纳米Al2O3/Ni复合电刷镀层的微动磨损特性

利用电刷镀技术制备了纳米Al2O3/Ni复合镀层,研究了镀层与GCr15摩擦副从室温到500℃的微动磨损特性,并采用扫描电子显微镜观察了磨痕微观形貌.结果表明:镀层的微动运行区域包括部分滑移区、混合区和滑移区;在微动初期迅速增大的摩擦因数在稳定阶段有所降低;随着试验温度的上升,摩擦因数显著降低,但当试验温度为500℃时,摩擦因数又有所上升;复合电刷镀层的显微硬度随温度升高而显著下降,导致其抗磨损性能降低.复合电刷镀层在室温下的微动损伤主要表现为剥层,而在200℃以上时主要表现为剥层和粘着.     

类金刚石表面改性C/C复合材料的摩擦磨损性能

采用等离子体增强化学气相沉积法在C/C复合材料基底表面制备了不同厚度的类金刚石（DLC）表面改性膜;用球-盘对磨的方式测试了C/C复合材料基底和DLC膜在干态下的摩擦磨损性能。结果表明:制备的表面改性膜具有典型的DLC结构特征,均匀致密;随着沉积时间的延长,DLC膜厚度逐渐增大,膜基结合强度依次减小;C/C复合材料基底的平均摩擦因数为0.285 8,磨损率约为1.6×10^-4mm³·N^-1·m^-1,表面改性膜的摩擦因数较基底有较大程度的降低,在0.08～0.27之间,磨损率也降低了1～2个数量级,且沉积时间越长其摩擦因数越小、磨损率越低。     

TC4合金表面双阴极等离子溅射沉积NbTiN2涂层的摩擦磨损性能

采用双阴极等离子溅射沉积技术在TC4合金表面制备了NbTiN₂涂层,研究了涂层的物相组成、微观形貌、硬度、与基体的结合情况以及摩擦磨损性能。结果表明:NbTiN₂涂层具有很强的(220)晶面择优取向特点;涂层表面质量良好,无明显缺陷,厚度约为10μm,平均硬度为2 478.46 HV,约为基体的6倍,涂层划痕试验的临界载荷为68.5 N,涂层与基体结合良好;在2～5 N载荷、室温下涂层的摩擦因数低于基体,磨痕比基体窄,磨损率比基体低一个数量级,涂层的主要磨损机制是疲劳磨损;500℃下涂层的摩擦因数较室温高,磨痕更窄更浅,磨损率较低,磨损机制为黏着磨损和氧化磨损,涂层表现出更好的耐磨性能。     

CrN和CrN/Ag涂层的真空高温摩擦磨损性能*

为改善涂层在真空、高温等苛刻条件下的摩擦学性能,利用中频直流磁控溅射技术在硅片和316L不锈钢上沉积了CrN和CrN/Ag涂层,利用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪对涂层的成分及相结构进行了表征,通过划痕测试仪、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机测试了涂层的力学及摩擦学性能。结果表明：添加Ag元素以后,CrN/Ag涂层硬度及承载能力有所减小,但结合强度增加;真空高温环境下CrN与CrN/Ag涂层摩擦因数随温度升高呈下降趋势,其中CrN涂层通过软化镀层减小剪切强度和阻力,从而减小摩擦因数,CrN/Ag涂层主要通过高温产生的热驱动力诱导表面Ag润滑膜的形成来减小摩擦因数;CrN涂层依靠自身剪切特性参与摩擦,而CrN/Ag涂层在真空高温下具有自润滑和持续润滑性能,作为自润滑零部件具有潜在的应用价值。     

碳/碳复合材料的载流摩擦磨损性能及机理

在高速载流摩擦磨损试验机上对碳/碳复合材料进行摩擦磨损试验,研究了不同电流、载荷和滑动速度下复合材料的摩擦因数、磨损率及磨损表面形貌,并分析了磨损机理。结果表明:在一定载荷作用下,随电流和滑动速度增大,碳/碳复合材料的摩擦磨损性能先保持良好而后趋于恶化;在电流和滑动速度一定的条件下,较低和较高的载荷都会恶化碳/碳复合材料的摩擦磨损性能;随着摩擦表面温度升高,碳/碳复合材料基体开始氧化流失,碳纤维脱落形成磨屑,从而导致磨粒磨损;随后摩擦表面的高温使磨屑软化,磨屑在机械应力作用下逐渐被碾压成碳膜,形成粘着磨损;磨损表面温度的进一步升高以及高速冲击的作用破坏了碳膜的完整性,从而恶化了碳/碳复合材料的摩擦磨损性能。     

影响PS304高温固体润滑镀层性能因素的分析

为了减少在25～850℃工况下因滑移接触造成的摩擦和磨损,美国NASA格林研究中心开发了由镍铬合金、铬氧化物、氟化物和银组成的高温固体润滑PS304镀层。本文主要分析了组份、热处理和基体材料对PS304性能的影响：PS304复合镀层在较大温度范围内适用于不同材料的基体,在空气中经过高温短时间或中温长时间的热处理后,减少了镀层粒子间的残余热应力,提高了镀层的内聚强度和镀层与基体的结合强度。     

Ti-Ag/TiN-Ag和Ti-Cu/TiN-Cu镀层在脂润滑下的载流摩擦学性能

采用多弧离子镀技术分别制备了Ti-Ag/TiN-Ag和Ti-Cu/TiN-Cu镀层,同时制备了以石墨烯为导电填料和聚乙二醇聚丙二醇单丁基醚(PAG)为基础油的导电润滑脂(GLG).用HFT-R4000高速往复载流摩擦磨损试验机研究了镀层在载流润滑条件下的摩擦磨损性能,镀层和磨痕表面用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDS)和拉曼光谱仪(Raman)进行观察和分析.结果 表明,铜(Cu)原子分数为3％时,Ti-Cu/TiN-Cu镀层在脂润滑下具有较好的抗磨减摩及电腐蚀性能;银(Ag)原子分数为3％时,Ti-Ag/TiN-Ag镀层在脂润滑下展现出更好的电流稳定性,这归因于镀层、润滑脂和电流产生的热在表面形成了复杂的保护膜,提高了摩擦副的减摩和抗磨作用.     

高速电弧喷涂Fe-Al涂层在高温磨损中的摩擦氧化行为

采用滑动磨损试验方法,研究从室温(23℃)至650 ℃高速电弧喷涂Fe-Al金属间化合物涂层的摩擦氧化行为。结果表明,高温下Fe-Al涂层滑动摩擦因数降低的主要原因是磨损面发生摩擦氧化反应,形成了具有固体润滑作用的氧化物保护层,该保护层由Al2O3、Fe3O4及Fe2O3组成。氧化物保护层形成的机制是磨屑的动态氧化和微区热压烧结。涂层的扁平颗粒在摩擦磨损过程脱落成为磨屑;随着滑动摩擦磨损的进行,在Si3N4球的反复碾压及摩擦热的共同作用下,磨屑将不断地发生断裂、碎化及动态氧化而成为氧化物粉状屑,并通过微区热压烧结方式形成氧化物层,覆盖于磨损涂层表面。在高温下Fe3Al和FeAl金属间化合物相具有较高的强度和硬度,能有效地抵抗较高硬度的Si3N4球的压入及微犁削,使磨损面上的氧化物保护层不易开裂和脱落。     

TiN/Ti涂层在波箔轴承中的摩擦磨损性能

采用真空离子镀的方法在304不锈钢基体上喷涂厚度为3μm的TiN/Ti薄层,利用硬度计、三维形貌仪、划痕试验仪对涂层基本力学性能进行分析,通过球盘试验机分析涂层试样的摩擦磨损性能,根据波箔轴承性能测试实验台的测试结果:研究TiN/Ti涂层对基体表面耐磨减摩性能的影响。研究结果表明:TiN涂层硬度可达HV1 500,是基材硬度的5.5倍;TiN/Ti涂层平均摩擦因数为0.23,相对不锈钢304基材的平均摩擦因数0.71,降低了68%,磨损量也仅为基材的18.75%;GCr15与PTFE对磨的最大摩擦力矩可达2.4 N·mm,而TiN/Ti与PTFE对磨的最大摩擦力矩仅为1 N·mm,仅为GCr15的41.7%。TiN/Ti涂层表现出了优异的承载能力和耐磨减摩性能。     

高温下轴向柱塞泵滑靴副干滑动摩擦磨损性能*

采用Rtec摩擦磨损试验机模拟不同温度、载荷和转速等工况,研究轴向柱塞泵滑靴副在高温下干滑动的摩擦学规律。通过试验测得的摩擦因数、磨损体积和借助白光干涉三维表面轮廓仪所测得的表面形貌以及磨痕截面曲线,分析其润滑行为及摩擦磨损规律。结果表明：高温下滑靴副的摩擦因数随温度和转速的增大逐渐减小,随载荷的增大而增大;磨损体积随温度的升高先增大后减小,随载荷的增大逐渐增大,随转速的增大先减小后增大;温度和载荷对高温下磨痕的深度影响显著,转速对磨痕的深度和宽度都有影响。研究表明：在高温条件下,在温度为300 ℃、载荷为50 N、转速为75 r/min工况下滑靴副的减摩抗磨效果最好。     

Ni-Si3N4复合电镀工艺与耐磨性研究

研究了镀液Si3N4浓度，阴极电流密度、pH值、温度和搅拌方式等工艺参数对Ni—Si3N4复合镀层微粒含量和镀层硬度的影响，在盘销摩擦磨损实验机上对镀层进行了磨损实验。通过实验确定了Ni-Si3N4复合电镀的最佳工艺。结果表明：随着Si3N4共析量的增多复合镀层硬度提高，耐磨性增强；在浸油润滑的条件下，复合镀层的摩擦因数低于纯镍镀层，复合镀层的磨损量小于普通镀镍层。磨痕表面观察表明复合镀层的磨损以磨料磨损为主。     

高频感应熔覆NiTiFe合金涂层摩擦学性能研究

为增强金属材料表面的耐磨性能,采用高频感应熔覆技术,在HT300基底表面制备出NiTiFe合金涂层;利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计和X射线衍射仪(XRD)对NiTiFe合金涂层的微观组织、元素组成、硬度、相组成和与基底的结合情况进行表征与分析;通过摩擦磨损试验机对涂层的摩擦学性能进行测试,对其摩擦磨损机制进行分析。结果表明：涂层组织致密,无裂缝和空隙,成型质量良好,平均厚度达到0.7 mm,与HT300基底实现了冶金结合;涂层中主要包含Fe2Ti、Fe6.94Ti0.36和Ni3Fe三种相,Fe元素的加入使涂层的晶格发生畸变,硬度提高,平均硬度达到997.36HV,约为HT300基底平均硬度值的5倍。通过摩擦磨损试验发现,试验前期,NiTiFe合金涂层与对摩副之间的摩擦因数较低,维持在0.2左右,对摩副的失效导致摩擦副之间的接触形式发生改变,摩擦因数产生阶跃;随着载荷的增加,涂层上呈现的磨痕宽度在不断增加,对摩副由于磨损造成的材料去除后暴露出的面积也在不断增大。摩擦磨损试验后,NiTiFe合金涂层摩擦表面光滑平整,仅出现了轻微的磨粒磨损,磨损体积远小于对摩副...     

碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料摩擦磨损性能及抗摩擦静电特性研究

利用真空热压烧结技术制备了不同碳纤含量的碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料,采用热导率分析仪和热重测试仪对材料的热学性能进行表征,并利用多功能摩擦磨损试验机、三维形貌轮廓仪、扫描电子显微镜和摩擦静电计对材料的摩擦磨损性能和抗摩擦静电性能进行分析。分析结果表明：随着CF添加量的增加,复合材料摩擦因数、磨损率和摩擦静电电压先降低后升高,当CF添加量(质量分数)为20%时,摩擦因数、磨损率和摩擦静电电压达到最低,分别为0.247、5.6×10^-6 mm/(N·m)和3.3 V,证明此种方法制备的20%CF/PEEK材料具有优异的摩擦磨损性能和抗静电性能。CF/PEEK复合材料磨损机理以黏着磨损为主,并且伴随着轻微的磨粒磨损。     

真空退火对磁控溅射CuS-MoS2涂层润滑性能的影响

为提高MoS2润滑涂层承载力和抗湿性能,使用磁控溅射技术制备CuS掺杂MoS2复合涂层,并对制备涂层进行220、320和420℃真空退火处理,以发挥CuS与MoS2协同润滑作用。采用场发射扫描电子显微镜、激光拉曼光谱分析涂层结构,通过洛氏硬度压痕试验、摩擦磨损试验和纳米压痕试验对涂层性能进行分析。实验结果表明:随CuS靶溅射功率提高,涂层中出现颗粒长大和CuS结晶化趋势,且CuS掺杂抑制了MoS 2形核长大,涂层膜-基结合力有所下降;真空退火处理后CuS-MoS2复合涂层表面发生分解,厚度明显降低,MoS2(002)相形核长大,摩擦学性能得到提升;320℃退火处理后涂层在常温和RH70%大气环境下获得最低平均摩擦因数0.08,纳米硬度达到5.64 GPa,并具有较好的耐磨损性能。研究认为由于CuS受热分解导致复合涂层结构和成分变化,生成了有利于发挥CuS与MoS2协同润滑效应的微晶相,使得涂层润滑性能得到明显提升。     

Friction and Wear Behavior of Steels under Different Reciprocating Sliding Conditions

The friction and wear behavior of ISO 100Cr6 steel ball sliding against conventionally hardened carbon and low-alloy steels was studied. The effect of hardness, hardening capacity, normal load, and sliding speed on the coefficient of friction and friction energy was investigated. Friction tests were carried out, without lubrication and under ambient conditions, on a reciprocating friction tester in which a ball-on-flat contact configuration was adopted. The results showed that there is a relative tendency for the friction properties to decrease with increased hardening capacity and decreased hardness. The results showed that increasing normal load decreases the coefficient of friction for the two steel nuances. However, increasing sliding speed increases the coefficient of friction of low-alloy steel and decreases the coefficient of friction of carbon steel. The oxidation of wear debris influences the wear mechanisms and friction behavior.     

氮气流量比对CrN涂层结构及摩擦磨损性能的影响

采用直流磁控溅射技术在不同氮气流量比下在YG6基体上制备CrN涂层,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)分析涂层相组成、涂层形貌与涂层元素成分,利用数字式显微硬度仪、划痕仪测定涂层硬度与涂层结合力,在摩擦磨损试验机考察涂层摩擦学性能。结果表明:氮气流量比(氮气流量占气体总流量的比例)为20%、30%时,CrN/YG6涂层结构相对疏松,呈柱状生长;氮气流量比为40%、50%时,CrN/YG6涂层结构较致密,呈三角颗粒状生长;随氮气流量比增大,涂层硬度先增大后减小,当氮气流量比为40%时达到最大值HV1 752.5;CrN涂层的摩擦因数随氮气流量比的增大变化不大,但磨损率先增大后减小再增大,当氮气流量比为40%时达到最小值2.03×10~(-8)mm~3/(N·mm)。研究表明,当氮气流量比为40%时,所制备的CrN涂层具有良好的综合性能。     

Friction and wear of tribofilms formed by zinc dialkyl dithiophosphate antiwear additive in low viscosity engine oils

Friction and wear characteristics of low viscosity SAE 5W-20 engine oils containing different amounts of phosphorus were studied using two different test devices. One was a laboratory high frequency reciprocating rig (HFRR) testing new and used oils at low and elevated temperatures. A direct acting mechanical bucket (DAMB) sliding valvetrain bench test apparatus was used to measure the friction and wear performances of fresh engine oils containing 0, 0.05 and 0.1 wt% phosphorus for a cam lobe rubbing against a tappet insert. The tester was coupled with a radioactive tracer machine (RTM). The results show that in the region of low phosphorus concentration, friction is inversely correlated to temperature. The friction coefficient slightly drops with increasing temperature and increases with increased phosphorus concentration at elevated temperatures. Significant wear is produced at phosphorus concentrations lower than 0.02 wt% at most temperatures. Friction and wear are reduced with the addition of supplemental antiwear additives. MoDTC reduces wear more effectively than ZnDTC in the presence of ZDDP.     

惯性制动条件对铜-石墨材料摩擦性能及第三体的影响

采用粉末冶金技术制备铜-10%石墨烧结材料,通过GF150D型摩擦试验机,在干摩擦状态及制动压力为0.51 MPa的条件下,研究不同制动方式对材料摩擦磨损性能的影响。结果表明,采用从高速到低速分段制动方式(摩擦方式A)时,随着制动速度降低,摩擦表面形成的致密第三体破碎、剥落,机械啮合力增加,摩擦因数提高;同时,摩擦表面温度下降,基体强度提高,磨损率降低。采用从高速到低速连续制动方式(摩擦方式B)的摩擦因数和磨损量均大于摩擦方式A。     

Effect of Temperature on the Dry Sliding Friction and Wear of Rice Bran Ceramics against Different Counterpart Materials

In this study, we investigated the effect of temperature on the friction and wear of rice bran (RB) ceramics, a hard porous carbon material made from rice bran, sliding against alumina, stainless steel, and bearing steel balls under dry conditions. Friction tests were performed using a ball-on-disk-type friction tester wherein a ceramic heater was installed in the rotational stage. The surface temperature of the RB ceramic disk specimens was controlled at 20, 100, 150, or 200°C. The normal load was 1.96 N, sliding velocity was 0.1 m/s, and number of cycles was 20,000. The effect of surface temperature on the friction and wear of RB ceramics substantially differed among the ball material types. The friction coefficient for the RB ceramics sliding against an alumina ball decreased with increasing temperature and exhibited an extremely low value (0.045) at 200°C. The friction coefficient in the case of the RB ceramics sliding against a stainless steel ball exhibited a stable value as the temperature was increased to 150°C and slightly decreased as the temperature was increased further, reaching a low value of 0.122 at 200°C. The friction coefficient for the RB ceramics sliding against bearing steel ball drastically increased with increasing temperature, reaching 0.381 at 200°C. The specific wear rate of the RB ceramics increased with increasing temperature; it was lowest when sliding against alumina and highest when sliding against bearing steel. The wear of the alumina ball was the lowest and that of the bearing steel ball was the highest under all investigated temperature conditions. On the basis of these results, we concluded that alumina is a promising counterpart material for RB ceramics sliding at high temperatures (≤200°C).