磨损条件对等离子熔覆TiB2-TiC/Ni复合涂层磨损性能的影响

利用等离子熔覆技术以Q235低碳钢为基体制备了TiB_2-TiC强化Ni基复合材料涂层,涂层中的主要物相为TiB_2、TiC和γ-Ni,硬度达1 050 HV0.5,涂层与基体呈冶金结合状态。分别采用Al2O3陶瓷球和不锈钢球为对摩副,在30、60和120 N磨损载荷下进行往复干滑动摩擦磨损试验。结果表明:Al2O3陶瓷球为对摩副时,低载荷下(30 N)表现为微切削磨损形式;60 N载荷时,出现压实层的结构,降低了摩擦因数,磨损机理转变为粘着磨损的形式;当载荷增加到120 N时,磨损机理为氧化磨损和剥层磨损。而采用不锈钢磨球时,涂层硬度大于对摩不锈钢球硬度,磨球发生剪切破坏,部分转移到涂层表面,相对于Al2O3陶瓷磨副时具有更大的粘着效应,且随着载荷的增大转移量增加,粘着磨损加剧,所以摩擦因数呈现出随着载荷加大一直上升的趋势。     

热喷涂TiB2-Ni复合涂层组织结构和力学性能

采用团聚烧结方法制备TiB₂-Ni复合粉末喂料,并采用大气等离子喷涂和高速火焰喷涂两种喷涂方法制备了TiB₂-Ni涂层,比较分析了两种涂层的显微组织、物相组成、孔隙率、硬度和断裂韧性.结果表明,与等离子喷涂相比,高速火焰喷涂制备的TiB₂-Ni涂层具有更高的致密度,TiB₂含量,硬度和断裂韧性.两种涂层中TiB₂都没有发生明显的脱硼,氧化,但等离子喷涂过程中TiB₂向金属相中发生了溶解生成了大量脆性Ni₂₀Ti₃B₆相,并降低了涂层中TiB₂的含量,这是涂层硬度和断裂韧性相对较低的主要原因.     

MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层的制备和摩擦学行为研究

目的 采用两步法在铝合金表面制备MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层,并考察其摩擦磨损行为特点。方法 通过微弧氧化(MAO)技术和原位水热法在7075铝合金表面构筑MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和Raman光谱对膜层的微观形貌和组成进行表征。利用摩擦试验机测试试样的摩擦性能,并通过三维轮廓仪分析磨痕形貌。结果 MAO膜层主要由Al2O3构成,含有少量SiO2,表面为典型的多孔结构,存在大量微孔,粗糙度较大。MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层中的MoS2颗粒较均匀地填充在MAO微孔中,并覆盖在凹陷内,使得表面平整光滑而致密。摩擦测试结果表明,MAO涂层能够提高基体的承载能力,但其摩擦因数较大,波动较大。MoS2膜层为MAO提供了良好的润滑改性作用,使其摩擦因数减小。结论 MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层能够显著提高基体的摩擦磨损性能。在低载荷下,MAO硬质涂层起着很好的承载作用,MoS2颗粒层起着润滑减磨作用,使摩擦因数始终较低且平稳;在高载荷下,MAO层表面的微凸体在应力作用下破碎,硬质磨粒和MoS2颗粒分布在磨损面,部分被挤出磨痕区,导致摩擦因数不断增大。     

添加CeO_2对MoS_2基复合涂层摩擦学性能的影响

针对MoS_2基复合涂层耐磨性差和承载能力低的问题,以不同含量(质量分数)的CeO_2作为添加剂,采用喷涂法在GCr15钢表面制备MoS_2基复合涂层。利用摩擦磨损试验机和划痕仪分别研究涂层摩擦磨损性能和结合强度,并借助金相显微镜对涂层磨损形貌进行表征。结果表明:添加适量CeO_2可以改善涂层的摩擦磨损性能,其最佳含量为2%,此时摩擦因数和磨损量均最小,分别为0.232和0.011 3 mm~3;同时结合强度从22 N提高到28.29 N。涂层磨损量随载荷的增大而增大;而载荷小于8 N时,涂层的摩擦因数随载荷的增大而减小,当载荷大于8 N时,摩擦因数又有回升趋势。添加稀土后涂层的承载能力有明显提高。未添加稀土时,涂层产生严重剥离,并发生磨粒磨损;添加2%CeO_2后,涂层发生轻微磨粒磨损,耐磨性得到显著提高。     

感应熔覆微-纳米复合材料涂层组织及摩擦磨损特性研究

以Ni60A、微米级和纳米级WC粉末为原料，利用感应熔覆技术在45钢表面制备了微-纳米WC复合材料耐磨涂层。利用扫描电子显微镜、能谱仪及X射线衍射仪观察分析了复合材料涂层的显微组织结构；同时考察了复合材料涂层在室温滑动干摩擦条件下的耐磨性能。结果表明，复合涂层由WC、Cr23C6、Co6W6C、У-Ni固溶体等物相组成；其组织均匀，与基体之间为完全冶金结合；复合材料涂层表现出优异的耐磨性及良好的承载能力，其磨损速率随载荷增大变化不大。     

NiCoCrAlYTa/WC-Co复合涂层的制备及摩擦学性能研究

目的 为了改善MCrAlY涂层的耐磨损性能,通过在NiCoCrAlYTa粉末中添加不同比例的硬质相WC-Co粉末（质量分数为25%、50%、75%）,将2种粉末充分地机械混合、振荡均匀后,采用超音速火焰喷涂（HVOF）技术,制备不同配比的NiCoCrAlYTa/WC-Co复合涂层。方法 利用SEM、XRD、EDS等分析了复合涂层的微观形貌、物相组成和元素分布规律等;研究该复合涂层的力学性能、摩擦学性能以及摩擦磨损机理等。结果 采用HVOF技术制备的Ni CoCrAlYTa/WC-Co复合涂层结构致密,各元素及物相分布均匀;硬质相WC-Co的添加提高了涂层的显微硬度,同时也可显著改善复合涂层的耐磨损性能;复合涂层的摩擦因数随着WC-Co含量的增加逐渐增大,而磨损率逐渐减小。当WC-Co的添加量为75%时,复合涂层的摩擦因数最大,约为0.84;磨损率最小,约为9.28×10^-6 mm³/（N·m）。结论 在金属基涂层中引入硬质相WC-Co可有效提高涂层的硬度,并且提升该涂层的耐磨损性能,为金属基涂层发挥优异的摩擦学性能提供理论基础。     

电化学沉积镍基MoS_2复合镀层及其宽温域摩擦性能

为了降低纯镍镀层的摩擦因数,研究镍基MoS_2复合镀层适用温度范围,进一步提高金属机件在极端摩擦条件下的服役寿命。采用电化学沉积法在45钢基体表面制备不同MoS_2浓度的镍基固体润滑复合镀层。用复合电镀循环伏安曲线法研究复合镀层的电化学沉积规律,采用XRD、SEM对复合镀层的组织结构及摩擦形貌进行分析探讨,对比分析不同含量MoS_2复合镀层的摩擦磨损性能及机制。结果表明:MoS_2的加入促进了阴极极化,提高了镀层的结晶细致程度;同时能显著降低镀层摩擦因数,在MoS_2浓度为30 g/L的溶液中沉积的复合镀层在室温下的摩擦因数最低为0.02~0.03;在400℃以下摩擦环境中,复合镀层摩擦因数保持在0.02~0.05之间,具有很好的润滑性能;温度超过400℃时,MoS_2将逐渐被氧化为Mo O3,摩擦因数接近0.15,失去润滑效果。     

激光表面原位合成TiB2/Cu复合涂层的性能

应用500 W Nd:YAG固体激光器在纯铜表面原位合成TiB2/Cu复合涂层,测定了熔覆层的显微硬度和导电性,研究了熔覆层的磨损行为和抗电弧烧蚀性能.结果表明,含熔覆层试样的显微硬度由外到里存在明显的梯度变化,其中熔覆层的硬度最高,约为450～490 HV;熔覆层的平均体积导电率约为82.7% IACS,原位合成的细小TiB2相对Cu基体的电导率影响不大;含熔覆层试样的磨损性能明显优于纯铜试祥,其主要磨损机制为磨粒磨损;熔覆层内激光原位合成的TiB2颗粒能明显改善Cu基体抗电弧烧蚀的性能.     

化学镀纳米金刚石/Ni复合镀层制备及其摩擦学性能

研究了金刚石含量、表面活性剂及热处理温度等工艺因素对Ni-P-纳米金刚石灰粉复合镀层的摩擦磨损性能的影响,并对复合镀层的表面形貌及组织结构进行了分析.结果表明:添加爆轰纳米金刚石灰粉能提高复合镀层的耐磨性能.热处理温度与表面活性剂种类对金刚石灰粉复合镀层耐磨性能的影响最大,复合镀层耐磨性能最佳时的工艺参数为:金刚石灰粉含量为4 g/L,热处理温度为400℃,表面活性剂采用SHP,其含量为1:20.     

等离子喷涂WC-12Co/NiCrAl复合涂层的摩擦磨损特性

以NiCrAl涂层为粘结层,用等离子喷涂工艺在TC4钛合金表面制备了WC-12Co/NiCrAl复合涂层。通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度仪等手段分析了涂层微观形貌、化学成分和显微硬度,并用磨损试验考察了WC-12Co/NiCrAl复合涂层的摩擦磨损特性。结果表明:WC-12Co涂层表面未熔颗粒较多,涂层截面孔隙率为10.2%;WC发生部分分解,出现W2C、Co6W6C等新相;涂层与基体结合界面为机械结合+局部微冶金结合方式;显微硬度为双态Weibull分布,呈现不同位置结构的差异化。WC-12Co涂层表现出良好的减摩及耐磨性能,同载荷下摩擦因数低于基体,磨损失重为基体的1/10,磨粒磨损是其主要磨损机制。     

电泳-电沉积 Ni-PTFE 复合镀层及其摩擦学行为研究

目的制备具有优良自润滑性能的Ni-PTFE复合镀层,同时探究其摩擦学性能。方法首先在铜基体表面电泳沉积一层PTFE膜,再将覆有PTFE膜的基体放入光亮镀镍溶液中进行电沉积(电泳-电沉积法),用SEM附带的能谱仪检测复合镀层的PTFE复合量,同时在自制的销盘摩擦磨损实验机上进行相关的摩擦学实验,以评价其摩擦学性能。结果用电泳-电沉积法制备出了含量(以体积分数计)达63.4%的Ni-PTFE复合镀层。在干摩擦条件下,PTFE微粒的加入可以降低复合镀层的摩擦系数(最低至0.067)。结论高PTFE复合量的复合镀层具有良好的耐磨性能。     

Al_2O_3/MoS_2复合涂层的制备及摩擦磨损性能

以大气等离子喷涂工艺制备的Al_2O_3陶瓷涂层为模板,利用陶瓷涂层中存在的孔隙和微裂纹,采用水热反应在其内部原位合成具有润滑特性的MoS_2,制备出Al_2O_3/MoS_2的复合涂层。结果表明,通过水热反应在陶瓷涂层原有的微观缺陷中成功合成了MoS_2,合成的MoS_2固体粉末呈类球形状,并且这球状的粉末是由纳米片层状的MoS_2搭建组成的。摩擦试验结果表明,与纯Al_2O_3涂层相比,复合涂层中由于MoS_2润滑膜的形成,其摩擦因数和磨损率都显著降低,且载荷越大,复合涂层的摩擦性能越好。     

氧化还原法制备石墨烯对镍基复合镀层的摩擦学性能影响

采用Hummers氧化法和肼还原法制备了石墨烯,并在45钢表面获得石墨烯/镍基复合镀层,研究了石墨烯的片层数量和热稳定性,对复合镀层的表面及截面形貌进行观察并测试其摩擦学性能。结果表明：肼还原法获得的石墨烯层数约2层,其热稳定性高于Hummers法获得的氧化石墨。不同石墨烯添加量 (0.1,0.2和0.4 g/L) 的镍基复合镀层厚度约20~30 μm。干摩擦时,石墨烯添加量为0.4 g/L的复合镀层摩擦系数和磨损率最低,较基体分别降低了13%和65%,磨损表面较光滑并可见石墨烯沉积后的微凸体形态,Fe的含量极少,说明磨痕深度很浅。     

激光熔覆NiCrBSi/Ag复合涂层 结构及空间摩擦学性能

目的 提高钛及钛合金的空间摩擦学性能,拓展钛及钛合金在空间技术领域的应用范围。方法 用激光熔覆技术在纯钛基材表面制备了NiCrBSi/Ag复合涂层。用X-射线衍射仪、扫描电镜和高分辨透射电镜分析涂层的物相组成、显微组织结构和晶体结构。用空间摩擦学实验系统对NiCrBSi/Ag复合涂层在真空、原子氧和紫外辐照三种模拟空间环境以及大气环境下的摩擦学性能进行系统的研究。采用扫描电镜和能量色散光谱仪对摩擦测试后NiCrBSi/Ag复合涂层的磨痕形貌和对偶不锈钢钢球的磨痕形貌及元素面分布进行分析。深入探讨NiCrBSi/Ag复合涂层在三种模拟空间环境及大气环境下的磨损机理。结果 在纯钛基材表面通过激光熔覆制备的NiCrBSi/Ag复合涂层主要物相组成为NiTi、Ni3Ti、Cr2Ni3、Cr3Si、TiB2、Cr-Ni-Ti-Fe、Ag相,显微结构主要为等轴晶和枝状晶组织。复合涂层具有较高的显微硬度,涂层截面平均显微硬度约为830HV0.2,约是钛基材硬度的4.4倍。复合涂层在真空、原子氧和紫外辐照模拟空间环境下的摩擦系数和磨损率均小于大气环境下的值。在三种模拟空间环境下,相对于纯钛基材,复合涂层的磨损率约小2个数量级。复合涂层在真空、原子氧和紫外辐照模拟空间环境下的磨损机理为粘着磨损和磨粒磨损,在大气环境下的磨损机理主要为磨粒磨损。结论 NiCrBSi/Ag复合涂层可以显著提高纯钛基材在真空、原子氧和紫外辐照三种模拟空间环境以及大气环境下的摩擦学性能。     

超音速等离子喷涂Mo涂层的载流摩擦磨损性能

采用超音速等离子喷涂技术在45CrNiMoVA钢表面制备Mo涂层，利用场发射扫描显微镜（SEM）、X射线能谱分析仪（EDS）观测涂层显微形貌与组织成分，分析了载流摩擦中的电接触模型及电弧成因，利用滑动式摩擦试验机研究了电流强度对涂层粗糙度、表面温升及摩擦磨损性能的影响。结果表明：制备的Mo涂层组织致密、氧化程度低，与基体结合方式为“机械铆合”；随电流增加，摩擦副间电弧能量急剧升高，起弧率与表面粗糙度先降低，后上升。其中收缩电阻和微电容产生的自感电动势促进了电弧形成；摩擦副表面的温升由摩擦热、焦耳热、电弧热共同决定，与电流强度呈正相关；摩擦因数受表面粗糙度、材料剪切强度、表面膜等因素共同影响，随电流增加呈下降趋势。此外，载流条件下会出现黏着磨损、氧化磨损、电弧烧蚀等磨损，加剧了涂层剥落与磨粒磨损，但形成的摩擦膜可以有效保护涂层，降低磨损率。     

抛光轮耐磨复合镀层制备及其性能研究

以不锈钢为基体材料,Ni-W-P为基质合金,添加耐磨微粒碳化硅(SiC)和六方氮化硼(-αBN)固体润滑微粒,在抛光轮工作面镀制Ni-W-P/SiC BN多元复合镀层。该工艺得到的Ni-W-P/SiC BN多元复合镀层表面光亮、质感均匀、镀层结合力良好、耐蚀性优良。经过相同次数磨损试验,Ni-W-P/SiC BN热处理镀层的耐磨性能是0Cr18Ni9Ti不锈钢的5.22倍。     

超音速火焰喷涂TiB2-50Ni复合涂层的高温摩擦磨损性能

目的 研究环境温度对Ni质量分数为50%的TiB2-Ni复合涂层摩擦磨损性能的影响。方法 选用“壳核型”Ni包覆TiB2复合粉末,通过超音速火焰喷涂（HVOF）在304不锈钢基材表面制备TiB2-50Ni金属陶瓷复合涂层。采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了粉末、涂层与摩擦磨损表面的显微结构和物相组成,并研究了TiB2-50Ni涂层和304不锈钢基材的高温摩擦磨损性能。结果 HVOF制备的复合涂层截面呈现明显的层片结构,涂层厚度、孔隙率、显微硬度、表面平均粗糙度及界面平均结合强度分别约300.8 μm、2.3%、766.1HV、2.3 μm及22.6 MPa。高温环境下,304不锈钢基材摩擦系数波动大,且随环境温度升高,其磨损率急剧增加,而TiB2-50Ni涂层的摩擦系数及磨损率波动较小。当环境温度达600 ℃时,涂层磨损率为(2.73±0.01)×10–5 mm3/(N?m),约为304不锈钢基材磨损率（(11.07±0.01)×10–5 mm3/(N?m)）的1/4。高温环境下,TiB2-50Ni涂层的磨损机理是磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。结论 HVOF所制备TiB2-50Ni复合涂层受摩擦环境温度影响较小,具有优异的耐高温摩擦磨损性能。     

内生氧化铝颗粒增强高熵复合涂层的制备及其减摩性能的研究

目的 研究铝含量对内生氧化铝颗粒增强高熵复合涂层的组织结构及其摩擦学性能的影响.方法 在激光熔覆过程中,利用铝热反应将金属氧化物还原,并沉积在Q235钢表面,制备内生Al2O3陶瓷颗粒增强的AlxCoCrFeNi(x=0,0.3,1,1.5,2)高熵复合涂层.通过XRD、SEM、EDS、XPS、RAMAN及摩擦磨损测试仪等检测方法,研究高熵复合涂层的组织结构及其摩擦学性能.结果 涂层中含有大量弥散分布的纳米级Al2O3陶瓷颗粒.随着Al含量的增加,高熵复合涂层逐渐由FCC与BCC共存的形式转变为单相BCC的显微组织.同时,载荷为10 N时,高熵复合涂层的摩擦系数和磨损率均随着Al含量的上升而下降.Al2CoCrFeNi具有最低的平均滑动摩擦系数(0.15)和最低的磨损率(1.01×10–6 mm3/(N·m)),分别为Q235钢基体的1/4和1/38.当AlxCoCrFeNi系涂层中,当x增加至2时,磨痕表面的逐层剥落现象消失.涂层的主要磨损形式由氧化磨损和疲劳磨损转变为轻微的磨粒磨损.载荷为20 N时,Al2CoCrFeNi涂层的平均摩擦系数上升至0.325.结论 增加复合涂层中Al元素的含量可以稳定BCC相,并细化组织.同时,过量Al元素有抑制Fe元素氧化、降低摩擦表面Fe2O3含量、提高Fe3O4含量的作用,从而显著降低复合涂层的摩擦系数,并提高其减摩和耐磨性能.     

n-Al2O3/Ni复合电刷镀层滑动磨损性能

为了提高材料在含磨粒油润滑条件下的摩擦磨损性能，制备了n-Al2O3／Ni电刷镀复合镀层，采用扫描电镜观察了镀层的表面和截面组织以及纳米颗粒在复合镀层中的分布，以GCr15钢为对摩件对比了复合镀层与快速镍刷镀层以及45钢的摩擦磨损性能，并且对磨损试样表面的形貌和成分进行了分析。结果发现，纳米颗粒的加入细化了镀层组织，改善了镀层与基体的结合，提高了镀层的硬度；材料在含细沙油润滑条件下的磨损量与时间呈线性关系，复合镀层的摩擦系数和磨损量小于快速镍镀层和45钢。     

Effects of TiB2+TiC content on microstructure and wear resistance of Ni55-based composite coatings produced by plasma cladding

TiB₂-TiC reinforced Ni55 matrix composite coatings were in-situ fabricated via plasma cladding on steels using Ti, B₄C, and Ni55 as precursor materials at different proportions. Effects of TiB₂+TiC content of ceramics phase on the microstructure and wear resistance were studied. The results showed that ceramic phases TiB₂ and TiC were in-situ synthesized by plasma cladding, and the ceramic phase content significantly affected tribological performance and the wear mechanism of coatings under different loads. The composite ceramics protected coatings from further delamination wear by crack-resistance under a load of 30 N. Severe abrasive wear and adhesive wear were prevented when the load increased to 60 N because of the high hardness and strength of ceramic phases. Moreover, a compacted layer appeared on the wear surface of coatings with high content of ceramic phases, which effectively decreased the friction coefficient and wear rate. The TiB₂-TiC composite ceramics significantly improved the wear performance of metal matrix composite coatings by different mechanisms under loads of 30 and 60 N.