速率大于300r/min时90°平行织构有更好的减摩能力,故应用中要根据不同工况条件选择不同排布形式的沟槽型织构。     

激光表面织构化对材料摩擦学性能影响的研究进展

总结了激光表面织构化技术的特点,并介绍了其在摩擦学中应用的现状,分别讨论了激光表面织构的不同几何形状、尺寸和织构密度等因素,以及织构引起的金属材料表面硬度的升高对摩擦学性能的影响,展望了激光表面织构化技术未来的研究和发展方向及应用领域,指出应加强理论模拟和计算研究,以期与实验研究相辅相成;实验研究应注重规律的摸索和总结;机理方面应深入研究织构引起的组织和力学性能变化的规律,及其对材料摩擦学性能、力学性能和化学性能的影响。     

表面双重改性304钢干摩擦特性研究

为了改善304钢的干滑动摩擦学性能,采用激光打标机在304钢基体表面刻蚀出直径及间距为300μm的点坑状织构,之后对织构前后试样表面进行盐浴渗氮处理。分别采用D/MAX-Ultima+型X射线衍射仪、3D形貌仪、开尔文探针及Fisherscope型显微硬度测试仪对复合改性表面的化学成分、表面形貌、表面电子功函数及表面显微硬度进行了检测。采用CSEM旋转摩擦磨损试验机测试3种试样的摩擦学性能,试验条件为干摩擦。试验结果表明:盐浴渗氮处理后表面的显微硬度大大高于304钢基体表面,渗氮表面功函数明显高于304钢基体表面。渗氮光滑表面的抗磨性能显著优于304钢基体表面,而复合改性表面又明显优于渗氮光滑表面,说明复合改性表面具有极为优异的抗磨特性。     

钛合金气门在高海拔环境中的应用优势与表面处理

在高海拔环境下,低温低压环境会导致柴油发动机的动力下降和燃烧不完全,这也会导致气门组件磨损加剧。虽然几十年来,气门制造技术已经得到了广泛探索,但是气门组件经常面临高温高压、频繁冲击和摩擦的严峻工作条件,导致摩擦磨损机制变得异常复杂,过去的气门制造优化措施并没有完全解决气门组件磨损的问题。为此,提出了一种新的解决方案,即使用铝化钛合金作为气门材料。该材料具有热强度高和重量轻的优点,非常适合用作柴油发动机气门材料。然而,由于钛铝合金的耐磨性存在短板,因此在投入实际使用之前,需要通过表面处理工艺来改善其摩擦学性能和疲劳特性。总结了多种钛铝合金表面处理方法的研究情况,包括超声表面轧制、激光表面熔覆技术、化学热处理工艺、激光表面微织构等。这些表面处理技术可以有效地改善铝化钛合金材料的摩擦学性能和疲劳特性,并消除对材料表面的负面影响。研究者们还通过使用不同的表面处理技术的复合处理来达到更好的效果。指出了未来的研究重点和方向是深入研究铝化钛合金的精确加工参数以及使用多种加工方式的可行性和作用。这将有助于更好地解决气门组件的磨损问题,提高柴油发动机的性能和可靠性。此外,还需要对铝化钛合金在其他领域的应...     

溶胶–凝胶法制备超疏水性薄膜摩擦学性能的研究

采用溶胶–凝胶技术在铝表面涂覆氧化铝薄膜,再利用长链脂肪酸对氧化铝薄膜进行疏水改性,在金属铝表面构筑了具有较强减摩性能的超疏水薄膜。研究了沸水及水合肼溶液处理对氧化铝薄膜表面微纳织构的影响;探讨了脂肪酸分子结构对薄膜静态和动态润湿性的影响,利用球盘式微纳米摩擦磨损试验机评价了薄膜的摩擦学性能。结果显示,水合肼溶液处理后的氧化铝薄膜经硬脂酸改性后不仅表现出超疏水性能,而且具有较强的减摩性能。     

纳米硫化物及其涂层在摩擦学中的应用与发展

随着纳米科学技术的迅速发展,将纳米材料应用于摩擦润滑领域受到了广泛的重视.综述了纳米硫化物的优异性质及其复合涂层在摩擦学中新的研究进展.概括了目前纳米复合涂层的制备方法,介绍了纳米硫化物及其复合涂层优异的摩擦性能及其抗磨减摩机理.最后提出了纳米硫化物及其涂层在摩擦学中的研究方向.     

TiN与DLC涂层在船用低速柴油机柱塞上的应用研究

为提高船用低速柴油机柱塞的耐磨性和柱塞偶件使用寿命,采用离子镀技术与多弧磁控耦合镀膜技术分别在柱塞上涂覆了TiN涂层和DLC涂层。利用扫描电镜（SEM）、轮廓仪和X射线衍射仪（XRD）技术表征了TiN与DLC涂层的微观形貌、表面粗糙度及物相组成,采用纳米压痕仪检测了TiN与DLC涂层的纳米硬度及弹性模量;运用划痕法和压痕法测试了TiN和DLC涂层的结合力,通过往复磨损试验考察了这2种涂层在空气中与在重柴油环境下的摩擦系数,同时结合光学显微镜定性评判TiN和DLC涂层磨损程度,通过台架试验评价了TiN涂层与DLC涂层柱塞的实际磨损情况。结果表明：这2种涂层晶体生长良好、结构连续致密,均未出现分层、开裂及剥离的现象,DLC涂层相对光滑,粗糙度R_a为0.10μm,而TiN涂层R_a为0.16μm; DLC涂层表面纳米硬度、弹性模量及泊松比均高于TiN涂层;无论在空气中还是重油环境下,TiN涂层摩擦系数均高于DLC涂层,耐磨性低于DLC涂层;台架试验后TiN涂层柱塞表面出现比较明显的平行状沟槽磨痕,而且整体磨损比较严重,而DLC涂层柱塞表面的磨痕非常窄...     

退火温度对DLC膜热稳定性及摩擦学性能的影响

采用非平衡磁控溅射技术分别在氮化硅陶瓷球和高速工具钢圆盘表面制备了类金刚石(DLC)膜。使用箱式电阻炉对DLC膜在大气环境中进行高温退火处理以研究环境温度对DLC膜摩擦学性能的影响;并分别采用激光拉曼光谱仪和球-盘式摩擦磨损试验机对退火处理前后DLC膜的结构和摩擦学性能进行了研究。采用金相显微镜观察了摩擦副磨损表面的形貌。研究发现,随着退火温度的升高,DLC膜中sp3杂化键向sp2杂化键的转化加快,当退火温度为600℃时,DLC膜发生严重的石墨化。而当退火温度为400℃时,DLC膜的摩擦系数及磨损率最小。拉曼测试表明400℃退火处理后DLC膜表层含有Si及SiO2,在摩擦过程中形成了含SiC的转移膜,使得DLC膜的摩擦系数明显降低,磨损减小。研究结果表明,退火处理对DLC膜的热稳定性和摩擦学性能有重要的影响。     

固体润滑轴承用9Cr18不锈钢离子注入与磁控溅射改性真空摩擦学研究

为了提高空间固体润滑滚动轴承耐磨寿命,采用全方位离子注入和磁控溅射技术对空间固体润滑轴承用9Cr18材料进行耐磨减摩表面改性研究。首先对9Cr18不锈钢试样表面注入N+、Ti+、Ti++N+,对离子注入后试样采用磁控溅射技术沉积MoS2-Ti薄膜。通过测试注入前后试样粗糙度及硬度,评价不同注入离子及无离子注入不同基底材料下溅射MoS2-Ti薄膜的附着力、真空摩擦学、薄膜磨损率等性能。结果表明离子注入通过提高9Cr18不锈钢基底硬度,能够提高复合改性后9Cr18不锈钢材料真空摩擦学性能20%。     

边缘效应对凹坑织构接触应力的影响

边缘效应是引起织构表面应力集中现象的主要因素之一,织构的摩擦学性能与受载时织构边缘的最大应力密切相关。本文通过有限元分析了凹坑织构在初始和稳定摩擦阶段的静态接触应力分布,研究了在不同摩擦状态下边缘效应对织构表面接触应力的影响。为降低织构的边缘效应因素,同时计算了具有圆弧过渡边缘织构表面的应力分布。计算结果表明,织构最大接触应力趋势与摩擦系数的变化呈正相关,边缘圆弧过渡可显著降低织构的最大应力。