钛合金微弧氧化一步制备含石墨的减摩涂层

为了进一步提高钛合金表面微弧氧化陶瓷涂层的摩擦磨损性能,在石墨分散的Na2CO3-Na2SiO3-KOH电解液溶液中一步制备了含自润滑微粒的微弧氧化复合涂层.利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)研究了未添加和添加石墨微弧氧化涂层的相组成和微结构,采用往复式球-盘试验机评价了两种涂层的摩擦学性能.结果表明:加入到电解液中的石墨在微弧氧化过程中进入到涂层中,从而得到含有固体润滑微粒的复合涂层;在干摩擦条件下,含石墨的微弧氧化涂层相比于不含石墨的涂层具有更小的摩擦系数.     

MAO层厚度对MAO/DLC复合膜层力学性能与摩擦学特性的影响

借助直流脉冲微弧氧化(MAO)电源,采用恒压模式在AZ80镁合金表面制备四种不同厚度MgO陶瓷层,并以此为基,采用离子束复合磁控溅射技术沉积类金刚石碳(DLC)膜,对比研究了四种膜层体系(MAO-1min/DLC、MAO-3min/DLC、MAO-5min/DLC及MAO-10min/DLC)的表面结构特征、力学性能以及摩擦学性能差异。结果表明:随MAO层厚度增加,复合膜层表面微孔的孔径增大,表面粗糙度增加,且表层DLC膜具有颗粒特征,表现为MAO-3min/DLC及MAO-10min/DLC复合膜层具有较高的纳米硬度和弹性模量,且在磨损过程中对应的摩擦系数与磨痕宽度较小,其抗磨损性能优异;各复合膜层体系在磨损过程中摩擦系数均有波动,产生高温氧化,磨痕表面形成了Fe的转移层;MAO层可提高基体对DLC膜的支撑强度,表层DLC膜对磨损界面具有的润滑作用是复合膜层改善镁基体抗磨损性能之原因所在。     

冷作模具钢等离子渗镀CrVN复合涂层摩擦磨损性能研究

采用等离子渗镀技术在DC 53冷作模具钢表面制备CrN和CrVN复合涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和摩擦磨损试验机,对比研究了两种涂层的组织结构、力学性能以及摩擦磨损性能。结果表明:所制备的CrN和CrVN涂层均为面心立方(fcc)结构,并呈现(111)择优取向,其中CrVN涂层形成了以fcc-CrN相为基础的CrVN固溶体结构。CrN涂层中掺入V抑制了柱状晶生长,涂层结构更加致密,硬度和结合力明显提高,摩擦系数及磨损率降低。CrVN涂层表面粗糙度较低,并在摩擦过程中生成具有自润滑性的VO₂,涂层抗粘铝性能得到改善。     

石墨对TA7钛合金微弧氧化涂层组织结构及摩擦磨损行为的影响

为提高TA7钛合金耐磨损关键服役性能,在钛合金表面制备微弧氧化陶瓷涂层。通过厚度、粗糙度、显微硬度测量、X射线衍射、场发射扫描电镜观察、能谱分析、摩擦学性能检测等手段研究了石墨对微弧氧化涂层组织结构及摩擦学行为的影响机制。结果表明:基础电解液中加入石墨颗粒能够显著提高TA7钛合金微弧氧化涂层的厚度,降低微弧氧化涂层的表面粗糙度和显微硬度,且随着石墨浓度的升高,微弧氧化涂层的厚度增大,表面粗糙度和显微硬度减小;微弧氧化涂层降低了TA7钛合金的摩擦系数,显著改善了合金的耐磨性能;石墨颗粒的加入进一步降低了微弧氧化涂层的摩擦系数,当石墨浓度为3 g/L时,涂层摩擦系数保持在0.15以下,表现出良好的减摩特性。     

等离子喷涂NiCrMo-NiCrBSi合金减摩涂层的摩擦磨损性能

内燃机在工作时活塞环与缸套发生摩擦,将造成能量损失与缸体的磨损损伤。针对缸套与活塞环的摩擦磨损问题,采用复合材料理论设计了成分为NiCrMo-30%NiCrBSi的复合减摩涂层。利用大气等离子喷涂技术,采用NiCrMo-NiCrBSi混合粉末制备了减摩涂层,研究了该涂层的断面组织、硬度及其在模拟缸套-活塞环摩擦磨损条件下的摩擦磨损行为。试验结果表明,采用混合粉末喷涂,可以获得结合良好、硬度适中(564 HV_{3 N})的复合涂层。在干摩擦磨损条件下,NiCrMo-NiCrBSi复合涂层表现出优异的综合耐磨损性能,涂层自身与对磨件(销)的磨损量都较小,且表面可生成MoO₂,降低摩擦系数;在油润滑磨损条件下,由于表面生成MoS₂,摩擦系数显著降低(稳定后约为0.1),复合涂层与摩擦副的磨损几乎可以忽略。     

SiC复合微弧氧化陶瓷层制备及其摩擦学性能

通过在电解液中添加SiC纳米颗粒的方法,利用微弧氧化技术在ZL109铝合金上制备复合陶瓷层,研究SiC复合微弧氧化陶瓷层的微观结构和摩擦学性能。研究结果显示,SiC纳米颗粒进入到微弧氧化陶瓷层中形成了复合陶瓷层,复合陶瓷层主要由α-Al2O3、γ-Al2O3和SiC三相组成;与普通的微弧氧化陶瓷层相比,SiC复合陶瓷层的表面更加平整,硬度提高了20.4%;SiC复合陶瓷层在高速往复式摩擦磨损实验中的摩擦系数降低了22%、磨痕宽度减小了34.7%。分析表明,复合陶瓷层硬度的提高和导热性的增强是改善摩擦磨损性能的主要原因。     

不同方法制备的微弧氧化涂层摩擦磨损特性的研究现状

镁、铝、钛及其合金具有比强度高、资源丰富、加工性能好等优点，在机械、航空航天、生物医药等领域得到广泛应用，但由于镁、铝、钛及其合金的耐磨性较差，严重限制了其在各个领域的应用。从微弧氧化复合涂层的形成原理和制备方法出发，系统综述了在镁合金、铝合金、钛合金等轻质合金材料表面采用各种微弧氧化复合技术制备的涂层的摩擦磨损性能方面的研究现状，指出目前微弧氧化技术存在的问题与未来发展方向，为后续研究提供一定参考。     

直管磁过滤弧离子镀CrN涂层改善304不锈钢表面性能研究

采用直管磁过滤弧离子镀在304不锈钢表面沉积CrN单一涂层和Cr/CrN复合涂层,分别运用X射线衍射仪、光学显微镜、显微硬度计、摩擦磨损仪测试分析了其组成结构及复合涂层的表面机械性能。结果表明:直管磁过滤弧离子镀Cr/CrN复合涂层呈现出致密、均匀的表面形貌,且具有高硬度、低摩擦系数等优异的表面机械性能,显著提高了304不锈钢表面的耐摩擦磨损特性。     

微弧氧化处理对多孔Ti-15Mo合金显微结构、耐磨性和耐蚀性的影响

在铝酸盐电解液中对多孔Ti-15Mo合金进行微弧氧化表面改性。利用SEM和XRD研究多孔合金微弧氧化涂层的显微结构和相组成。采用显微硬度计、动电位极化曲线和球-盘摩擦磨损仪分析微弧氧化处理对多孔Ti-15Mo合金硬度、耐蚀性和耐磨性的影响。结果表明,微弧氧化处理未改变多孔Ti-15Mo合金原有的孔隙率和孔径,在合金表面和孔隙内壁呈现典型的粗糙多孔微弧氧化形貌。微弧氧化涂层主要由金红石TiO_2和Al_2TiO_5相组成。经微弧氧化处理后,多孔Ti-15Mo合金的表面显微硬度提高了32%,摩擦系数降低了近50%,磨损率大幅度下降,磨损机制由磨粒磨损转变为粘着磨损。微弧氧化处理后多孔Ti-15Mo合金的耐蚀性较基体提高了近1个数量级,微弧氧化陶瓷涂层的保护效率高达90.78%。     

渗铝铌合金微弧氧化的电解液优化及膜层抗氧化性

为了提高铌合金的抗高温氧化性能,先对铌合金C103进行包埋渗铝处理,再进行微弧氧化(MAO)处理获得Al2O_3陶瓷膜。对涂层的形貌、硬度、成分及高温氧化增重进行分析,通过单因素法优选了微弧氧化电解液配方。采用最佳电解液配方制备复合涂层(MAO/Al/C103),并与仅经包埋渗铝制备的涂层(Al/C103)进行对比分析,研究了复合涂层的抗高温氧化性能。结果表明:根据MAO膜层的硬度和厚度,获得微弧氧化的最佳电解液配方为10.0 g/L NaAlO_2+5.0 g/L NaOH+7.0 g/L Na_2WO_4+5.0 g/L NaF+2.5 g/L Na_2EDTA;在1 100℃高温氧化下,MAO/Al/C103试样氧化10 h的增重为5.5 mg/cm~2,小于Al/C103试样的9.4 mg/cm~2,表现出更好的抗氧化性。     

N_2∶O_2流量比对多弧离子镀Cr-O-N复合涂层结构及性能的影响

目前,关于N_2∶O_2流量比如何影响Cr-O-N涂层结构和性能的报道较少。采用多弧离子镀技术在硅片(100)和硬质合金基底上沉积了一系列不同N_2∶O_2流量比的Cr-O-N复合涂层;采用X射线衍射仪分析涂层晶体结构;采用共聚焦显微拉曼光谱仪分析薄膜氧化物相结构;采用扫描电镜观察涂层形貌,并通过能谱仪分析其成分;利用原子力显微镜观察涂层表面三维形貌;采用显微硬度仪测量涂层硬度;通过球-盘摩擦磨损仪测量涂层摩擦磨损性能,系统地研究了O_2流量占比对复合涂层结构和性能的影响。结果表明:Cr-O-N复合涂层由CrN和Cr_2O_3复合相组成;随着沉积过程中O_2流量占比的增加,涂层中N和Cr的含量呈下降趋势,而Cr_2O_3含量逐渐增加;随着O_2流量占比的增加,涂层表面形貌发生变化,涂层表面粗糙度在氧气占比为0.34时达到最大值85.86 nm,此时涂层具有最低的摩擦系数0.48;Cr-O-N涂层的硬度高于CrN和Cr_2O_3涂层,摩擦系数比CrN涂层高,但低于Cr_2O_3涂层。     

表面纳米化-微弧氧化复合涂层对铝合金拉伸性能影响机制研究

通过表面机械研磨处理(SMAT)在LY12CZ铝合金表面制备表面纳米化(SNC)过渡层,再采用微弧氧化(MAO)技术对纳米晶过渡层进行微结构重构,设计制备出纳米化-微弧氧化(SNC-MAO)复合涂层,并对比研究了表面纳米化、微弧氧化及纳米化-微弧氧化复合处理对基体铝合金拉伸性能的影响。结果表明,微弧氧化处理使基体铝合金的屈服强度和抗拉强度减小,而纳米化-微弧氧化复合处理则增加了基体铝合金的屈服强度和抗拉强度。在拉伸伸长率8%的条件下,相同厚度的纳米化-微弧氧化复合涂层比微弧氧化涂层具有更好的抗拉伸破坏能力,表现出更好的膜基结合性能。     

Inconel 718合金表面纳米多层CrAlN/CrN涂层的制备及高温摩擦学性能研究

为提高Inconel 718合金的表面硬度和高温摩擦磨损性能,采用多弧离子镀技术在其表面制备CrAlN/CrN涂层。使用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、纳米压痕仪和划痕仪等对涂层的微观结构、力学性能进行分析表征。使用UMT摩擦磨损试验机测试涂层在室温、350℃和650℃下的摩擦性能,并对磨痕的形貌特征、元素分布和物相进行分析,分析涂层在不同温度下的摩擦磨损机制。结果表明：纳米多层CrAlN/CrN涂层微观结构致密,主要由fcc-CrN相组成,择优取向为(200)晶面;CrAlN/CrN涂层在Inconel 718合金表面具有良好的力学性能,其硬度和结合力分别为(29.3±1.2) GPa和70.4 N;涂层在室温和350℃下具有优异的耐磨性,磨损率分别低至1.5×10^-6 mm³/(N·m)和1.7×10^-6 mm³/(N·m),主导的磨损机制分别为磨粒磨损和疲劳磨损;650℃时涂层达到最低摩擦系数(0.33),但磨损率有所升高,主要表现为磨粒磨损。     

TC4钛合金微弧氧化六方氮化硼复合膜的组构及摩擦学行为

为了提高钛合金微弧氧化膜的耐磨性能,同时降低其摩擦系数,在硅酸钠-六偏磷酸钠-钨酸钠电解液中添加了1.5 g/L六方氮化硼(h BN)微粒,采用WHD-30微弧氧化电源直流脉冲模式在TC4钛合金表面制备了微弧氧化h BN复合膜。利用SEM,XRD,三维立体显微仪对复合膜的表面、截面微观形貌和结构进行了分析,研究了其在室温下的摩擦磨损性能。结果表明:在微弧氧化h BN复合膜的表层弥散有h BN颗粒,膜的表面只有少量的微孔;膜中具有金红石及锐钛矿Ti O2、Al2Ti O5和h BN,包含一些非晶态的P,Si,W化合物;在4 N载荷下干摩擦,微弧氧化h BN复合膜的摩擦系数为0.05,比磨损率为0.94 mm-6/(N·m),只发生了轻微的黏着磨损,几乎未发生磨粒磨损,起到了自润滑的作用;本法制备的复合膜既提高了TC4钛合金的耐磨性能,同时又减小了其摩擦系数。     

镁合金微弧氧化电解液中纳米SiC添加量对膜组织结构和摩擦磨损性能的影响

为了改善镁合金微弧氧化膜的性能,在Na₂SiO₃-NaAlO₂复合电解液中添加不同含量的纳米SiC对AM50镁合金进行微弧氧化。利用膜层测厚仪、共聚焦激光显微镜（CLSM）、扫描电镜（SEM）、能谱仪分别研究膜的厚度、表面粗糙度、微观形貌和元素分布,采用摩擦磨损试验机对镁合金微弧氧化前后的干滑动磨损行为进行了研究,测量摩擦系数和磨损速率,运用SEM和CLSM对磨损后的形貌进行观察,并用能谱仪分析成分。结果表明:随电解液中纳米SiC含量的增加,微弧氧化膜的厚度和表面粗糙度均增大,颜色加深,膜层的摩擦系数和磨损速率均呈现先减小后增大的趋势;当SiC含量为6g/L时氧化膜的摩擦系数最小、磨损速率最低,耐磨性能较好。     

微弧氧化处理对多孔Ti-15Mo合金显微结构、耐磨性和耐蚀性的影响

在铝酸盐电解液中对多孔Ti-15Mo舍金进行微弧氧化表面改性.利用SEM和XRD研究多孔舍金微弧氧化涂层的显微结构和相组成.采用显微硬度计、动电位极化曲线和球-盘摩擦磨损仪分析微弧氧化处理对多孔Ti-15Mo合金硬度、耐蚀性和耐磨性的影响.结果表明,微弧氧化处理未改变多孔Ti-15Mo合金原有的孔隙率和孔径,在合金表面和孔隙内壁呈现典型的粗糙多孔微弧氧化形貌.微弧氧化涂层主要由金红石TiO2和Al2TiO5相组成.经微弧氧化处理后,多孔Ti-15Mo合金的表面显微硬度提高了32％,摩擦系数降低了近50％,磨损率大幅度下降,磨损机制由磨粒磨损转变为粘着磨损.微弧氧化处理后多孔Ti-15Mo合金的耐蚀性较基体提高了近1个数量级,微弧氧化陶瓷涂层的保护效率高达90.78％.     

深冷处理粉末对冷喷涂层的沉积和磨损性能影响

对铁基非晶合金粉末进行循环深冷处理增强其塑性变形能力,采用冷喷涂技术在AZ31B镁合金、6061铝合金以及Q235碳钢等具有不同性能的基体材料表面制备非晶涂层,研究深冷处理铁基非晶粉末在不同基体表面的沉积行为、涂层与基体间的界面结合状态以及涂层的摩擦磨损性能。结果表明,基体的硬度、导热系数和弹性模量会影响颗粒的应变条件、散热速率和回弹能量,进而影响涂层的变形状态、致密程度和沉积效率;深冷处理提高了非晶涂层的沉积效率,涂层的沉积厚度均大于原始非晶涂层。在摩擦磨损过程中,随着基体硬度的上升,基体及涂层的摩擦系数增大,磨损率降低。与基体相比,铁基非晶合金颗粒有效抑制了磨球的切削作用,原始非晶涂层的摩擦系数减小,磨损率降低;与原始非晶涂层相比,深冷处理非晶涂层更加致密,其摩擦系数曲线更加平稳,磨损率进一步降低。镁合金基体和非晶涂层的磨损机制都为磨粒磨损和氧化磨损;铝合金基体的磨损机制为粘着磨损和疲劳磨损以及氧化磨损,非晶涂层的磨损机制都为磨粒磨损和氧化磨损;碳钢基体和非晶涂层的磨损机制都为疲劳磨损和氧化磨损。     

纳米BN颗粒对7075铝合金微弧氧化膜结构及耐磨性能的影响

为提高7075铝合金表面的耐磨性能，在掺杂纳米BN颗粒的电解质溶液中通过微弧氧化技术构筑铝合金表面硬质陶瓷涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、光电子能谱仪(XPS)、粗糙度仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机等表征方法，研究了加入纳米BN颗粒对微弧氧化过程起弧电压及涂层的表面形貌、孔隙率、物相组成、厚度、粗糙度、显微硬度、摩擦磨损性能的影响。结果表明：涂层主要由α-Al₂O₃相和γ-Al₂O₃相组成；纳米BN颗粒提高了起弧电压，增加了涂层的厚度、粗糙度、硬度；当添加0.3 g/L纳米BN颗粒时，所得微弧氧化涂层的综合性能最佳。此时涂层中的微孔数量少、孔径小，致密度高，其表面孔隙率从未添加的6.617%降到3.518%;硬度达到最高值916.7 HV_{10 N},厚度20μm,粗糙度2.38μm;摩擦系数降低至0.7,磨损率降低至7.84×10^-5 mm³/(N·m)。     

Al_2O_3/CrN_x复合膜的摩擦磨损特性

为改善铝合金零部件的摩擦磨损特性,采用微弧氧化和射频磁控溅射技术,在2A12铝合金表面制备Al2O3/CrNx复合膜。用X射线衍射仪、涡流测厚仪、纳米硬度仪、微摩擦磨损试验机、非接触表面三维形貌仪及扫描电镜对Al2O3涂层及复合膜的相组成、膜厚、纳米硬度、摩擦磨损特性和磨痕形貌等进行了研究。实验结果表明:32μm厚的多孔Al2O3陶瓷涂层由α-Al2O3和γ-Al2O3相组成,外层1.2μm厚的CrNx膜由单质Cr,Cr2N和CrN相组成;Al2O3涂层及Al2O3/CrNx复合膜的摩擦因数和磨损率都随法向载荷的增加而增大,在相同实验参数下,复合膜的摩擦因数和磨损率都远小于Al2O3涂层的,这表明在Al2O3涂层表面沉积CrNx膜能明显改善其摩擦磨损特性,将延长对偶件的使用寿命。     

直管磁过滤弧离子镀Cr+CrN复合涂层提高304不锈钢耐磨损特性研究

采用直管磁过滤弧离子镀在304不锈钢表面沉积Cr+CrN复合涂层,分别运用XRD、光学显微镜、显微硬度计、摩擦磨损仪测试分析了其组成结构及表面机械性能。结果表明:直管磁过滤弧离子镀Cr+CrN复合涂层呈现出致密、均匀的表面形貌,且具有高硬度、低摩擦系数等优异的表面机械性能,显著提高了304不锈钢表面的耐摩擦磨损特性。