轮胎模具DLC涂层的制备及性能

为探究高性能轮胎模具类金刚石(DLC)涂层的应用前景,提高模具花纹块内表面的疏水性及耐磨减摩性,采用等离子体增强化学气相沉积法在35钢基体上制备DLC涂层,并对所制备的DLC涂层的表面形貌、粗糙度、疏水性、表面元素组成、纳米硬度、摩擦系数等关键指标进行了测定.结果表明:DLC涂层具有优良的表面完整性,水接触角可达19.62°,乙醇接触角达20.37°,纳米硬度可达19.62 GPa,摩擦系数低至0.405 8,DLC涂层有望替代Teflon涂层,用于高性能轮胎模具.     

不锈钢表面沉积DLC膜的结构和性能

应用线性离子束复合磁控溅射技术在不锈钢和硅片基体上制备DLC膜,研究了基体偏压和过渡层的厚度和结构对DLC薄膜结构和性能的影响。结果表明,在过渡层相同偏压为-200 V的条件下,薄膜中的sp3键含量更低,但是薄膜结构致密性的提高使其硬度和膜基结合力反而提高;在偏压为-200V的条件下,随着过渡层厚度及层数的增加DLC薄膜中sp3含量均降低,同时过渡层和多层薄膜的硬度减小;在偏压为-100V条件下,过渡层厚度和层数对DLC薄膜sp3的含量没有明显的影响。当过渡层厚度为1.7μm、结构为Cr/CrC时,在11Cr17不锈钢基体上可制备出厚度为4.92μm、硬度为29.4 GPa、摩擦系数小于0.1、结合力高于70 N综合性能最佳的DLC薄膜。     

低温等离子体氮化压力对304不锈钢摩擦性能的影响

采用低温等离子体氮化技术,对304奥氏体不锈钢进行表面氮化处理。运用XRD、SEM、金相技术和显微硬度计等分析手段对氮化层的物相组成及表面硬度进行分析及测量;利用球-盘摩擦实验在干摩擦条件下对氮化层的摩擦磨损性能进行测试并分析磨损机理。结果表明:304奥氏体不锈钢经低温等离子体氮化处理后,形成单一高氮面心立方相γN,显微硬度及耐磨损性能均明显提高,摩擦系数减小;氮化压力为10 Pa时,渗氮层具有最高的表面显微硬度850HV0.025及较好的耐摩擦磨损性能。     

离子能流密度对AISI304不锈钢氮化层摩擦性能的影响

采用低温等离子体氮化技术,对AISI304不锈钢进行表面氮化处理。考察了离子能流密度对不锈钢氮化层性能的影响。运用X射线衍射、扫描电镜和显微硬度计等分析手段对氮化层的物相组成及表面硬度进行分析及测量;利用球-盘摩擦实验在干摩擦条件下对氮化层的摩擦磨损性能进行测试。结果表明:AISI304不锈钢经低温等离子体氮化处理后,形成单一高氮面心立方相γN。在氮化处理过程中,离子能流密度受工作压力及基片负偏压影响较大。离子能流密度变化能显著影响不锈钢氮化层的摩擦性能,随着离子能流密度的增加,氮化层显微硬度增大,摩擦系数减小,耐磨损性能上升。     

中间层类型对类金刚石涂层键合结构和性能的影响行为

采用阴极电弧离子镀和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)相结合的技术方法,在304不锈钢基体上分别沉积制备了Ti/DLC和Ti/Ti N/Ti Al N/DLC复合涂层。选用原子力显微镜、拉曼光谱对涂层的形貌和结构进行表征测试。同时,利用显微硬度计、划痕测试仪系统地分析了涂层的显微硬度和界面结合性能,并研究了其摩擦磨损行为。研究结果表明:Ti/Ti N/Ti Al N/DLC复合涂层体系具有较高硬度(~2130HV)的同时结合性能最优(结合力~53.7 N),抗磨损能力最强。在相同试验条件下,无涂层的基体摩擦系数为0.45,单层DLC、Ti/DLC和Ti/Ti N/Ti Al N/DLC涂层的摩擦系数则分别为0.15、0.12和0.07。Ti/Ti N/Ti Al N/DLC复合涂层可有效提高304不锈钢的耐磨损性能,降低摩擦系数。     

H13钢离子渗氮(PN)与类金刚石(DLC)复合处理的摩擦磨损性能研究

采用阳极层流离子源与非平衡磁控溅射结合的沉积方法在H13钢基体表面沉积出类金刚石膜(DLC),并对H13钢经不同表面预处理对后沉积的DLC膜的摩擦学性能进行了对比研究.结果表明:DLC膜结构致密,且DLC膜与梯度过渡层及基体三者之间结合牢固;H13钢经离子氮化后,梯度过渡层与氮化层间结合紧密,提高了膜与基体的承载能力;在保持相同摩擦速率的条件下,摩擦系数随着载荷的增加先增大后减小;H13钢离子渗氮处理后沉积的DLC膜其摩擦系数远小于未采用离子渗氮处理沉积的DLC薄膜.     

脉冲偏压对低温氮化不锈钢表面结构及摩擦学性能的影响

采用低温等离子体辅助氮化奥氏体不锈钢316L,能够在不破坏其抗腐蚀性能的同时有效提高不锈钢表面的摩擦学性能,研究了不同脉冲偏压下氮化层的结构和摩擦学性能(硬度、摩擦系数和耐磨性)。采用X射线衍射仪研究了脉冲偏压对氮化层相结构的影响;采用光学显微镜和扫描电镜分别观察了氮化层表面和横截面的形貌,并利用能量色散谱测量了氮化层中氮含量及其分布;基于纳米压痕和摩擦磨损结果,研究了脉冲偏压对氮化层摩擦学性能的影响。结果表明:低温氮化后,不锈钢表面形成一层无氮化物析出的单一过饱和固溶体相——扩展奥氏体γN,晶格常数随偏压的增加由0.359增至0.395nm。当脉冲偏压为-300 V时,氮化层厚度达9.45μm,表面硬度达21.0 GPa,摩擦系数降低至0.09,耐磨性能获得显著提高。     

激光熔覆-活化屏等离子体复合处理层耐磨性能研究

为了研究激光熔覆层性能对活化屏等离子体氮化处理层耐磨性能的影响,采用两种铁基合金粉末(Fe90和Fe314)在45钢基体表面进行激光熔覆,然后进行等离子体氮化复合处理,测试涂层干摩擦条件下的磨损性能。研究结果表明:复合处理后,Fe90激光熔覆层的硬度由750HV提高到1350HV,Fe314激光熔覆层的硬度由540HV提高到927HV;在相同载荷(30N)下,Fe90复合处理层的耐磨性提高到1.2倍,而Fe314复合处理的耐磨性降低为原来的42%;复合处理耐磨性能提高的关键在于激光熔覆层与氮化层的合理搭配,熔覆层能够提供足够的支撑。     

汽车发动机用ZL114合金表面涂层制备与性能研究

以Cr作为中间过渡层,采用磁控溅射的方法在ZL114合金表面制备了类金刚石(DLC)硬质涂层,对比分析了母材与涂层的硬度、耐蚀性能和干/湿摩擦学性能。结果表明:在ZL114合金表面制备了Cr过渡层厚度约为2μm、表面DLC涂层约为10μm的Cr-DLC涂层;Cr-DLC涂层具有DLC薄膜的特性,显微硬度和纳米硬度分别为母材的3.73倍和3.96倍;Cr-DLC涂层的腐蚀倾向和腐蚀速率都要小于ZL114合金母材,ZL114合金表面沉积Cr-DLC涂层后耐腐蚀性能得到提高;母材和Cr-DLC涂层在湿摩擦条件下的摩擦系数和磨损率低于干摩擦条件下,且干/湿摩擦条件下Cr-DLC涂层的磨损率都要低于ZL114合金母材;Cr-DLC涂层在湿摩擦(3.5%NaCl溶液)条件下仍然具有较好的耐磨性。     

氮化温度对24Cr2Ni4MoV钢离子氮化显微组织的影响

为了提高24Cr2Ni4MoV钢零件的表面硬度和耐磨性,对24Cr2Ni4MoV钢进行了离子氮化工艺试验研究,应用光学显微镜和扫描电子显微镜等仪器对520,550,570℃共3个温度离子氮化试样的显微组织、氮化层深度、表面硬度、表面渗氮层脆性、脉状组织等进行了检测分析,并应用能谱仪对渗氮层中氮化物成分进行了分析。结果表明:24Cr2Ni4MoV钢具有良好的氮化效果,其最佳离子氮化温度为550℃;试样在550℃氮化后,不仅氮化层的各项性能均满足标准技术要求,而且提高了渗氮速率,缩短了渗氮时间。     

无氢DLC涂层的摩擦学性能

为了探究轮胎模具无氢类金刚石(DLC)涂层的摩擦学特性,增强轮胎模具的易脱模、防粘、自清洁性能以及提高轮胎质量与服役寿命,以轮胎模具常用的35钢为基体,利用电弧离子镀在基体试样上制备无氢DLC涂层,对涂层Raman光谱、表面粗糙度、表面微观形貌、纳米硬度、结合力和摩擦系数进行了分析,着重研究涂层摩擦前后表面微观形貌的变化以及摩擦磨损机理。结果表明:通过改变表面粗糙度可以有效降低涂层的摩擦系数,涂层摩擦系数随粗糙度减小而显著降低;在140℃高温条件下,摩擦系数最小低至0.363 4,且涂层纳米硬度可达32.45 GPa,弹性模量高达348.94 GPa。无氢DLC涂层完全满足轮胎模具减摩耐磨和自清洁性的使用要求,为制造高性能轮胎模具提供了一种可行的工艺选择。     

基于RFPECVD方法不锈钢上沉积类金刚石薄膜的机械与摩擦特性

讨论用射频等离子体增强化学气相沉积(RFPECVD)工艺,在室温下实现在1Cr18Ni9Ti不锈钢基底上镀类金刚石(DLC)膜.为提高DLC膜的结合力,首先在不锈钢基底上沉积Ti/TiN/TiC功能梯度膜.借助所设计的界面过渡层,成功地在不锈钢基底上沉积了一定厚度的DLC膜.通过优化沉积参数,所沉积的DLC膜在与100Cr6钢球对磨时摩擦系数低于0.020.在摩擦过程中DLC膜的磨损机制借助SEM、Raman分析进行了研究.     

等离子熔覆铁基涂层的组织及冲蚀磨损研究

采用等离子熔覆法制备了铁基涂层.研究了涂层的组织结构,测试了涂层的显微硬度及耐冲蚀磨损性能,并利用扫描电镜对涂层显微组织、冲蚀表面形貌进行了分析.结果表明:涂层显微硬度是基体材料不锈钢1Cr18Ni9Ti的2倍,最高达到550,涂层冲蚀后质量损失是不锈钢对比试样1Cr18Ni9Ti和0Cr13Ni5Mo的1/2左右.     

脉冲真空弧源沉积类金刚石薄膜耐磨特性研究

本文利用脉冲真空弧源沉积技术在Cr17Ni14Cu4不锈钢和Si(100)基体上制备了类金刚石(DLC)薄膜,研究在不同基体偏压下,DLC薄膜的结构与性能.采用拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)研究DLC薄膜的原子结合状态,利用CSEM销盘摩擦磨损试验机研究其耐磨性,利用HXD1000B显微硬度仪测试其显微硬度,并采用压痕法评价其结合力.研究结果表明:DLC薄膜与基体结合牢固.随着基体偏压的提高,DLC薄膜内sp3键含量增大,薄膜硬度提高.Cr17Ni14Cu4不锈钢表面沉积DLC薄膜后,耐磨性大幅度提高,本文探讨了DLC薄膜的耐磨机理.     

9Cr18轴承钢表面不同等离子体浸没离子注入强化处理技术研究

采用不同的等离子体浸没离子注入(PⅢ)工艺在9Cr18轴承钢表面进行了气体、金属、金属加气体的离子注入和碳化钛(TiC)、类金刚石(DLC)薄膜的等离子体浸没离子注入与沉积(PⅢD).对处理后的试样进行了X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、俄歇电子能谱(AES)和拉曼光谱(Raman)分析;测试了处理前后试样的显微硬度、磨痕宽度和摩擦系数.结果表明:处理后试样表面均形成了不同的改性层,且改性层中化学组成和各元素的浓度-深度分布随处理工艺的不同而变化;处理后试样的显微硬度都有较大提高,最大增幅达77.7%;表面摩擦系数由0.8下降到0.16;磨痕宽度减少了23倍;与PⅢ工艺相比,相同参数下,PⅢD处理后的试样表面综合性能更加优异.     

医用锻造CoCrMo合金高压直流等离子氮化性能研究

采用高压直流等离子体氮化技术,对医用锻造钴铬钼合金进行表面氮化处理,考察了氮化温度对钴铬钼合金摩擦性能及润湿性能的影响。运用X射线衍射仪分析氮化层物相组成,显微硬度计和光学动/静态接触角仪测试合金表面显微硬度及接触角数值;利用球-盘摩擦实验在干摩擦条件下对氮化层的摩擦磨损性能进行测试。实验结果表明:医用锻造钴铬钼合金经高压直流等离子体氮化处理后,形成硬质化合物CrN和Cr2N,氮化层厚度4.5~9.5μm,合金显微硬度随氮化温度升高而增加,最高可达788HV。与未处理合金试样相比,氮化合金的亲水性及耐磨损性得到明显改善,氮化温度为800℃时磨损率最低,磨痕宽度最窄,耐磨损性能最佳。     

电火花沉积Fe48Cr16Mo15C17B4非晶合金涂层的微观组织和性能

以Fe₄₈Cr₁₆Mo₁₅C₁₇B₄合金为电极,采用电火花沉积工艺在1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备了铁基合金涂层。用XRD和SEM等方法分别表征了涂层的微观结构、涂层表面及横截面的微观形貌,测定了涂层的显微硬度、摩擦磨损性能和电化学性能。结果表明,所制备的Fe₄₈Cr₁₆Mo₁₅C₁₇B₄涂层为非晶态结构、致密,与基体为冶金化结合,显微硬度为1129 kg/mm²,与1Cr18Ni9Ti不锈钢基体相比其摩擦系数较小,耐磨性较高,在1mol/LHCl溶液中具有良好的耐腐蚀性能。     

25Cr3MoA钢高温离子注入和离子氮化复合表面处理研究

研究了25Cr3MoA钢离子氮化层经高温离子注入复合表面处理后的氮分布、组织和磨损性能。结果表明,与单一离子氮化处理或离子氮化和氮离子低温注入复合处理相比,复合处理时选择合适的高温注入温度,可获得耐磨性能更好的改性层。     

NiTi合金低压等离子渗氮研究

采用低压等离子渗氮工艺对NiTi合金进行了渗氮处理.氮化处理后NiTi合金表面硬度升高.XRD测试结果表明在合金表面形成了一层TiN涂层,在TiN涂层下为Ni3Ti相.电化学腐蚀测试表明经氮化处理后合金的耐腐蚀能力大为提高.     

Cr12MoV钢表面激光熔覆Ni60合金制备无开裂涂层及摩擦磨损性能研究

为了实现损伤Cr12MoV钢激光再制造,采用激光熔覆Ni60合金制备无开裂涂层。利用着色探伤剂、硬度计、光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)和摩擦磨损仪对所制备Ni60合金涂层的表面开裂、硬度、金相组织进行分析,并用摩擦磨损试验机对比研究了Ni60合金涂层和Cr12MoV钢的摩擦磨损性能。结果表明,当Ni60合金涂层长度L≤9 mm时,涂层表面无开裂;当Ni60合金涂层长度L>9 mm时,开裂区出现在母材邻近区,且随着涂层长度增大,开裂区也出现在涂层表面。要抑制激光熔覆过程中Ni60合金近母材区开裂,关键在于减少热输入对母材区的作用时间。最后,通过优选表面硬度相近的Ni60合金涂层和Cr12MoV钢进行摩擦磨损性能测试,发现两者的摩擦系数与耐磨性能相近,可望为损伤Cr12MoV钢激光再制造提供参考。