Cr_3C_2-Ni-Ti_3SiC_2新型减摩复合材料的高温摩擦学行为

采用粉末冶金工艺制备一种新型Cr3C2-Ni-Ti3SiC2减摩材料,并研究Ti3SiC2添加量对其与GCr15摩擦副在400℃大气环境下摩擦学行为的影响。结果表明:在高温摩擦场的作用下,复合材料中的Ti3SiC2能够诱发形成具有良好减摩作用的摩擦氧化膜,不仅可以降低摩擦副的摩擦因数,避免摩擦因数的较大波动,而且能够显著降低摩擦系统的总磨损率,对摩擦偶件起到极好的保护作用。当Ti3SiC2含量(质量分数)分别为2.5%、5.0%、7.5%和10%时,复合材料的摩擦因数比未添加Ti3SiC2的Cr3C2-Ni金属陶瓷的摩擦因数分别下降5.3%、15.8%、26.3%和13.2%,摩擦副的总磨损率也下降了一个数量级;同时,摩擦偶件的磨损率也由3.5×10-5 mm3/(N·m)逐步下降到9.8×10-7 mm3/(N·m)。     

MoS2/Ti3SiC2层状复合材料的制备

采用热压烧结方法制备MoS2/Ti3SiC(2MoS2质量分数为2%)的层状复合材料。研究了不同烧结温度对烧结试样性能的影响。研究表明,在1400℃,30MPa压力和保温2h条件下,可以得到致密度达99%以上的MoS2/Ti3SiC2复合材料;在Ti3SiC2中添加MoS2后,烧结温度越高维氏硬度越大;在1400℃,烧结试样维氏硬度达6220MPa,高于纯Ti3SiC2材料的4000MPa;MoS2有良好的导电性能,使得烧结试样的电导率比较高,在1400℃,烧结试样电导率达9.68×106S.m-1,是纯Ti3SiC2材料的2倍。     

MoS2/Ti3C2Tx对磷酸盐涂层宽温域摩擦学性能的影响

目的 以MoS2/Ti3C2Tx为固体润滑剂,在25(室温)~400 ℃下制备具有优异摩擦学性能的MoS2/Ti3C2Tx磷酸盐涂层,并研究它在不同温度下的减摩抗磨机制。方法 以氢氟酸为MAX相(Ti3AlC2)粉体的蚀刻剂,制备具有“手风琴”形貌的Ti3C2Tx MXene。以硫脲、钼酸铵、MXene为原料,制备MoS2/Ti3C2Tx复合材料。以Al(H2PO4)3为黏结剂,以CuO为固化剂,分别以Ti3C2Tx和MoS2/Ti3C2Tx为固体润滑剂,制备Ti3C2Tx磷酸盐涂层和MoS2/Ti3C2Tx磷酸盐涂层。通过高温摩擦磨损试验机和光学数码显微镜测试涂层在25~400 ℃时的摩擦因数和磨损率,采用扫描电子显微镜和显微共焦激光拉曼光谱仪分析磨痕表面形貌、物相,进而探讨磨损机理。结果 当Ti3C2Tx与Al(H2PO4)3的质量比为2∶1时,Ti3C2Tx磷酸盐涂层在室温(25 ℃)下的摩擦因数和磨损率均最低,分别为0.38和2.75×10⁻⁴ mm³/(N.m)。在Ti3C2Tx表面负载MoS2,将MoS2/Ti3C2Tx作为固体润滑剂,能够显著降低磷酸盐涂层在25~400 ℃下的摩擦因数,同时磨损率也有所降低。MoS2/Ti3C2Tx磷酸盐涂层在室温下的摩擦因数低至0.11,相较于Ti3C2Tx磷酸盐涂层降低了71.1%,其磨损率相较于Ti3C2Tx磷酸盐涂层降低了1个数量级。在25~400 ℃范围内,MoS2/Ti3C2Tx磷酸盐涂层的摩擦因数均低于0.21。随着温度的升高,摩擦因数呈先减小后增大的趋势,磨损率整体上呈增大趋势。结论 相较于Ti3C2Tx磷酸盐涂层,MoS2/Ti3C2Tx磷酸盐涂层在25~400 ℃下的摩擦学性能均得到显著提升。     

磁控溅射NiCrAlY/MoS2复合薄膜结构与性能研究

目的 通过离子源复合磁控溅射技术,制备宽温域耐磨减摩性能良好的NiCrAlY/MoS2复合薄膜.方法 采用离子源复合磁控溅射技术制备了NiCrAlY/MoS2复合薄膜,研究不同MoS2掺杂量对薄膜结构、力学性能和不同温度氧化热处理后摩擦学性能的影响.采用能谱仪(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对薄膜元素含量、组织结构和相结构进行分析.通过显微硬度计、洛氏硬度计、球-盘式摩擦磨损试验机、3D轮廓仪及高温氧化试验,对复合薄膜硬度、膜/基结合力、摩擦磨损性能和抗氧化性能进行分析.结果 NiCrAlY及NiCrAlY/MoS2复合薄膜以柱状晶结构生长,物相结构主要由Ni3Al、Ni-Cr和MoS2组成.随着MoS2含量的增加,薄膜柱状晶尺寸增加,致密度下降,薄膜硬度从503HV逐渐降到336HV.复合膜具有良好的膜/基结合力,结合力达到HF1级水平.掺杂MoS2可以明显提高复合薄膜的摩擦学性能,当MoS2掺杂量达到48.1％～69.8％时,NiCrAlY/MoS2复合薄膜在室温下具有良好的耐磨减摩性能,其摩擦因数降低至0.038～0.09,磨损率比NiCrAlY薄膜降低1个数量级以上,达到2.14×10–6 mm3/(N·m).对NiCrAlY和NiCrAlY-48.1％MoS2复合薄膜进行400℃和500℃高温氧化试验,复合薄膜氧化形成NiO、Al2O3、MoO3相,经过氧化后复合薄膜仍具有良好的耐磨性能,400℃氧化后复合薄膜磨损率降至1.41×10–6 mm3/(N·m).结论 MoS2掺杂量对NiCrAlY/MoS2复合薄膜结构和性能有重要影响,当MoS2原子数分数为48.1％时,复合薄膜在常温以及高温氧化后均具有良好的耐磨减摩性能.     

机械合金化+烧结制备TiC/Ti3SiC2复合材料

以Ti、Si和C单质粉末为原料,采用机械合金化合成了TiC/Ti3SiC2混合粉体,并用放电等离子烧结球磨粉体制备了致密的TiC/Ti3SiC2陶瓷。结果表明,机械合金化可以合成由TiC和Ti3SiC2组成的混合粉体,同时还可以细化晶粒,促进烧结的致密化过程。在1200℃下,保温5min,加压30MPa,对机械合金化1h时的粉体进行放电等离子烧结可制备相对密度高达99.1%的TiC/Ti3SiC2复合陶瓷。     

非晶碳涂层在不同环境下的摩擦磨损行为研究

采用多源磁控溅射物理气相沉积法在单晶硅表面制备梯度变化的非晶碳涂层（类金刚石薄膜），通过调整工艺参数获得厚度在1～2μm的非晶碳涂层；采用球-盘式摩擦磨损试验机探讨了非晶碳涂层在干燥空气、水润滑和油润滑环境下的摩擦磨损行为。结果表明：非晶碳涂层的摩擦因数基本保持在0．1左右，摩擦环境的变化对涂层的磨损率影响较大；非晶碳涂层在水润滑环境中的磨损率在10^-7mm^3/Nm数量级；在干燥空气摩擦环境中具有稳定的耐磨损性能，磨损率在10^-9mm^3/Nm数量级；特别在油润滑的环境下，非晶碳涂层的耐磨损性能更加优异。     

Ti_3AlC_2材料载流摩擦磨损性能的研究

采用反应烧结技术制备了Ti3AlC2材料,研究了该材料的载流摩擦磨损性能。结果表明,随电流强度的增大,Ti3AlC2材料的摩擦系数和磨损率均呈现增加的趋势,在80 A时分别达到最大值0.47和6.3×10-6mm3/N·m。当电流为0时,磨损以氧化膜的轻微划痕和粘着磨损为主;随着电流的增加,磨损逐渐转变为以微电弧烧蚀和机械磨损为主。     

Ti3SiC2/HAp陶瓷复合材料力学性能研究

以Ti3SiC2(10%～50%,体积分数)和HAp粉为原料,采用等离子体放电烧结(SPS)方法,在外加应力60 MPa,烧结温度1200℃条件下,制备了Ti3SiC2/HAp陶瓷复合材料.研究了Ti3SiC2含量对复合材料的硬度、抗弯强度、断裂韧性等力学性能的影响.实验结果表明,随Ti3SiC2含量的变化,复合材料的强度和韧性均得到了提高和改善.分析认为,Ti3SiC2材料的微观结构特征和增韧机制起到了重要作用.     

载荷及摩擦频率对Al-Mg2Si复合涂层摩擦性能的影响

目的研究载荷及摩擦频率对Al-Mg_2Si复合涂层摩擦磨损性能的影响。方法用高速往复摩擦磨损测试仪考察了不同载荷及摩擦频率下的Al-Mg_2Si复合涂层的摩擦系数,并用SEM和超景深三维显微镜检测分析磨痕的表面形貌、磨痕深度和体积,对比分析载荷及摩擦频率的影响。结果载荷一定时,随着摩擦频率的增大,摩擦系数呈下降趋势,体积磨损率呈上升趋势。频率为3 Hz时,摩擦系数最小,为0.50;体积磨损率最大,为166.08×10~(-4) mm~3/(N·mm)。频率从1 Hz增至3 Hz时,摩擦系数减少了0.65,体积磨损率增加了3.1倍。频率一定时,随着载荷的增加,摩擦系数和体积磨损率均呈增加趋势。载荷为15 N时,摩擦系数和体积磨损率最大,分别为0.93和126.27×10~(-4) mm~3/(N·mm)。载荷从5 N增至15 N时,摩擦系数增加了0.27,体积磨损率增加了0.4倍。结论与载荷相比,摩擦频率对Al-Mg_2Si复合涂层摩擦性能的影响更大。     

Si含量对放电等离子烧结制备(1-x)Ti3SiC2+xSiC复合材料的影响

以钛粉、硅粉和石墨粉为原料,制备出(1-x)Ti3SiC2+xSiC(x=0.1～0.8)复合材料,并利用X射线衍射仪对样品进行相组成分析.结果表明经1300℃放电等离子烧结15min后,可以得到纯净的0.9Ti3SiC2-0.1SiC和含有 微量石墨的0.2Ti3SiC2-0.8SiC复合材料,0.9Ti3SiC2-0.1SiC和0.2Ti3SiC2-0.8SiC复合材料的显微硬度分别为8.8和10.5GPa,均明显高于Ti3SiC2的(4GPa).随着SiC含量的增加,复合材料的硬度也增加,但杂质(石墨)和孔洞的含量也增多,成分为0.5Ti3SiC2-0.5SiC的复合材料在烧结过程中有少量Si流出;而当SiC含量增加到0.2Ti3SiC2-0.8SiC时,烧结过程中大量的Si流出使得复合材料无法成功烧结.     

Effect of Rolling on a Warm Compacted Ti_3SiC_2 Particulate Reinforced Cu Matrix Composite

Warm compaction was employed to fabricate a Ti3SiC2 particulate reinforced copper matrix composite for electro-friction application. Copper matrix composite reinforced with 5wt% of copper-coated Ti3SiC2 particulates were prepared by compacting mixed powder with a pressure of 700 MPa at 145 ℃, and then sintered at 1000 ℃ under cracked ammonia atmosphere for 60 min. In order to improve the density, rolling process was applied on the sintered samples, their density, hardness, electrical conductivity, ultimate tensile strength and tribological behaviors were studied. Results showed that the rolled composite with 30% deformation has a density of 8.28 g/cm3, a hardness of 1060 MPa (HB), an ultimate tensile strength of 288 MPa, an electrical resistivity of 7.0 ×10-8 Ω·m and a friction coefficient of 0.17.     

Ti3SiC2陶瓷颗粒增强铜基复合材料的组织和性能

为了考察Al,Sn,Zr,Mo合金元素对α钛合金在室温和77 K低温（液氮）下的缺口冲击韧性（冲击值Ak）的影响,采用示波冲击试验机测试了Ti-2Al,Ti-2Sn,Ti-2Zr和Ti-1Mo 4种α钛合金在室温和77K下的Ak值,并计算了表征其冲击韧性的弹性变形功、塑性变形功和裂纹扩展撕裂功.用扫描电镜观察了4种合金冲击试样断口的形貌.计算数据和显微组织表明,4种合金均显示韧性特征,4种合金元素对冲击韧性贡献的顺序为：Mo＞Zr＞Sn＞Al.     

Ti_3SiC_2弥散强化Cu:一种新的弥散强化铜合金

选用具有高导电、高导热性能的新型陶瓷Ti3SiC2做为弥散强化相,通过与Cu粉末高能球磨混合后,热压成一种新型弥散强化Cu材料机械性能测试表明,随着Ti3SiC2体积分数的提高,弥散强化,Cu的屈服强度和维氏硬度线性上升分析表明Ti3SiC2相的晶粒细化和位错塞积是主要强化机制,当颗粒粗化和团聚后Ti3SiC2的强化效果将明显减弱     

高体分比SiCp／Al复合材料的近净成形技术

高体积分数SiCp／Al复合材料具有优异的热物理性能,且密度较低,是非常理想的电子封装材料。但是由于其本身高的脆性和硬度,使得该材料很难通过二次机械加工成所需要的形状,严重制约了该材料的应用：采用粉末注射成形-无压熔渗工艺成功实现了高体积分数SiCp／Al复合材料的近净成形：采用该工艺所制备的复合材料的致密度高于99％,可实现热膨胀系数在（5—7）×10^-6K^-1范围内进行调节,材料的热导率高于185W／（m·K）,抗弯强度高于370MPa,气密性可达10^-11Pa·m^3·s^-1,各项指标均叮以满足电子封装对材料的性能要求,另外为了实现SiCp／Al复合材料与其他材料的封接,项目成功开发了一种Al—Si—Cu系焊料,封接后器件的各项性能指标尤其是气密性也均能满足使用要求。     

MoS2-Zr复合薄膜的摩擦学性能研究

目的改善MoS_2薄膜的疏松结构,提高其硬度及摩擦磨损性能。方法采用离子源辅助磁控溅射技术在GCr15基体上沉积不同Zr含量的MoS_2-Zr复合薄膜,通过SEM分析薄膜的表面及截面形貌。采用EDS检测薄膜的成分,采用显微维氏硬度计测试薄膜的硬度,采用Rockwell-C硬度计进行压痕测试实验,采用球-盘式旋转摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能。结果 MoS_2-Zr复合薄膜的致密程度和硬度随着Zr含量的增加而增大,其硬度值为300~500HV。复合薄膜与基体的结合力随着Zr含量的增加而增强,但当Zr含量过高时,结合力下降。含Zr原子数分数为15%的MoS_2-Zr复合薄膜具有最好的摩擦学性能,其平均摩擦系数为0.09,磨损率为9.33×10~7 mm~3·N~(–1)·m~(–1),耐磨寿命达5.25×105 r。结论 Zr的掺杂改善了纯MoS_2薄膜的疏松结构,提高了MoS_2薄膜的硬度和结合力,合适的Zr掺杂可以获得较低的摩擦系数和较长的耐磨寿命。     

TiN-SiC复合陶瓷材料的研制

以Ti、Si3N4、石墨和α-SiC粉体为原料,通过反应热压合成了TiN-SiC复合陶瓷材料。研究结果表明:在TiN-SiC复合陶瓷材料中,TiN和SiC晶粒细小均匀,无异常晶粒长大现象,TiN晶粒尺寸为1μm～7μm,SiC均匀分布于TiN之间;该复合材料的密度、维氏硬度和断裂韧性分别为4.41g/cm3、13.6GPa和6.89MPa·m1/2,其增韧机制主要为裂纹偏转和裂纹分叉机制。     

活塞环表面织构化镀层的摩擦性能研究

目的以缸套/活塞环为试验对象,研究激光织构化与固体润滑镀层的协同减摩作用。方法采用脉冲激光在活塞环表面进行微孔化处理,利用电脉冲沉积法在微孔内制备具有不同MoS_2微粒浓度的Ni-MoS_2复合镀层,通过往复式摩擦试验研究织构化表面沉积固体润滑剂对活塞环-缸套的影响机制。结果镀液中MoS_2微粒浓度对镀层的硬度和摩擦学性能影响较大,相同电流密度下,电镀液中MoS_2微粒的质量浓度为5g/L时的镀层硬度最高,该浓度下Ni-MoS_2复合镀层在干摩擦下具有最佳的摩擦系数和最低的磨损率。织构化复合镀层可以显著改善接触面间的摩擦性能,相比未织构化摩擦配副,摩擦系数降低约0.2,磨损率下降50%。结论干摩擦条件下,表面织构可以有效地储存摩擦副之间的固体润滑剂和磨粒,在接触表面形成连续润滑膜,减少磨粒磨损。     

Ti65合金磷酸盐涂层抗高温氧化性能研究

目的通过表面涂层提高高温钛合金Ti65的抗高温氧化性能。方法采用喷涂法在Ti65合金基体上制备以磷酸铝为粘结剂、Al和Al/SiC为填料的两种磷酸盐抗高温氧化复合涂层。研究Ti65合金和涂层样品在650℃准等温、静态空气条件下的氧化动力学行为。用XRD和SEM/EDS分别对涂层样品氧化前后的物相组成、组织形貌和微区成分进行表征分析;用电子探针(EPMA)分析涂层样品的元素分布情况。结果650℃抗高温氧化实验结果表明,磷酸盐涂层样品的准等温氧化动力学曲线均符合抛物线规律,两种涂层样品的抛物线氧化速率常数kp分别为3.922×10^-2、1.768×10^-2 mg/(cm^2·h^1/2)和2.48×10^-2、3.385×10^-4 mg/(cm^2·h^1/2),均小于Ti65合金,氧化增重显著降低。以Al/SiC为填料的磷酸铝涂层的抗氧化性能最好,氧化1000 h,质量增加0.20 mg/cm^2,约为Ti65基体氧化增重(1.13 mg/cm^2)的1/6。微观分析结果表明,两种磷酸盐涂层样品在650℃准等温氧化后,涂层与基体形成扩散层,生成TiAl3金属间化合物,涂层表面均保持完好,没有裂纹和孔隙,有效阻止了氧元素向Ti65基体的扩散,保护基体不受氧化。结论磷酸盐涂层能有效阻止650℃温度下氧向Ti65合金基体的扩散,具有优异的抗高温氧化性能。     

钛合金表面离子束增强沉积MoS2基膜层及其性能

将离子束增强沉积（IBED）技术与离子束溅射的沉积技术相结合,在钛合金表面制备了MoS2,MoS2-Ti复合膜。研究了膜层的形态、结构、膜基结合强度、硬度、摩擦学性能及抗微动（fretting）损伤性能。结果表明;所获膜层较纯溅射膜结合强度高、致密性好,复合膜中允许的金属元素含量大。通过恰当地控制复合膜中Ti的含量,可获得以（002）基面择优取向的MoS2-Ti复合膜,该膜层有较好的减摩和抗磨综合性能,能够显著地改善钛合金的常规磨损、微动摩员（FW)和微动疲劳（FF）性能,特别是在磨损严重的大位移整体滑条件下,MoS2-Ti复合膜对钛合金FF抗力的提高作用可大于喷丸形变强化处理。     

Properties of PA(polyamide) coating and PA/MoS2 composite coatings by flame spraying

PA and PA/MoS2 composite coatings were prepared by flame-spraying. The thermal properties, crystallinity, microstructure and tribological properties were investigated with Fourier transform infrared (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy(SEM), and MM-200 model wear tester. Temperature influences the final morphological structure of the coatings. Tribological experiment results indicate that the MoS2 filled PA coating has different wear resistance compared with the PA coating without MoS2 filler. A high content of MoS2 decreases the hardness of composite coating and enhances the wear rate. The 1 %-3% content of MoS2 has advantages to the tribological ProPerties of PA composite coatings.