NiCrBSi-Mo与QSn-Ni/C涂层摩擦副摩擦磨损性能研究*

采用超音速等离子喷涂制备了NiCrBSiMo和QSn-Ni／C涂层，测试了这种摩擦副涂层的常规性能与摩擦磨损性能。结果表明，所获得的涂层孔隙率低，分别为0．82％（NiCrBSi-Mo涂层）、0．76％（QSn-Ni／C涂层），结合强度高，分别为62.2MPa、28．9MPa，两种涂层摩擦副摩擦因数（0．0043）仅为块体材料18Cr2Ni4WA与ZQPb30摩擦副（0．0093）的1／2，相应磨损量（1．1mg／h）也仪为块体材料磨损量（15．6mg／h）的1／15，显示出涂层摩擦副优异的减摩耐磨性能。     

Ni含量对Ni/AT13涂层摩擦磨损性能的影响

采用大气等离子喷涂技术在20钢表面制备Ni质量分数分别为0%、10%、30%、50%和60%的Ni/AT13复合涂层,采用QG-700型摩擦磨损试验机在室温干摩擦条件下测试了涂层的摩擦磨损性能,采用扫描电镜和XRD射线衍射仪研究了涂层的显微形貌和相组成,并研究了Ni添加量对涂层摩擦磨损性能的影响。结果表明:添加Ni后,涂层中有NiO新相生成,涂层中孔隙减少,涂层与基体的结合强度增加,显微硬度降低。涂层磨损率随着Ni含量的增加而降低,Ni的添加改善了涂层的摩擦磨损性能,其中Ni质量分数为30%时涂层摩擦磨损性能最好。     

等离子喷涂氧化锆涂层及激光重熔涂层的摩擦磨损性能

采用等离子喷涂制备了常规氧化锆涂层和纳米氧化锆涂层,并对制备的纳米氧化锆涂层进行了激光重熔处理,系统地研究了3种氧化锆涂层(常规、纳米和激光重熔涂层)在常温和高温下的摩擦磨损性能.结果表明,纳米氧化锆涂层耐磨性能明显优于常规氧化锆涂层,而激光重熔处理后的纳米氧化锆涂层在常温和高温下,都表现出最低的摩擦系数和最好的耐磨性能.这3种涂层的表面粗糙程度、涂层孔隙率和裂纹状况明显不同,从而表现出不同的摩擦磨损特性;说明纳米粉末等离子喷涂结合激光重熔技术是提高氧化锆涂层性能的有效方法.     

不同热喷涂技术制备镍基涂层的摩擦磨损性能

利用超音速火焰喷涂技术和低压等离子喷涂技术，在铜基体上制备镍基涂层，研究涂层在室温下的摩擦磨损特性，探讨涂层的磨损机理。结果表明，HVAF制备的镍基涂层具有较好的耐磨性，主要原因是在涂层中存在Ni3B、M23C6、M7C3等硬质相，其磨损机理为磨粒磨损，而低压等离子喷涂技术制备的镍基涂层组织出现大量的非晶态，硬度低，磨损机理为磨粒磨损和疲劳磨损的综合作用，并以疲劳磨损为主。     

热处理对10%Ni-AT13涂层摩擦磨损性能的影响

采用等离子喷涂技术在45钢基体上制备10%Ni-AT13复合涂层,利用QG-700型球-盘式摩擦磨损试验机在室温干摩擦条件下对其进行了摩擦磨损试验;利用显微硬度计、万能拉伸试验机、扫描电镜(SEM)及X射线衍射仪(XRD)等对涂层的力学性能、微观组织进行了表征分析,并研究了去应力退火(300℃保温3 h)对10%Ni-AT13涂层性能的影响。结果表明:涂层呈典型的层片状结构分布,由熔融区和半熔区组成,涂层与基体之间的结合良好;XRD结果显示涂层有新相Al_2TiO_5和Ni_2O_3生成,退火对涂层的组织成分无影响;与退火前相比,涂层的力学性能得到明显的提高,其中结合强度提高了78.7%、显微硬度提高了43.6%、断裂韧性提高了64.1%;退火后,在摩擦过程中摩擦系数高低变化不大,但波动性减小;涂层的磨损率比退火前小,耐磨性得到了提高。     

等离子喷涂40%ZrO2-Al2O3-13%TiO2陶瓷涂层及其摩擦磨损性能研究

以Al2O3-13%TiO2粉末和ZrO2粉末为原料,采用等离子喷涂法在20钢基体上制备了40%ZrO2-Al2O3-13%TiO2陶瓷涂层,观察了涂层的微观形貌,在室温干滑动摩擦条件下对涂层和20钢基体进行摩擦磨损实验,对比了二者的摩擦系数和磨损形貌,并分析了磨损机理。结果表明:涂层内部结合紧密,且以机械结合为主;涂层的摩擦磨损性能优于20钢基体,其磨损机理为微观断裂引起的剥落磨损。     

等离子喷涂ZrO2/Al2O3陶瓷涂层的摩擦磨损性能

采用等离子喷涂技术在20钢基体上制备不同ZrO2含量的ZrO2/Al2O3陶瓷涂层,在QG–700型高温气氛摩擦磨损试验机上测试了涂层的室温干滑动摩擦磨损性能,用JSM–5160LV型电镜(SEM)对涂层磨损表面和磨屑进行微观形貌观察。结果表明:40ZAT涂层的摩擦学性能较10ZAT与20ZAT涂层的有所改善;ZrO2含量对等离子喷涂ZrO2/Al2O3陶瓷涂层的磨损性能具有一定的影响;涂层的磨损机理为微观断裂引起的剥落磨损。     

热喷涂工艺对涂层摩擦磨损性能的影响

采用超音速火焰喷涂和爆炸喷涂法在金属表面制备了WC-Co单层涂层和NiCrAl／WC-Co梯度涂层，对涂层的室温干摩擦磨损性能进行了测定和分析。结果表明，超音速火焰喷涂WC-Co单层涂层具有最好的综合磨损性能。梯度涂层较好的结合力对摩擦磨损性能的影响只有在轻载时表现明显。涂层中原有的孔隙和摩擦过程中形成的孔洞可以在一定程度上减轻磨损，而不同条件下形成的磨屑对涂层的摩擦性能亦有较大影响。     

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。     

火焰喷涂经1010／石墨复合涂层摩擦,磨损性能的研究

借助Ａｍｓｌｅｒ２０００磨损试验机等,对火焰喷涂尼龙１０１０／石墨复合涂层的摩擦磨损进行了研究,结果表明：该复合涂层较纯尼龙龙涂层更加优异的耐磨、减摩性能,在１．２ｍｓ＾－１,１２００Ｎ时,与４５钢的摩擦因数小于０．０５,１ｈ内磨损量低于１．２ｍｇ。     

4Cr13钢基表面SiC/Ta复合涂层的制备及摩擦磨损性能

针对马氏体不锈钢的表面耐磨性不能满足应用需求,且在钢基表面直接制备Si C涂层会产生与基体结合不良的问题,采用双辉等离子表面冶金技术在4Cr13马氏体不锈钢表面制备SiC/Ta复合涂层,对涂层的组织结构、表面硬度、结合强度和摩擦磨损性能进行研究。结果表明,所制备的SiC/Ta复合涂层厚5~6μm,由SiC、Ta、Ta_2C和TaC相构成。SiC/Ta/基体各层间以扩散连接,与基体结合良好。经双辉等离子表面冶金技术处理后,表面显微硬度由基材的279 HV_(0.2)提高到1 738 HV_(0.2)。4Cr13不锈钢的摩擦学性能也得到明显改善,摩擦因数比基材的平均摩擦因数降低了0.32,磨损率是基材磨损率的4%。     

磁场环境中的Mo-W喷涂层摩擦磨损性能

采用超音速等离子喷涂技术在45CrNiMoVA钢表面制备了Mo-W合金涂层,并与6061铝合金组成摩擦副,进行了磁场环境下的摩擦磨损试验。通过场发射扫描电镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)分析涂层组织;采用X射线衍射仪分析涂层相组成;在不同磁感应强度(B)下测试了涂层显微硬度、表面氧浓度和表面温度。结果表明:随着磁感应强度的增加,Mo-W涂层的摩擦因数降低,磨损量有小幅减小。摩擦副表面的温度比不加磁场时有10~20℃的温升。磁场的施加对Mo-W涂层显微硬度值不会造成影响。Mo-W涂层磨损表面的氧含量随B的增加而变大。磨屑主要由表面覆有Al_2O_3的Mo-W合金微粒和Al_2O_3微粒组成,磨屑粒径随着B的增加逐渐变小。磁场在Mo-W涂层与6061铝合金的摩擦中主要有两个作用:一是提高摩擦副间的氧浓度,促进氧化磨损;二是使磨粒细化,降低摩擦因数。     

滑动频率对超音速等离子喷涂Mo涂层载流摩擦磨损性能的影响

目的 提高45NiCrMoVA钢的高频载流摩擦磨损性能。方法 采用超音速等离子喷涂技术在表面制备Mo涂层,通过红外热成像仪、高速摄像机记录载流摩擦实验中的温度分布、起弧率和电弧形貌。采用载流摩擦磨损试验机、三维形貌仪测算涂层的摩擦系数、稳定性系数、磨痕轮廓和磨损率。利用场发射扫描显微镜、X射线能谱分析仪、X射线衍射仪对磨痕、磨屑进行分析。结果 当滑动频率由5 Hz提升至20 Hz时,起弧率由1.13%提升至8.24%,造成的电弧烧蚀区面积逐渐扩大。载流摩擦过程中表面的温度变化明显受滑动频率与实验时间的影响,各组均在300 s时达到最高温度,范围为63.3~91.7 ℃。随滑动频率的增加,涂层的摩擦系数及稳定性系数呈先下降后上升趋势,15 Hz时,两者值达到最小,为0.337（平均摩擦系数）和1.443。磨损率同样随滑动频率的增加呈先下降后上升趋势,10 Hz时达到最小,为66.6×104 μm3/(N?m);当频率大于15 Hz时,磨痕深度、宽度大幅增加。结论 摩擦膜可以降低摩擦副间的粘着倾向,提高运动稳定性,其形成与破裂受表面温度、材料屈服强度等多方面因素的影响,是导致摩擦系数变化的主要原因。载流摩擦除机械损耗外,还存在电气损耗及电气-机械共同损耗。高频率下,电弧烧蚀现象明显,同时加剧了粘着磨损、氧化磨损、层片剥落及磨粒磨损,导致磨损率较高。     

电弧喷涂铁基非晶涂层摩擦磨损性能分析

采用电弧喷涂技术在低碳钢基体上制备Fe-（Cr,Ni）-（C,B）系非晶合金涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和差热分析仪对涂层的相组成、微观组织和热稳定性进行了分析,用MRH-3型高速环块磨损试验机研究涂层的干摩擦磨损行为.结果表明,涂层中含有一定量的非晶相,呈典型的热喷涂层状组织结构,孔隙率较低;涂层具有良好的热稳定性,在500℃以下使用不会发生晶化转变;涂层具有较高的显微硬度和优异的摩擦磨损性能,平均显微硬度为1 155 HV0.1,相同试验条件下,涂层的相对耐磨性能约为Q235钢的13.3倍,涂层的磨损机制主要以疲劳磨损为主.     

退火热处理对Cr3C2-FeCrBSi涂层摩擦磨损性能的影响

目的 针对冷轧辊表面的循环应力、摩擦磨损的特殊服役环境,设计空气燃料超音速火焰喷涂(HVAF)制备Cr3C2-FeCrBSi复合涂层来提高工件表面的硬度和耐磨性。方法 利用HVAF技术在冷轧辊用合金钢板表面制备不同尺寸陶瓷颗粒混合的Cr3C2-FeCrBSi的复合涂层,并在600、700、800 ℃进行退火处理后得到退火态涂层。利用XRD、SEM、显微硬度计、电子拉伸试验机、盘式摩擦磨损试验机和接触疲劳试验机,考察了不同陶瓷含量和不同退火温度下涂层的相组成、组织结构、机械性能、摩擦磨损性能和接触疲劳失效形式。结果 喷涂态涂层的显微硬度、结合强度随着Cr3C2含量的增加先上升后下降。当陶瓷相质量分数为10%时,复合涂层最佳,显微硬度、结合强度分别为459.6HV0.3、42.8 MPa。选取Cr3C2(质量分数10%)-FeCrBSi涂层经过退火处理后,涂层的硬度、断裂韧性、抗磨损性能均有提升,其中摩擦因数由原先的0.89降低至0.80~0.75。此外在700 ℃下退火3 h得到的涂层,显微硬度可达490.3HV0.3,断裂韧性由2.81 MPa∙m^1/2提升至3.15 MPa∙m^1/2,磨损率为6.80×10^‒14 m³/(N.m),与喷涂态涂层相比,磨损率降低了15%。喷涂态、退火态涂层的磨损机制均为磨粒磨损。接触疲劳试验结果表明,退火态复合涂层的接触疲劳失效形式主要有剥落和分层,同时剥落失效情况下涂层的接触疲劳寿命更长,可达2.07×10⁵转。结论 Cr3C2-FeCrBSi复合涂层良好的抗磨损和耐接触疲劳性能主要取决于Cr3C2硬质耐磨颗粒的加入。而退火热处理可以促进涂层向平衡态的转变、同时析出的二次碳化物(Cr, Fe)7C3起到沉淀强化的作用,使得退火态涂层具有更好的抗摩擦磨损性能。     

CrN涂层对中碳轴承钢摩擦磨损性能的影响

为了改善钟形壳用中碳轴承钢的耐磨性能,采用磁控溅射技术在中碳轴承钢表面制备了CrN涂层。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机等对比分析了有无涂层的中碳轴承钢的微观形貌、力学性能和摩擦磨损性能。结果表明:中碳轴承钢热处理后的组织为回火马氏体,硬度为589. 2 HV0. 5,表面沉积CrN涂层后,硬度达到了756. 9 HV0. 5。该涂层由CrN和Cr_2N相构成,结构致密,厚度约5. 891μm。在相同摩擦磨损条件下,涂层试样比无涂层试样的磨损量减少了约35. 6%。涂层试样的主要磨损机制为氧化黏着磨损,而无涂层试样则为氧化黏着磨损和磨粒磨损。     

等离子喷涂纳米ZrO_2涂层的摩擦磨损性能研究

采用等离子喷涂法在钛合金(TC4)基体上制备纳米陶瓷涂层。研究了烧结型陶瓷、纳米陶瓷和纳米球化陶瓷涂层的微动摩擦磨损性能。结果表明:在微动磨损滑移区、不同载荷水平下,三种涂层均呈现相同的耐磨性规律,耐磨性能由好到差的顺序为纳米球化陶瓷纳米陶瓷烧结型陶瓷。     

水热腐蚀老化对热障涂层的摩擦磨损性能的影响

海洋环境下,热障涂层因水蒸气的作用发生水热腐蚀老化,同时还承受高温气流冲蚀带来的摩擦磨损破坏。本文采用大气等离子喷涂技术在单晶合金N5上制备了带有NiCrAlY粘结层和8YSZ面层的热障涂层,并使用MFT-5000摩擦磨损试验机测试了热障涂层在水热腐蚀老化后的摩擦磨损行为,同时通过XRD与SEM对涂层腐蚀后的物相构成与磨损形貌进行了分析。结果表明,水热腐蚀老化会使YSZ陶瓷发生四方相至单斜相的相变,且单斜相主要在ZrO₂晶界处萌生,引起晶粒间结合强度降低,导致涂层耐磨性能降低。在高温氧化环境及高温氧化-低温水热老化交变环境下,涂层的磨损机制为脆性断裂引起的片层剥离,同时还伴有磨粒磨损和黏着磨损;而在低温水热环境下涂层的磨损机制为微断裂引起的晶粒剥离。     

电弧喷涂NiAl涂层摩擦磨损性能研究

利用双丝电弧喷涂技术在6061 -T6铝合金基底上制备了NiAl-95/05和NiAl-80/20两种不同成分的镍铝涂层.采用扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)、显微硬度计等设备对两种涂层的微观组织结构及特性进行对比分析,并采用滑动摩擦和滑动磨损试验方法,研究了两种涂层的滑动摩擦磨损性能.结果表明,两种涂层均与基体结合紧密,无裂纹;NiAl-95/05涂层中的主相为(Ni)固溶体,而NiAl-80/20涂层中主要组成相为Ni3Al和NiAl; NiAl-95/05涂层和NiAl-80/20涂层显微硬度的平均值分别为219 HV和312 HV.摩擦磨损试验结果表明,在干态和水润湿条件下,NiAl-80/20涂层的滑动摩擦系数较大;而在油润湿条件下,两种涂层的滑动摩擦系数基本相等;显微硬度和滑动摩擦系数共同决定了涂层的滑动磨损性能,NiAl-80/20涂层的滑动磨损性能明显优于NiAl-95/05涂层.