模具钢表面多弧离子镀CrAlN涂层的制备及其摩擦性能研究

为了改善模具钢表面质量,采用多弧离子镀技术在H13模具钢表面沉积CrAlN薄膜,探讨H13钢基体表面渗氮处理后对薄膜表面形貌、硬度、结合力、抗氧化性和摩擦磨损性能的影响。结果表明：基体表面渗氮处理前后制备的CrAlN涂层表面均匀致密,都有少量的大颗粒,涂层表面均呈CrN（200）面择优取向,而渗氮后制备的涂层CrN（200）面择优取向更强;基体H13钢经过表面渗氮后,硬度显著提高,对制备的涂层具有支撑作用,降低了裂纹产生倾向,提高了涂层产生裂纹的临界载荷,提高了涂层的膜基结合力;相较于基体表面未渗氮处理制备的CrAlN涂层,基体表面渗氮后制备的CrAlN涂层具有更高的硬度和结合力,更为优异的摩擦磨损性能,且抗高温氧化性能显著增强。     

不同基体CrN/CrCN多层涂层海水环境摩擦学性能研究*

为研究不同基体材料对CrN/CrCN多层涂层在海水环境下摩擦学性能的影响,采用多弧离子镀技术在H65铜合金、TC4钛合金和316L不锈钢基体上沉积CrN和CrN/CrCN多层复合涂层,通过XRD、SEM等技术对涂层的结构进行表征,通过结合力、硬度测试和摩擦磨损试验分析涂层在大气环境和海水环境下的力学性能和摩擦学性能。结果表明:CrN/CrCN多层涂层的内应力相对于CrN明显减小,且硬度相对CrN涂层较高;TC4钛合金为基体的涂层结合力较好且涂层硬度较高;在海水环境下涂层的摩擦因数相对于大气环境都有较大幅度下降,其中,以TC4钛合金和316L不锈钢为基体的涂层摩擦因数较小;以H65铜合金为基体的2种涂层在海水中的磨损率高于大气中,而以TC4合金、316L不锈钢为基体的CrN/CrCN多层涂层在海水环境下的磨损率低于大气环境;TC4钛合金为基体的CrN/CrCN多层涂层在海水环境下具有最低的磨损率,表明TC4钛合金更适合作为海水环境下CrN/CrCN多层涂层耐磨的基体材料。     

CrN 活塞环涂层的磨擦学性能

以PVD方法在不锈钢渗氮活塞环基体上沉积了厚约30 μm的CrN涂层.采用2种GF-3等级的全配方发动机油作为润滑剂,在SRV试验机上,对比了具有/没有CrN涂层的不锈钢渗氮活塞环的摩擦学性能.试验结果表明,CrN涂层能使摩擦因数数较快的稳定且数值较低,同时活塞环及其对磨缸套的磨损量也大大降低,对磨缸套的磨损量减少了80%以上.SEM分析结果表明,由于CrN涂层具有较高的硬度和较低的表面粗糙度,可以降低磨粒磨损,且能使对磨的缸套试样较快地与之适配,从而促进了摩擦反应膜的形成和扩展,是摩擦因数和磨损量降低的主要原因.     

钛合金表面激光熔覆镍-铬-硅复合涂层的显微组织和摩擦学性能

在Ti-5621s合金表面采用激光熔覆制备了镍-铬-硅复合涂层,分析了涂层的显微组织,测试了涂层的硬度和摩擦学性能.结果表明:复合涂层中以Ti5Si3和Cr3Si为主的颗粒增强相弥散分布在β-Ti和γ-Ni两相固溶体中;涂层的硬度较基体有显著的提高;由于金属硅化物Ti5Si3和Cr3Si的高硬度、强原子间结合力,该复合涂层明显地改善了基体合金的摩擦和磨损性能.     

CrN活塞环涂层的摩擦学性能

以PVD方法在不锈钢渗氮活塞环基体上沉积了厚约30μm的CrN涂层。采用2种GF-3等级的全配方发动机油作为润滑剂，在SRV试验机上，对比了具有／没有CrN涂层的不锈钢渗氮活塞环的摩擦学性能。试验结果表明，CrN涂层能使摩擦因数数较快的稳定且数值较低，同时活塞环及其对磨缸套的磨损量也大大降低，对磨缸套的磨损量减少了80％以上。SEM分析结果表明，由于CrN涂层具有较高的硬度和较低的表面粗糙度，可以降低磨粒磨损，且能使对磨的缸套试样较快地与之适配，从而促进了摩擦反应膜的形成和扩展，是摩擦因数和磨损量降低的主要原因。     

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。     

非平衡磁控溅射制备Cr掺杂DLC复合薄膜的高温摩擦学性能

元素掺杂是提升DLC薄膜摩擦学性能和耐温性能的重要途径。采用直流磁控溅射技术在304不锈钢基体表面沉积了含氢DLC薄膜,同时利用射频磁控溅射技术完成Cr元素的掺杂,研究Cr元素掺杂对DLC薄膜的力学性能及摩擦学性能的影响。采用纳米压痕仪测试薄膜硬度并利用划痕试验测试膜基结合力,采用拉曼光谱分析薄膜sp²和sp³键含量的变化和转移膜的生成。采用UMT多功能摩擦磨损试验机评价薄膜在常温和高温环境下的摩擦磨损性能,并利用扫描电镜观察磨损表面,分析其磨损机制。结果表明,Cr元素掺杂会显著提高薄膜的膜基结合力,但会使薄膜硬度有一定的下降。常温摩擦学性能测试显示,DLC薄膜的摩擦因数随着Cr含量的增加呈现出先下降后上升的趋势,在Cr质量分数为3.34%时达到最低;但薄膜的磨损率随Cr含量的增加略有升高。高温摩擦学性能测试表明,Cr元素掺杂显著改善了DLC薄膜的高温摩擦学性能,未掺杂的DLC在150℃以上摩擦时会失效,Cr元素掺杂使薄膜在250℃下也能保持较低的摩擦因数和较长的抗磨寿命。Cr元素的加入能够提高DLC薄膜的膜基结合力,降低摩擦因数,并提高薄膜...     

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。     

真空氮化时间对38CrMoAlA钢耐蚀性能的影响

本文研究了38 CrMoAlA钢经不同时间真空氮化处理后的耐蚀性能.采用光学显微镜及能谱线扫描分析渗氮层的微观形貌和元素分布情况,再利用盐雾腐蚀试验对真空氮化处理前后的试样进行加速腐蚀,并对盐雾腐蚀结果进行定量分析.结果表明,真空氮化处理可明显提高材料的耐腐蚀性能,38CrMoAlA钢耐蚀性能随氮化时间的增加先增加后降低,经8h渗氮处理后的试样性能最佳.     

基体偏压对CrN涂层结构和海水环境摩擦学性能的影响

采用多弧离子镀技术,在不同偏压(0~-100 V)下在316 L不锈钢基体上沉积CrN涂层,通过球-平面往复式摩擦磨损试验机研究基体偏压对涂层结构和海水环境下摩擦学性能的影响。结果表明:随着偏压的增大,涂层结构变为更加致密,涂层硬度先增加后基本稳定;随着偏压的增大,涂层与316L基体的结合力先增大后减小,偏压为-50~-75 V时涂层有最好的结合力;在海水环境下,涂层具有很低的摩擦因数(0.2~0.3),并随着偏压升高而降低;随着偏压的增大涂层的磨损率先减小后增大,偏压为-50~-75 V时涂层的磨损率较低。偏压为-50~-75 V时制备的涂层具有最好的综合机械性能。     

爆炸喷涂Cr_3C_2-NiCr涂层及其对2Cr10MoVNbN钢疲劳性能的影响

采用爆炸喷涂方法在2Cr10MoVNbN钢基体表面制备了Cr3C2-NiCr涂层,利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪、显微硬度计、电子拉伸试验机、X射线应力仪、疲劳试验机等分析测试了涂层的缺陷、显微硬度、断裂韧度、结合力、残余应力、疲劳性能等,主要研究了涂层对基体疲劳性能的影响.结果表明:在2Cr10MoVNbN钢基体上采用爆炸喷涂方法制备的Cr3C2-NiCr涂层的孔隙率为0.5%,表面硬度为921 HV,断裂韧度为3.67 Mpa·m1/2,涂层与基体的结合强度为63 Mpa,涂层表面、涂层/基体界面处均处于压应力状态;爆炸喷涂Cr3C3-NiCr涂层明显降低了2Cr10MoVNbN钢基体的疲劳性能,在应力幅小于500 Mpa时,与基体试样相比,涂层试样的疲劳寿命减少了75%以上,疲劳强度下降了134.7 Mpa,涂层试样的疲劳裂纹源出现在涂层/基体界面的Al2O3夹杂物处.     

TiN、CrN的环境摩擦磨损对比研究

采用直流叠加脉冲偏压电弧离子镀技术在45钢表面沉积了TiN、CrN薄膜。用显微硬度计测试了薄膜的硬度,用划痕仪测量了薄膜的膜基结合力,用球-盘式摩擦磨损试验机评价了不同介质条件下（干摩擦、水润滑、油润滑）TiN、CrN薄膜的摩擦学特性,用表面轮廓仪测试了薄膜磨痕处的磨损轮廓,用扫描电镜（SEM）观察了薄膜磨痕形貌。结果表明,相对于干摩擦条件下,在水润滑和油润滑条件下TiN和CrN薄膜的摩擦因数和磨痕深度都有所降低。在相同的介质条件下,CrN薄膜的摩擦因数和磨痕深度始终小于TiN薄膜。     

液压阀芯表面制备Cr/CrN复合涂层及其可靠性研究

目前液压阀芯基本上采用电镀Cr技术,以满足阀芯耐磨和抗腐蚀性能要求,但电镀阀芯易出现毛刺等缺陷影响使用,并对人体健康和环境有着极大危害。因此需要一种更耐磨、环境友好型技术来取代传统电镀铬工艺。利用电弧离子镀膜技术在阀芯表面制备Cr/CrN复合涂层,通过对涂层组织、机械性能测试及台架试验结果表明,Cr/CrN复合涂层与Cr电镀层相比,具有更大的硬度和更好的结合力,摩擦系数降低了29%,经过100万次换向试验后,其中立位内泄漏量仅增大4.95%,证明电弧离子镀Cr/CrN复合涂层能够取代电镀铬技术,有效提高液压阀的可靠性与使用寿命。     

沉积温度对CrN涂层干摩擦及大豆油润滑下摩擦学性能的影响

为探究沉积温度对CrN涂层摩擦学性能的影响,同时寻找适合CrN涂层润滑的绿色润滑剂,采用磁控溅射技术在不同温度下制备CrN涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、AFM原子力显微镜、划痕仪、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机评价涂层的微观结构、力学性能,以及在干摩擦及大豆油润滑条件下的摩擦磨损性能。结果表明：在250 ℃下沉积的CrN涂层具有最致密的晶状结构,且力学性能最优。摩擦试验结果显示,在干摩擦和大豆油润滑下250 ℃下沉积的CrN涂层表现出最优的摩擦学特性。XPS分析表明,由于摩擦的存在,大豆油会在涂层表面发生摩擦化学反应并生成一层化学吸附膜,从而能有效减轻涂层的摩擦和磨损。250 ℃下沉积的CrN涂层具有最优的力学及摩擦学性能,且大豆油极为适合CrN涂层的润滑。     

45钢表面激光熔覆Ni20合金粉末的组织及耐腐蚀性能研究

利用激光熔覆技术,在45钢表面制备了Ni20合金粉末熔覆层,通过SEM、XRD等方法分析表明研究涂层相及组织。利用CHI660B电化学测试系统,测试膜层及基体的开路电位及极化曲线,采用SY/Q-750型盐雾腐蚀试验箱,对熔覆层的耐腐蚀性能进行研究。结果表明:熔覆层与基体形成良好的冶金结合;熔覆层组织具有定向凝固特征且晶粒生长方向垂直于界面;熔覆层主要由CrNiFeC,Fe3Ni2,Ni3Cr2等相组成;Ni20合金合金粉末激光熔覆层在3.5%NaCl盐雾中的腐蚀为局部点蚀,45钢为均匀腐蚀,熔覆层腐蚀速率仅为45钢的一半;电化学测试表明熔覆层的自腐蚀电位较45钢正移,具有更小腐蚀电流密度。     

超声深滚法提高电弧喷涂3Cr13涂层性能

利用超声深滚(Ultrasonic deeprolling,UDR)技术对钢基体电弧喷涂3Cr13涂层进行表面复合强化处理,旨在改善涂层的综合性能。采用扫描电镜、应力仪及球—盘式摩擦磨损试验机等设备检测和分析UDR工艺对该涂层孔隙率、表面粗糙度、残余应力、显微硬度、摩擦学性能等的影响。结果表明,UDR工艺使该涂层的孔隙率从5.1%降为2.3%;表面粗糙度Ra由40μm以上降为2.4μm;表面残余压应力由8MPa提高到257MPa;涂层显微硬度提高约45%,涂层摩擦学性能得到了明显提高。且Bragg衍射峰明显宽化、左移、峰强增大,这表明涂层晶粒明显细化、晶格畸变,且形成晶向平行表面的板织构。同时分析和讨论UDR工艺对提高3Cr13涂层性能的影响机理。     

端齿盘的热处理（下）

三、渗氮钢靖齿盘的热处理 1．渗氮钢端齿盘热处理的特点（1）由于端齿盘要求高的硬度、强度、耐冲击、耐疲劳和耐磨损,所以渗氮钢端齿盘材料在我国国内主要采用渗氮钢38CrMoAl和38CrMoAlA。     

电参数对CrN薄膜在去离子水环境下摩擦磨损性能的影响

采用多弧离子镀方法,在不同偏压和靶电流下在GH05合金试样表面制备系列CrN薄膜,利用扫描电子电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、多功能材料表面试验仪对薄膜的微观组织结构和力学性能进行测试分析。利用盐雾磨损试验机的球-盘摩擦方式研究各CrN薄膜在去离子水环境下与Si3N4球对磨的摩擦学性能。结果表明：随着偏压增大,CrN薄膜表面微颗粒大小逐渐减小,硬度增大,结合力先增大后减小,随着靶电流增大,CrN薄膜表面凹坑逐渐减小,硬度减小,结合力先增大后减小;随着偏压增大,CrN薄膜的平均摩擦因数先增大后减小,磨损体积先减小后增大,随着靶电流增大,CrN薄膜的平均摩擦因数先减小后增大,磨损体积先减小后增大,当偏压为-80 V,靶电流为100 A时制备的CrN薄膜在去离子水环境下具有最佳的摩擦学性能;CrN薄膜在去离子水环境下的磨痕形貌主要呈现磨粒磨损的沟槽形貌,同时表现出抛光效果。     

等离子喷涂Cr3C2/MoS2复合自润滑涂层的摩擦学性能

等离子喷涂工艺作为一种表面强化方法,已广泛应用于耐磨、减摩、耐蚀和耐高温等功能涂层的制备.采用等离子喷涂技术,在Q235钢表面制备Cr3C2和Cr3C2/MoS2复合自润滑涂层.对涂层的耐磨特性进行摩擦磨损实验研究,测定显微硬度,并分析涂层的微观结构和物相组成.结果表明,Cr3C2及Cr3C2/MoS2复合涂层的表面硬度平均提高近9倍;在室温干摩擦条件下,Cr3C2型喷涂层的抗磨性能比Q235基体有大幅度提高,加入一定量的MoS2即可维持Cr3C2型涂层的高硬度和抗磨损性能,又可有效降低摩擦因数.     

沉积气压对氮化钒(VN)涂层微结构及其性能的影响*

为研究沉积气压对VN涂层力学性能和摩擦性能的影响,采用离子镀制备VN涂层,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等设备检测VN涂层的物相结构、表面形貌,采用划痕仪测试基体与涂层的膜基结合力,采用摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦因数。结果表明:随着沉积氮气气压的升高,VN衍射峰强度逐渐增强,具有(200)晶面择优取向,表面平整度高;随着沉积氮气气压变化,涂层显微硬度和膜基结合力呈抛物线变化趋势,在氮气气压为1.0 Pa时,涂层硬度最高为HV2284,结合力最大为45 N,并具有稳定的摩擦因数,平均摩擦因数为0.85。通过调控沉积气压,多弧离子镀技术可以制备出性能更优越的VN涂层。