真空热处理对HVOF制备的WC-CoCr涂层组织结构和性能的影响

为改善WC-CoCr涂层的耐磨性能,采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、显微维氏硬度仪、摩擦试验机等,研究了超音速火焰喷涂（HVOF）方法制备的WC-CoCr涂层经不同温度真空热处理后的相结构、显微组织、硬度以及摩擦磨损性能。结果表明：涂层经600℃热处理的相组成与未热处理的一致,但当热处理温度在750℃及以上时,涂层中生成Co₆W₆C相和Co₂₅Cr₂₅W₈C₂相,且热处理温度越高,上述两相含量越多。随着热处理温度的升高,涂层孔隙率先减小后增大、涂层硬度先升高后下降,其中在750℃×1 h热处理时涂层硬度达到最大值1 535 HV_{0.5 N};涂层平均摩擦系数先迅速下降后趋于稳定,与未热处理涂层的平均摩擦系数相比,当热处理温度在750℃及以上时下降了约51.8%;涂层磨损率呈现出先快速下降后升高的趋势,涂层经750℃热处理后的磨损率最小,约为1.91μg/m,与未热处理涂层相比,下降了约93.9%。     

Ti6Al4V合金激光原位合成自润滑复合涂层高温摩擦学性能

为提高Ti6Al4V合金的高温摩擦学性能,采用激光熔覆技术在其表面原位合成多相混杂金属基高温自润滑耐磨复合涂层,熔覆粉末的成分为Ni60-16.8%TiC-23.2%WS_2(质量分数,下同),系统地研究复合涂层的显微组织、物相结构及其在20,300,600,800℃下的摩擦学性能和相关磨损机理。结果表明:复合涂层的显微硬度(701.88HV_0.5)约为基体(350 HV_0.5)的2倍;由于原位合成固体润滑相(Ti_2SC/TiS/NiS/TiO/TiO_2/NiCr_2O_4/Cr_2O_3)和硬质相(W,Ti)C_1-x/TiC/Cr_7C_3的协同作用,复合涂层的耐磨减摩性能明显优于基体。随着温度升高,涂层和基体的摩擦因数和磨损率均呈下降趋势,在800℃时复合涂层和基体的摩擦因数分别为0.32和0.43,磨损率分别为1.80×10^-4,2.92×10^-5mm/Nm。在800℃下塑性变形、分层和氧化磨损为基体主要磨损机理,复合涂层以氧化磨损和轻微的黏着磨损为主。     

ADC12铝合金表面氮化铝(AlN)涂层的制备及其耐磨性能研究

为了提高ADC12铝合金材料的耐磨性能，利用多功能离子渗氮炉在ADC12铝合金表面进行离子渗氮，制备氮化铝(AlN)涂层。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜对表面AlN涂层的相结构与微观形貌进行表征；利用WS-2005涂层附着力自动划痕仪、WTM-2E可控气氛微型摩擦磨损试验仪和3D光学显微镜研究AlN涂层与基体的膜基结合力、摩擦系数、比磨损率和摩擦磨损机理。结果显示：表面AlN涂层的相结构为面心立方，没有发现有Al₂O₃衍射峰存在。随着渗氮时间的延长和渗氮温度的升高，表面AlN涂层的厚度逐渐增大，膜基结合力先增大再减小，在510℃、4 h时膜基结合力最大，为56.60 N。相对于基体来说，AlN涂层样品在负载1 N、进行摩擦磨损试验10 min后，摩擦系数变小，比磨损率降低，表面AlN涂层厚度越厚，减缓磨损效果越明显。ADC12铝合金表面离子渗氮所得氮化铝(AlN)涂层具有优异的耐磨损性能。     

AlCrNiFeTi高熵合金涂层的电火花沉积制备与摩擦磨损性能

采用真空电弧熔炼法制备直径为7 mm AlCrNiFeTi高熵合金(high-entropy alloy,HEA)作为电极,使用电火花沉积技术在304不锈钢表面成功制备了AlCrNiFeTi高熵合金涂层。通过XRD、OM、EDS、SEM、显微硬度计、摩擦磨损试验机对涂层的微观组织结构和摩擦磨损性能进行研究。结果表明,AlCrNiFeTi电极与涂层均以BCC1和BCC2简单固溶体为主,电极微观组织结构呈典型的树枝晶。涂层由沉积点堆叠铺展形成,表面均匀致密呈橘皮状、凸凹不平,为喷溅花样展开,涂层截面结构无宏观缺陷,厚度约为59.67μm。AlCrNiFeTi涂层最大显微硬度为587.3HV_0.2,比基材的硬度提高了约2.45倍。随着载荷的增大,涂层的磨损机制由氧化磨损和轻微磨粒磨损转变为磨粒磨损和黏着磨损。当摩擦载荷为5 N时,磨损率为1.213×10^-3 mm³/(N·m),摩擦因数仅为0.446,涂层的磨损率较基材的磨损率减小了约28.3%。     

衬底加热温度对WC-DLC涂层结构和摩擦磨损性能的影响

采用中频磁控溅射和电弧离子镀复合工艺,在316L不锈钢基体上制备WC掺杂的类金刚石涂层,通过相组织结构分析、硬度测试和摩擦磨损试验,研究了衬底加热温度分别为150℃、250℃、350℃和450℃时对类金刚石薄膜结构和摩擦磨损性能的影响。研究表明:DLC薄膜中的W元素相对含量随衬底温度升高略有增多,最大为3.45%,且掺杂物主要WC_1-x和W₂C两种晶体相存在,衬底温度升高,晶体结构由WC_1-x转变为W₂C;150℃时薄膜中sp³C键含量最多,纳米硬度值也最大为7.4GPa,衬底温度的升高使薄膜结构发生变化,力学性能也变差;干摩擦试验2 N载荷下,摩擦系数随温度的升高先降低后升高,350℃时,摩擦系数为0.2,而磨损率随加热温度逐渐增大,150℃时最小为3.45×10^-11m³/N·m,磨损方式为磨粒磨损。     

Inconel 718合金表面纳米多层CrAlN/CrN涂层的制备及高温摩擦学性能研究

为提高Inconel 718合金的表面硬度和高温摩擦磨损性能,采用多弧离子镀技术在其表面制备CrAlN/CrN涂层。使用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、纳米压痕仪和划痕仪等对涂层的微观结构、力学性能进行分析表征。使用UMT摩擦磨损试验机测试涂层在室温、350℃和650℃下的摩擦性能,并对磨痕的形貌特征、元素分布和物相进行分析,分析涂层在不同温度下的摩擦磨损机制。结果表明：纳米多层CrAlN/CrN涂层微观结构致密,主要由fcc-CrN相组成,择优取向为(200)晶面;CrAlN/CrN涂层在Inconel 718合金表面具有良好的力学性能,其硬度和结合力分别为(29.3±1.2) GPa和70.4 N;涂层在室温和350℃下具有优异的耐磨性,磨损率分别低至1.5×10^-6 mm³/(N·m)和1.7×10^-6 mm³/(N·m),主导的磨损机制分别为磨粒磨损和疲劳磨损;650℃时涂层达到最低摩擦系数(0.33),但磨损率有所升高,主要表现为磨粒磨损。     

等离子喷涂NiCrMo-NiCrBSi合金减摩涂层的摩擦磨损性能

内燃机在工作时活塞环与缸套发生摩擦,将造成能量损失与缸体的磨损损伤。针对缸套与活塞环的摩擦磨损问题,采用复合材料理论设计了成分为NiCrMo-30%NiCrBSi的复合减摩涂层。利用大气等离子喷涂技术,采用NiCrMo-NiCrBSi混合粉末制备了减摩涂层,研究了该涂层的断面组织、硬度及其在模拟缸套-活塞环摩擦磨损条件下的摩擦磨损行为。试验结果表明,采用混合粉末喷涂,可以获得结合良好、硬度适中(564 HV_{3 N})的复合涂层。在干摩擦磨损条件下,NiCrMo-NiCrBSi复合涂层表现出优异的综合耐磨损性能,涂层自身与对磨件(销)的磨损量都较小,且表面可生成MoO₂,降低摩擦系数;在油润滑磨损条件下,由于表面生成MoS₂,摩擦系数显著降低(稳定后约为0.1),复合涂层与摩擦副的磨损几乎可以忽略。     

TC4合金表面Zr增效硅化物涂层的组织及高温摩擦磨损性能

采用扩散共渗的方法在TC4合金表面制备了Zr增效硅化物涂层, 研究了涂层在600℃时的摩擦磨损性能, 讨论了其磨损机制。结果表明: 所制备的涂层具有多层结构, 由(Ti, X)Si₂ (X代表Zr, Al和V)外层, TiSi中间层和Ti₅Si₄+Ti₅Si₃内层组成; 渗剂中添加Zr能够抑制涂层的生长速率, 有利于降低涂层的内应力, 改善其组织致密性。涂层的硬度明显高于TC4合金, 且由外向内呈梯度降低趋势。高温摩擦磨损试验结果表明, Zr增效硅化物涂层能够为TC4合金提供良好的高温磨损防护; 与GCr15对磨时, 涂层的表面只发生了轻微的磨损, 主要为GCr15在其磨损面的擦涂和一定程度的氧化磨损; 与Al₂O₃球对磨时, 磨损机制为犁削磨损、疲劳磨损、黏着磨损和氧化磨损。     

不同温度下等离子渗氮后TC4钛合金的摩擦磨损性能EI北大核心CSCD

采用等离子渗氮技术提升TC4钛合金的耐磨性并探究最优渗氮温度。利用LDM 1-100型等离子渗氮设备,在650,700,750,800,850℃和900℃温度下对TC4钛合金进行渗氮处理,保温时间均为10 h。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、白光三维形貌仪、X射线衍射仪和显微硬度计分别对不同温度渗氮试样的微观组织结构、表面形貌、表面粗糙度、相结构和硬度进行表征。利用CETR UMT-3型多功能摩擦磨损试验机测试等离子渗氮后TC4钛合金的摩擦学性能。结果表明:TC4钛合金表面显微硬度和粗糙度随温度升高而增大,在900℃渗氮后TC4钛合金表面显微硬度达到了1318HV 0.05,约为基体(360HV 0.05)的4倍。硬度的升高是由于渗氮后试样表面形成了硬质氮化物相(TiN和Ti2N相),且随着渗氮温度升高氮化物的含量增加。相较于低温渗氮(低于750℃)的试样,850℃和900℃渗氮试样的承载能力显著提升。与原始TC4试样相比,渗氮处理后试样的磨损体积显著降低。当渗氮温度为850℃时,试样磨损体积为未处理试样磨损体积的1.2%(1 N),3.0%(3 N)和62.2%(5 N),试样的耐磨性提升更为显著。     

CoCrFeNiTix高熵合金涂层的显微组织和耐磨性能

用激光熔覆工艺在40Cr钢表面制备CoCrFeNiTi_x (x=0、0.2、0.5、0.8)高熵合金涂层并计算其热力学参数,使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度仪、摩擦磨损试验机等手段检测合金的物相组成、组织、元素分布、硬度及耐磨性,研究了Ti元素含量对其显微组织和耐磨性能的影响。结果表明：随着Ti元素含量的提高,合金物相在面心立方(FCC)结构的基础上形成了体心立方(BCC)结构,熔覆层中部的组织由晶界明显、晶粒分布均匀的等轴晶组成,最后形成了柱状树枝晶;随着Ti元素含量的提高,合金横截面的硬度逐渐提高,最高为412.32 HV_0.2,比基体的硬度提高了1.8倍;涂层的磨损量和摩擦系数均随之降低,Ti含量为0.8时涂层其耐磨性能最优,磨损量最小为6.8 mg,摩擦系数为0.35。涂层的磨损机制,以磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损为主。     

钛合金作动部件耐磨性能提升及工程化应用研究

为提升钛合金表面硬度，增强其耐磨性能以满足新一代航空作动系统部件对减重及耐高温的需求，开展钛合金化学镀镍及不锈钢CMT(冷金属过渡焊接技术)熔覆SCu6180(铝青铜)工艺研究，并对其不同强化状态摩擦副的耐磨性能进行了模拟工况条件下的环-块摩擦磨损试验。结果表明：钛合金前处理采用低压吹细砂+氢氟酸活化，化学镀镍层结合力良好，真空炉399℃热处理，硬度可达906 HV_{1 N},与不锈钢摩擦副的摩擦系数由0.79下降到0.32;与表面熔覆SCu6180减摩涂层不锈钢摩擦副的摩擦系数仅为0.12,磨损量下降2个数量级并实现发动机矢量作动部件的工程化应用。     

Ti6Al4V合金激光熔覆γ-NiCrAlTi/TiC复合层的组织与摩擦学性能

为提高Ti6Al4V合金的摩擦学性能,以NiCr-Cr₃C₂金属陶瓷粉末为涂覆材料,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V表面制备以TiC为增强相、γ-NiCrAlTi固溶体为增韧相的熔覆层。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）分析了熔覆层的物相组成及显微组织,测试了熔覆层沿层深方向的硬度分布,分别在室温（24℃）,300,600℃测试了熔覆层和Ti6Al4V合金基体的干滑动磨损性能。结果表明:熔覆层的平均硬度约1 100HV_{2 N},约为基体的3倍;室温时,由于高硬度增强相TiC和增韧相γ-NiCrAlTi固溶体的综合效应,激光熔覆γ-NiCrAlTi/TiC复合层的摩擦系数和磨损率比Ti6Al4V合金基体的显著降低,熔覆层具有较好的耐磨减摩性能,磨损机理主要为黏着磨损;300,600℃时,熔覆层被氧化,耐磨性减弱,磨损机理主要为黏着磨损和塑性变形。     

化学镀Ni-P合金层在含N-B-Mo抗磨剂润滑油中的摩擦磨损特性

在Q235钢表面电镀Ni-P合金,并在不同温度下对其进行热处理。以合金镀层试样为块材料,以GCr15钢为环材料,以含N-B-Mo抗磨剂的润滑油为介质,在M-2000型摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损试验,采用X射线衍射仪、光学显微镜等研究了不同温度热处理的Ni-P合金镀层在不同抗磨剂含量的润滑油中的摩擦磨损特性,并分析了抗磨剂的抗磨机理。结果表明:随着热处理温度升高,Ni-P合金镀层的硬度先升高后下降,摩擦系数先下降后上升,当热处理温度为300℃时,Ni-P合金镀层的硬度最高,是基体的4.7倍;随着抗磨剂含量增加,Ni-P合金镀层磨损率呈现先降低后增加的趋势,当抗磨剂含量为3%时,磨损率最低,XRD谱结果表明含N-B-Mo抗磨剂润滑油的抗磨机理是在磨损表面生成了具有自润滑性能的BN相。     

VN-Ag-MoO3复合材料的制备及宽温域摩擦学行为

利用真空热压烧结技术制备了VN-Ag-MoO₃复合材料,研究了Ag₂MoO₄对VN基复合材料组织结构及宽温域摩擦磨损性能的影响。结果表明:VN-Ag-MoO₃复合材料组织较致密,主要由VN、MoO₃和Ag组成,其中均匀分布于VN基体的MoO₃和Ag由Ag₂MoO₄经高温分解形成。宽温域摩擦磨损测试表明,Ag₂MoO₄的添加有效改善了室温(RT)~700℃温域范围VN陶瓷的摩擦磨损性能。其中,700℃时Ag₂MoO₄含量为10wt%的VN-10Ag-MoO₃的摩擦系数(0.285)和磨损率(1.37×10?5 mm3/(N·m))分别较VN降低了23%和72%,这归因于磨损表面的氧化钒、钒酸银和钼酸银等高温润滑相起到了优异的润滑及减磨作用。      

石墨烯/纳米Al2O3增韧Ti(C,N)基金属陶瓷的力学及摩擦磨损性能

采用真空热压烧结工艺制备了石墨烯(GNPs)和纳米Al₂O₃增韧的Ti(C,N)基金属陶瓷复合刀具材料(TAG)。研究了GNPs和纳米Al₂O₃对复合陶瓷材料微观结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响。研究表明,GNPs和纳米Al₂O₃的添加对复合陶瓷材料的力学性能有明显的提高,当GNPs和纳米Al₂O₃含量(质量分数)为1%和5%时,复合刀具陶瓷材料(TA5G1)综合力学性能最优,其硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为21.50 GPa、810.80 MPa和10.51 MPa·m^1/2。研究了复合刀具材料的摩擦磨损性能和磨损机理,研究结果表明,在TAG复合刀具材料中,TA5G1的摩擦磨损性能最优,其摩擦系数和磨损率分别为0.338和4.921×10^-6 mm³/(N·m),复合刀具材料的主要磨损形式为磨粒磨损和黏着磨损。     

Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2复合叠层陶瓷材料摩擦磨损性能

将Al₂O₃-TiC陶瓷材料与具有固体润滑特性的Al₂O₃-TiC-CaF₂陶瓷材料进行叠层, 通过真空热压烧结制备Al₂O₃-TiC/Al₂O₃-TiC-CaF₂复合叠层陶瓷材料。在环盘式摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损实验, 研究该材料在不同载荷、 转速条件下的摩擦系数和磨损率, 分别用SEM及EDS观察材料磨损前后的微观形貌和分析其成分组成, 研究其磨损机制。结果表明: 在相同载荷条件下, Al₂O₃-TiC/Al₂O₃-TiC-CaF₂复合叠层陶瓷材料的摩擦系数和磨损率随着转速的升高而下降, 在相同转速条件下, 其摩擦系数和磨损率随着载荷的增加而下降; Al₂O₃-TiC/Al₂O₃-TiC-CaF₂复合叠层陶瓷材料的磨损机制主要是磨粒磨损和黏着磨损。     

弹簧用51CrV4钢渗氮层微观组织与摩擦性能分析

为提高弹簧用51CrV4钢表面的耐磨性能,对其进行不同时间和温度下的渗氮处理,实验测试其微观组织,硬度以及摩擦性能。研究结果表明:渗氮层形成了未被腐蚀的明亮化合物层,扩散层由于受到浸蚀作用而转变为黑色。基底只有一种α-Fe组织。渗氮处理后形成了γ-Fe4N相、CrN相等多个物相组织。随着渗氮时间的增加和渗氮温度的增加,渗氮层厚度表现出单调增加的变化规律。渗氮后试样硬度达到950 HV以上,相对于原始试样硬度发生了明显上升。经过450℃与20 h处理后获得最小磨损率和摩擦系数,此时试样形成了较为光滑的磨痕形貌,磨损程度很小,当硬度提高后可以获得更高的耐磨能力。当温度继续上升以及时间延长后,渗氮物发生了粗化的现象,引起表面硬度减小,最终降低了耐磨性。     

基于正交设计的纳米蛇纹石-纳米氧化镧/聚四氟乙烯复合材料在沙尘环境下的摩擦学性能

以聚四氟乙烯(PTFE)为基体,采用正交实验法研究了纳米蛇纹石(nano Serpentine)、纳米氧化镧 (nano La₂O₃)和环境三种因素对nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料摩擦学性能的影响。采用自制沙尘模拟装置改进现有的 MMU-5G摩擦磨损试验机对nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料进行摩擦学实验。通过SEM观察试样磨损表面和转移膜形貌,分析nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料磨损机制。结果表明:环境因素对nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料的摩擦系数影响最大,干摩擦摩擦系数比沙尘环境下摩擦系数低;nano Serpentine含量对nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料的磨损率影响最大,当nano Serpentine质量分数为9wt%时,nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料的总体磨损率最低。nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料的干摩擦的磨损机制主要为黏着磨损,沙尘环境的磨损机制主要为磨粒磨损。      

纳米BN颗粒对7075铝合金微弧氧化膜结构及耐磨性能的影响

为提高7075铝合金表面的耐磨性能，在掺杂纳米BN颗粒的电解质溶液中通过微弧氧化技术构筑铝合金表面硬质陶瓷涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、光电子能谱仪(XPS)、粗糙度仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机等表征方法，研究了加入纳米BN颗粒对微弧氧化过程起弧电压及涂层的表面形貌、孔隙率、物相组成、厚度、粗糙度、显微硬度、摩擦磨损性能的影响。结果表明：涂层主要由α-Al₂O₃相和γ-Al₂O₃相组成；纳米BN颗粒提高了起弧电压，增加了涂层的厚度、粗糙度、硬度；当添加0.3 g/L纳米BN颗粒时，所得微弧氧化涂层的综合性能最佳。此时涂层中的微孔数量少、孔径小，致密度高，其表面孔隙率从未添加的6.617%降到3.518%;硬度达到最高值916.7 HV_{10 N},厚度20μm,粗糙度2.38μm;摩擦系数降低至0.7,磨损率降低至7.84×10^-5 mm³/(N·m)。     

Cu含量对NbCN-Cu复合膜微结构、力学性能及摩擦磨损性能的影响

利用高真空磁控溅射仪制备了不同Cu含量的NbCN-Cu复合膜。采用X射线光电子能谱、X射线衍射仪、纳米压痕仪、扫描电镜、三维形貌仪和摩擦磨损仪对薄膜的微观结构、力学性能以及摩擦磨损性能进行了分析。结果表明,NbCN-Cu复合膜为面心立方δ-NbN、六方δ'-NbN和单质Cu相三相共存结构。随Cu含量增加,NbCN-Cu复合膜的硬度值先缓慢上升再迅速下降,Cu含量为2.27%时,获得最大硬度,为31.43 GPa。室温下,随Cu含量的增加,NbCN-Cu复合膜的摩擦系数先缓慢上升再快速上升,磨损率先缓慢下降再快速上升。当温度从室温温度上升到500℃,不同Cu含量的NbCN—Cu的摩擦系数均先升高后降低,磨损率逐渐上升,温度一定,Cu含量越高,磨损率越高;300~500℃内,温度一定,Cu含量越高,NbCN-Cu复合膜的摩擦系数越低。