CrN/DLC复合薄膜的制备及其摩擦学性能研究

采用阴极电弧离子镀技术沉积了厚度为16μm左右的CrN膜层,然后在其上以阴极电弧+磁控溅射+阳极层离子源复合技术沉积了厚度约3μm的类金刚石(DLC)膜层,分别用扫描电镜、显微硬度计、划痕仪、摩擦磨损试验仪分析和测试了CrN、DLC、CrN/DLC等3种膜层的表面和截面形貌,厚度,显微硬度,结合力以及耐磨损性能。结果表明,采用上述方法制备的CrN/DLC复合膜具有良好的综合性能,膜层界面明晰、结构致密,膜基结合力大于60 N,显微硬度达到2200~2600 HV,磨损率为1.8×10~(-16)m~3/(N·m),耐磨损性能优于CrN和DLC单层膜。     

基体预处理对CrN涂层刀具表面粗糙度和膜基结合力的影响

通过M2高速钢基体抛光预处理工艺,获得表面粗糙度和膜基结合强度良好的Cr N硬质涂层。采用正交法设计了不同压力、砂料、干湿方式等喷砂工艺参数进行高速钢基体预处理工艺研究。对预处理后的基体采用多弧离子镀技术沉积Cr N硬质涂层。通过扫描电镜、XRD、粗糙度仪和划痕测试仪等仪器检测分析了Cr N涂层的形貌、涂层物相结构、涂层粗糙度和涂层结合力等组织性能。喷砂压力较大和砂料硬度较高时,其涂层粗糙度较大,膜基结合强度较小。对采用玻璃珠砂料在2bar压力下进行干喷砂预处理后的基体进行涂层处理,其涂层综合性能最好,其膜基结合力为78N,涂层表面粗糙度为0.369μm,涂层厚度约为5μm,涂层厚度均匀,涂层表面比较平整致密,基本未见明显的孔洞结构。     

TiAlSiN多层梯度涂层力学及摩擦磨损性能试验研究

利用物理气相沉积(PVD)技术,基于阴极电弧技术在Si片、高速钢试片上制备了TiAlSiN多层梯度涂层。利用洛氏硬度计、X射线衍射仪、透射电子显微镜、纳米压痕仪对涂层的表面形貌、物相结构和力学性能进行表征。通过超精密三维表面轮廓光学测量仪、HSR-2M摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦磨损性能。试验结果表明TiAlSiN多层梯度涂层结构致密,各层间界面清晰,主要由柱状的面心立方结构的(Ti,Al)N相组成。涂层与基体的结合力达到工业等级HF1,具有良好的膜基结合力,其硬度为27.7 GPa,弹性模量为338.0 GPa,具有较高的硬度和弹性模量。TiAlSiN多层梯度涂层的摩擦系数为0.54,磨损率为7.06×10~3μm~3/(N·m),主要磨损机制为磨粒磨损和轻微粘着磨损。     

PH17-4不锈钢表面电火花沉积WC–20Ni涂层及其表征

以WC–20Ni作为电极,氩气作为保护气体,通过改装的HB-06型电火花堆焊修复机在PH17-4不锈钢基体表面沉积了WC–20Ni涂层。以涂层厚度为指标,通过单因素试验获得最佳工艺参数为:电压125 V,频率660 Hz,电容120μF,沉积时间3 min。采用扫描电镜、能谱仪和显微硬度计分别表征了沉积层的表面形貌、成分和显微硬度。在最佳工艺参数下,制得的沉积层组织连续、致密,与基体冶金结合且厚度均匀,约为30μm。随着距表面距离的增大,沉积层的显微硬度逐渐降低。     

辉光放电辅助脉冲激光沉积CN_x涂层工艺

采用直流辉光放电辅助PLD(脉冲激光沉积)法制备了CNx涂层,通过正交试验研究了气压、激光通量、放电功率密度和靶基距等工艺参数对CNx涂层的氮含量、摩擦因数和磨损率的影响,利用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和球-盘式微型摩擦仪对涂层的表面形貌、化学成分以及摩擦学特性进行了表征。结果表明,辉光放电辅助PLD制备的CNx涂层比传统PLD涂层光滑,且工艺参数对涂层表面形貌的影响较小。激光通量对涂层的氮含量、摩擦因数和磨损率的影响较为显著,放电功率密度的影响最小。涂层的耐磨性随涂层氮含量的升高而降低。当气压为12 Pa、激光通量为6.7 J/cm2、放电功率密度为30 m W/cm2和靶基距为37 mm时,涂层中氮原子分数为32.2%,沉积速率为0.83μm/h,摩擦因数为0.122,磨损率为1.13×10-13 m3/(N·m)。     

高能量密度脉冲等离子枪在硬质合金刀具上沉积高硬耐磨涂层研究

用高能量密度脉冲等离子体枪，于室温下在硬质合金刀具基体上分别成功沉积了硬度高、耐磨损、膜基结合力强的TiN、TiCN和TiAlN薄膜。在优化的工艺条件下，所得TiN、TiCN、TiAlN薄膜纳米硬度分别可达27GPa、50GPa和38GPa；杨氏模量分别可达450GPa、550GPa、650GPa。纳米划痕实验临界载荷分别达90mN、110mN和100mN以上。切削实验表明，涂层刀具可用于高速切削，刀具后面磨损明显减小。刀具力学性能的改善归因于更优异力学性能涂层的沉积、良好的膜基结合力以及涂层特殊的显微结构。     

钛合金基材表面粗糙度对Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜性能的影响

为提高钛合金的抗冲蚀性能,采用真空阴极电弧离子镀技术在不同表面粗糙度(Ra)的TC4钛合金表面制备了Ti/Ti N/Zr/Zr N多层膜。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、划痕仪和砂粒冲刷试验仪分析了多层膜的截面形貌、微观结构、厚度、显微硬度、结合力和抗砂粒冲刷性能。重点研究了基体表面粗糙度对多层膜的结合力和抗砂粒冲刷性能的影响。结果表明,所得Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜厚度约为12μm,显微硬度大于3 000 HV,能显著地提高TC4钛合金基材的抗砂粒冲刷性能。在相同工艺条件下,基体表面粗糙度越小,其表面膜层的结合力和抗砂粒冲刷性能越佳。为获得综合性能良好的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜,TC4钛合金基体的表面粗糙度必须控制在≤1.60μm。     

类金刚石/对称N-梯度CNx多层膜的制备及摩擦性能EI北大核心CSCD

采用直流磁控溅射技术在Si基底上制备了不同CN_(x)层厚度的类金刚石(DLC)/N-梯度CN_(x)纳米多层膜(N含量梯度呈对称的倒"U"形)。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、原子力显微镜、Raman光谱仪、X射线光电子能谱仪、划痕仪、球盘式摩擦磨损试验机等对多层膜的微观结构、力学性能以及真空和大气中的摩擦学特性等进行了表征。结果表明:多层膜表面平整光滑,均为非晶结构。随着对称N-梯度CN_(x)层厚度的增加,多层膜的表面粗糙度增大,硬度、弹性模量和膜基结合力逐渐降低,磨损率增加。多层膜在真空中的耐磨性比大气中的好。N-梯度CN_(x)层厚度小于30 nm的多层膜的硬度可达21.9~23.1 GPa,膜基结合力为54.2~54.3 N;在大气中的摩擦因数约为0.19,磨损率为(0.98~1.16)×10^(-16)m^(3)/(N·m),在真空中的摩擦因数约为0.18,磨损率为(0.83~0.88)×10^(-16) m^(3)/(N·m)。     

低温镀铁工艺的优化及故障处理

通过正交试验,以沉积速率、显微硬度、腐蚀速率为评价指标,得出低温镀铁的最佳工艺参数为:ρ(FeCl2·4H2O)=400g/L,θ=50°C,pH=1.0,Jk=14A/dm2。在最佳工艺条件下,镀层的沉积速率为342.50μm/h,显微硬度为707HV,中性盐雾试验中腐蚀速率为0.50g/(m2·h),其结合力好,表面光亮,无针孔或结瘤。提出了低温镀铁的故障处理方法。     

镀膜时间对TiAlN薄膜的微观组织和性能的影响

本文研究了镀膜时间对TiAlN涂层的微观组织和性能的影响。研究结果表明:随着镀膜时间的延长,薄膜表面晶粒尺寸越来越细小,表面更致密度均匀;涂层硬度、膜基结合力、抗氧化性是呈先上升后下降的趋势。镀膜时间为40min时,涂层硬度达到最大值,膜基结合力、抗氧化性最好。     

碳钢表面铜-碳化硅纳米复合镀层的制备及其性能研究

在Q235碳钢表面先预浸镀铜,然后采用超声-电沉积方法获得Cu-SiC纳米复合镀层。研究了纳米SiC含量对纳米复合镀层表面形貌的影响,讨论了阴极电流密度、超声功率、温度和电沉积时间对复合镀层显微硬度的影响,获得了较佳的工艺条件:镀液中SiC纳米颗粒含量9g/L,阴极电流密度6A/dm2,超声波功率200W,镀液温度30°C,电沉积时间40min。在此条件下制备Cu-SiC纳米复合镀层,测试了镀层的结合力,并与普通铜镀层进行比较,研究了复合镀层的表面形貌、显微硬度以及在3.5%NaCl溶液中的电化学阻抗谱(EIS)。结果表明,所制备的复合镀层结合力良好,其表面颗粒尺寸在0.5～1.0μm之间(小于普通铜镀层的1～4μm),显微硬度和反应电阻分别为294.6HV和2446.5.cm2(大于普通铜镀层的162.0HV和1538.7.cm2)。Cu-SiC纳米复合镀层具有较好的机械性能和耐腐蚀性能。     

喷涂距离对Al2O3-TiO2涂层组织与干摩擦性能的影响

采用大气等离子喷涂(APS)方法在Q235钢基体上制备了不同喷涂距离的Al_2O_3-13 wt%TiO_2涂层。研究了喷涂距离对涂层α-Al_2O_3相质量分数、涂层截面显微硬度、孔隙率、沉积厚度的影响,并对涂层进行干摩擦磨损实验,分析了涂层磨损失效机理。随着喷涂距离的增加,α-Al_2O_3相向γ-Al_2O_3相转化增多,涂层沉积厚度呈下降趋势。喷涂距离为130 mm时,涂层综合性能最优;沉积厚度为285μm,截面显微硬度为1172 HV0.2,孔隙率为3.4%,涂层耐磨性能最佳,磨损失效主要以显微犁削为主。喷涂距离为110 mm时涂层熔融程度不足,犁沟效应明显,喷涂距离为150 mm时γ-Al_2O_3相较多,脆性断裂显著。     

pH对化学复合镀镍–磷–聚四氟乙烯性能的影响

考察了pH对45钢上化学复合镀Ni–P–聚四氟乙烯(PTFE)沉积速率和镀层孔隙率、磷含量、表面形貌、耐蚀性、显微硬度和摩擦因数的影响。镀液组成和工艺条件为:NiSO_4·6H_2O 25 g/L,NaH_2PO_2·H_2O 30 g/L,无水乙酸钠20 g/L,柠檬酸20 g/L,硫脲2 mg/L,氟碳型表面活性剂18 mg/L,PTFE 1.0 g/L,温度85℃,时间1 h。pH为5.0时,沉积速率为15.93μm/h,所得为高磷(质量分数8.34%)复合镀层,其显微硬度为163.3 HV,摩擦因数0.25,能耐中性盐雾腐蚀24.5 h。     

聚醚醚酮基复合涂层的研究

利用聚四氟乙烯(PTFE)和石墨的自润滑性能对聚醚醚酮(PEEK)进行增强改性获得PEEK复合材料,并通过静电喷涂和冷压烧结的方法在不锈钢底材上制备了PEEK基复合涂层。扫描电镜(SEM)观察结果表明:在相同的热处理工艺条件下,冷压烧结获得的涂层气孔率更低、涂层更致密。显微硬度仪和X射线衍射仪(XRD)测试结果表明:在相同的热处理条件下,冷压烧结制备的涂层结晶度和硬度都较高,硬度可达到21.78 HV。摩擦磨损实验结果表明:冷压烧结涂层的摩擦因数为0.046 1,磨损率为15.51×10~(-6)mm~3/(N·m);静电喷涂涂层的摩擦因数为0.079 2,磨损率为22.37×10~(-6)mm~3/(N·m)。与之前的研究结果相比,石墨与PTFE的加入大大提高了涂层的摩擦学性能。     

7×××系高强铝合金耐磨涂层的制备与性能

为了解决7×××系高强铝合金耐磨性差的问题,采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术在7055铝合金基体表面分别制备了Cr2O3、Ni60和WC三种涂层,对涂层截面进行扫描电镜(SEM)观察及X射线衍射(XRD)物相分析,并测定了其显微硬度,借助摩擦磨损试验机和三维轮廓扫描仪对3种涂层的耐磨性进行比较,探究了它们的磨损机制。结果表明：在相同的热喷涂工艺条件下,3种涂层的耐磨性顺序为：WC> Ni60> Cr2O3。WC涂层的显微硬度达到1 213 HV,磨损率仅为3.33×10-4 mm3/(N·mm),耐磨性比7055铝合金基体提高了约12倍。该涂层中高硬度的WC硬质颗粒可以起到阻止磨粒磨损的作用,降低了磨粒的显微切削作用。采用超音速火焰喷涂技术可在7055系高强铝合金表面获得高硬度的耐磨涂层。     

DLC层厚度对CNx/DLC多层膜结构及摩擦学性能的影响

采用直流磁控溅射法在硅基底上交替沉积类金刚石碳(DLC)和氮化碳(CNx)薄膜,制备了不同DLC层厚度的CNx/DLC纳米多层膜。使用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、X射线光电子谱、Raman光谱等测试手段表征了薄膜的微观组织形貌、化学成分和原子价键结构等。采用原位纳米压入技术、涂层附着力划痕仪、球盘式摩擦磨损试验机对薄膜的力学和摩擦学性能进行了测试。结果表明:所制备的CNx/DLC多层膜均为微晶或非晶结构,组织致密。随着DLC层厚度的减小,多层膜内sp3杂化键的含量先升高后下降,压应力由135 MPa增至538 MPa,结合力先上升后降低,而磨损率则呈相反变化趋势。多层膜在大气和真空中的摩擦因数约为0.17和0.15,DLC层厚度的影响很小。DLC层厚度为4.5 nm的多层膜的性能最佳,硬度可达44.1 GPa,最低磨损率为3.2×10-18m3/(N·m)。     

活塞用硅-铝合金瓷质阳极氧化的研究

使用瓷质阳极氧化工艺在活塞用ZL101A硅-铝合金基材表面制备了阳极氧化膜,并对阳极氧化膜的厚度、表面粗糙度、硬度、成分、表面形貌及耐磨性进行了研究。结果表明:硅-铝合金阳极氧化膜的厚度和表面粗糙度分别为9.7μm和1.74μm。阳极氧化膜主要由铝、氧和钬元素构成,硬度约为3 000 MPa。硅-铝合金阳极氧化膜呈灰白色,主要归因于阳极氧化膜表面的孔洞和树枝状结构。经过瓷质阳极氧化处理后,阳极氧化膜的摩擦因数仅为0.45,有利于提高耐磨性。     

铝合金喷涂Ni60涂层的耐磨性研究

采用氧-乙炔火焰喷涂技术在ZL109铝合金表面制备Ni60涂层。用显微硬度计测定涂层的显微硬度,用摩擦磨损实验机研究涂层的耐磨性,用扫描电子显微镜(SEM)观察磨损形貌并分析磨损机制。结果表明:ZL109铝合金经过火焰喷涂Ni60涂层后,基体的显微硬度明显提高,并呈现出很好的耐磨性及平稳较低的摩擦因数;涂层的磨损机制以疲劳磨损为主。     

激光熔覆原位合成TiC-TiB2/Ni基金属陶瓷涂层的组织和摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术,以NiCrBSiC预合金粉末为原料,在TC4合金表面制备出以原位合成的TiC和TiB2颗粒为增强相的Ni基金属陶瓷涂层。测试了涂层的显微硬度。利用销-盘式摩擦磨损试验机,以YG8B硬质合金为对磨偶件(盘),评价了涂层的干滑动摩擦磨损性能。结果表明:涂层的硬度Hv为900～1100,摩擦系数为0.2～0.3,质量磨损率比TC4合金降低约1个数量级。     

基于多弧离子镀TiAlCN涂层的结构、力学及切削性能研究

为提高硬质合金刀具的切削加工性能，研究基于多弧离子镀技术在316L不锈钢及硬质合金(WC/Co)刀具表面制备了C掺杂TiAlCN涂层。首先采用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散光谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)分析了TiAlCN涂层的表面形貌、元素成分、物相结构、碳峰位及化学态信息；然后通过二维触针轮廓仪、三维光学轮廓仪、纳米压痕仪及摩擦磨损试验机表征了TiAlCN涂层的表面粗糙度、三维形貌、纳米硬度、弹性模量及摩擦系数；最后利用高速切削测试验证了TiAlCN涂层的切削加工性能。结果表明：TiAlCN涂层表面致密光滑，无针孔、凹坑等缺陷，表面粗糙度Ra为0.066μm;TiAlCN涂层的物相组成复杂，主要为TiN、Ti(C,N)及Ti₃Al(C,N)，且涂层中形成了以sp²及sp³形式杂化的非晶碳；TiAlCN涂层的纳米硬度(H)、弹性模量(E)及H/E、H³/E²分别为34.18 GPa、398.57 GPa及0....